Elektrikli Araçlarda Araçtan Şebekeye (V2g) Enerji Aktarım Sistemleri

Vehicle-to-Grid’in kısaltması olan V2G  “araçtan şebekeye enerji aktarımı” anlamına gelmektedir ve temiz enerjiyi temsil etmektedir. V2G kullanımı, temelde elektrikli araçların aküleri yardımıyla şebekelere elektrik aktarımının sağlanmasını ifade eden ve elektrikli araçlar (EV’ler) ile elektrik şebekesi arasında çift yönlü güç akışı sağlayan bir teknolojidir.

Geleneksel olarak EV’ler, pillerini şarj etmek için şebekeden güç çeken elektrik tüketicileri olarak görülmüştür. Bununla birlikte, V2G ile EV’ler aynı zamanda mobil enerji depolama cihazları olarak da hizmet verebilir ve gerektiğinde şebekeye geri elektrik sağlayıcısı haline gelebilir.

Bir elektrikli aracı şarj etmek için en hızlı yöntem, DC olarak şarj etmektir. Dünya genelinde EV’lerin daha hızlı şarj edilmesi için, şarj istasyonlarının güçleri arttırılmaktadır.

Bu durum aynı anda çok fazla aracın şarj edilebilmesine imkan sağlamaktadır. Bununla birlikte elektrik şebekesinde bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bunlardan en önemlisi şebeke üzerinde oluşan yük talebindeki artıştır. EV satışlarının her geçen gün artmasıyla şarj işlemleri şebekeye daha fazla ek yükler getirecek ve trafolarda yoğunluğun artmasına sebep olacaktır.

Örneğin; Elektrikli Araçların Türkiye Dağıtım Şebekesine Etkileri’ raporuna göre 10 yıl içinde Türkiye’deki elektrikli araç sayısının 2.5 milyona çıkması beklenmektedir. Bu durum beraberinde 1 milyon şarj istasyonu kurulumunu da beraberinde getirmektedir.

Plug-in elektrikli araçlar (PEV’ler) elektrik şebekesine bağlandığında V2G teknolojisine göre bu bağlantının güç akışı çift yönlü olur. Böylece araçlar şarj ve deşarj yapabilir. Bu araçtan şebekeye seçeneği, şebeke verimliliğini ve güvenilirliğini artırmaya yardımcı olur.

Bu araçlar şebekeyi voltaj kontrolü açısından destekleyebilir. Bu şekilde, dağıtım şebekesi takviye olmadan daha fazla PEV’in şarj işlemini gerçekleştirebilir. Dağıtılmış üretim birimleri, kesintili yenilenebilir kaynaklara dayalı bu üretim birimlerinden bazıları ile günümüzde dağıtım şebekesinde daha yaygındır.

Bu makale, üretilen fazla enerjinin üstesinden gelmek için depolama sağlayabildikleri ve onu sürüş için kullanabildikleri veya daha sonra şebekeye bırakabildikleri için PHEV’ler ile iyi bir kombinasyon olabileceğini göstermektedir. Bu şekilde, tüketim ve üretim daha verimli bir şekilde eşleştirilir.

Temel olarak V2G şu şekilde çalışır:

1. EV’yi şarj etme: EV bir şarj istasyonuna bağlandığında veya bir elektrik prizine takıldığında, pilini şarj etmek için şebekeden güç çeker. Bu, tipik şarj senaryosudur.
2. Araçtan Şebekeye çalışma: V2G teknolojisi ile EV, güç akışını tersine çevirebilir ve kullanılmadığında veya depolanmış fazla enerjiye sahip olduğunda elektriği şebekeye geri gönderebilir. EV, dağıtılmış bir enerji kaynağı olarak hareket eder ve mobil bir güç kaynağı olarak işlev görür.

1. Şebeke hizmetleri: EV’den şebekeye gönderilen elektrik, elektrik şebekesine bazı avantajlar sağlayarak çeşitli amaçlar için kullanılabilir. V2G’nin bazı potansiyel uygulamaları şunları içerir:
2. Yük dengeleme: EV’ler, yoğun talep dönemlerinde elektrik sağlayabilir, şebekeyi stabilize etmeye ve enerji santralleri üzerindeki baskıyı azaltmaya yardımcı olur. Bu, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasına ve daha güvenilir bir şebeke işletimine katkıda bulunabilir.
3. Şebeke stabilizasyonu: V2G, gerektiğinde güç enjekte ederek veya emerek şebekenin frekansını ve voltajını düzenlemeye yardımcı olabilir. Bu, özellikle yenilenebilir enerji üretiminde dalgalanmalar olduğunda şebeke istikrarını artırabilir.
4. Enerji arbitrajı: EV sahipleri, yüksek talep ve daha yüksek elektrik fiyatları dönemlerinde araçlarının aküsünde depolanan fazla elektriği şebekeye geri satarak V2G’den yararlanabilir. Bu, EV sahiplerinin elektrik piyasalarına katılarak gelir elde etmelerini sağlar.

1. Yedek güç: Acil durumlarda veya elektrik kesintilerinde, V2G özelliğine sahip EV’ler evlere, işyerlerine veya kritik altyapıya elektrik sağlamak için geçici güç kaynakları olarak kullanılabilir.

V2G’nin uygulanmasının uyumlu EV’ler, çift yönlü şarj altyapısı ve çift yönlü elektrik akışını yönetebilen akıllı şebeke sistemleri gerektirmektedir. Ek olarak, hem EV’lerin hem de elektrik şebekesinin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için uygun kontrol ve iletişim protokolleri gereklidir.

Türkiye’nin coğrafi konumu, güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji üretimi için geniş fırsatlar sunmaktadır. V2G, EV’leri enerji depolama birimleri olarak kullanarak kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye entegre edilmesinde çok önemli bir rol oynamaktadır.

Türkiye, çift yönlü güç akışını etkinleştirerek, şebeke istikrarını artırmak, şebeke hizmetleri sağlamak ve yenilenebilir enerji entegrasyonunu kolaylaştırmak için büyüyen EV sayısından yararlanma çalışmalarına devam etmektedir.

Elektrikli araçtan şebekeye enerji transferi yoluyla şebeke esnekliğinin sağlanması üzerinde çalışılan projede farklı vaka çalışmalarını temel alan dört ülkedeki demo sahalarından biride Türkiye’dir.  OEDAŞ bu projeyi ülkemiz adına yürütmektedir. Bu kapsamda Eskişehir’in Tepebaşı ilçesindeki Yaşam Köyü’nde sistemlerin kurulumu gerçekleştirilmiştir.

Bu yeni teknoloji ile dünyada ve Türkiye’de kullanımı giderek artan elektrikli araçlarla araç sahipleri üretici konumuna geçebilecektir.

Bu tür uygulamalarla birlikte şebekede meydana gelebilecek sıkışıklıklar önlenebilecek ve regülasyon desteği ile elektrikli araçlar tarafından da şebekeye bir enerji transferi sağlanabilecek.

V2G’nin şebekeye olan önemli etkilerinden bazıları şunlardır:

1. Şebeke Stabilizasyonu: V2G, şebekenin frekansını ve voltajını düzenlemeye yardımcı olabilir. Şebekeye bağlandıklarında, EV’ler yüksek talep dönemlerinde güç sağlayabilir veya düşük talep sırasında fazla elektriği emebilir. Bu çift yönlü güç akışı, özellikle yenilenebilir enerji üretiminde dalgalanmalar olduğunda şebekenin dengelenmesine ve çalışmasının stabilize edilmesine yardımcı olabilir.
2. Yük Dengeleme: V2G özelliğine sahip EV’ler, yoğun talep dönemlerinde şebekeye elektrik sağlayabilir. Bu, elektrik santralleri ve dağıtım altyapısı üzerindeki baskıyı azaltabilir ve şebeke genelinde yük dağılımının optimize edilmesine yardımcı olabilir. V2G, yüksek talebin olduğu zamanlarda EV pillerinde depolanan enerjiyi kullanarak, enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasına katkıda bulunabilir.
3. Şebeke Direnci: Elektrik kesintileri veya acil durumlarda, V2G özellikli EV’ler geçici yedek güç kaynakları olarak hizmet verebilir. Merkezi olmayan ve mobil bir enerji kaynağı sunarak evlere, işyerlerine veya kritik altyapıya elektrik sağlayabilirler. Bu, kesintilerin etkisini azaltarak ve güç dağıtımının güvenilirliğini artırarak şebeke direncini artırır.
4. Yenilenebilir Enerji Entegrasyonu: V2G, yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye entegrasyonunu kolaylaştırır. Güneş ve rüzgar gibi aralıklı yenilenebilir enerji üretimi daha yaygın hale geldikçe, EV’ler yüksek yenilenebilir üretim dönemlerinde fazla elektriği depolayabilir ve yenilenebilir üretim düşük olduğunda şebekeye geri verebilir. Bu, yenilenebilir enerjinin değişkenliğini dengelemeye ve şebekeye sorunsuz bir entegrasyon sağlamaya yardımcı olur.
5. Yardımcı Hizmetler: Şebekeye V2G aracılığıyla bağlanan EV’ler değerli yardımcı hizmetler sağlayabilir. Bu hizmetler frekans regülasyonu, voltaj desteği ve şebeke tıkanıklık yönetimini içerir. EV’ler bu hizmetlere katılarak şebeke istikrarını korumaya, güç kaynağının kalitesini artırmaya ve şebeke operasyonlarını optimize etmeye yardımcı olabilir.
6. Ekonomik Faydalar: V2G, hem EV sahiplerine hem de şebeke operatörlerine finansal faydalar sağlayabilir. EV sahipleri, araçlarının aküsünde depolanan fazla elektriği şebekeye geri satarak veya elektrik piyasalarına katılarak gelir elde edebilir. Şebeke operatörleri, şebekenin artan esnekliğinden ve verimliliğinden faydalanabilir ve potansiyel olarak maliyetli altyapı yükseltmelerine olan ihtiyacı azaltabilir.

Araçtan Şebekeye (V2G) teknolojisinin göz önünde bulundurulması gereken bazı potansiyel dezavantajları da şu şekildedir:

1. Pil Bozulması: V2G işlemleriyle ilişkili sık şarj etme ve boşaltma döngüleri, elektrikli araçlarda pilin bozulmasını potansiyel olarak hızlandırabilir. Batarya üzerindeki ek yük, kullanım ömrünün kısalmasına ve genel kapasitenin azalmasına neden olabilir. Pil sağlığı üzerindeki etkiyi en aza indirmek için uygun pil yönetim sistemleri ve protokollerinin uygulanması gerekir.
2. Karmaşık Altyapı Gereksinimleri: V2G uygulaması, EV’ler ile şebeke arasındaki güç akışını yönetebilen çift yönlü şarj altyapısının ve iletişim sistemlerinin geliştirilmesini gerektirir. Bu altyapının kurulması, şarj istasyonlarına, şebeke ara bağlantısına ve şebeke yönetim sistemlerine önemli yatırımlar gerektirerek maliyetli ve zaman alıcı olabilir.
3. Sınırlı V2G Özellikli Araç Bulunabilirliği: Tüm EV modelleri çift yönlü şarjı desteklemez ve mevcut EV’leri V2G özelliği için uyarlamak pratik veya uygun maliyetli olmayabilir. V2G’nin yaygın olarak benimsenmesi, uyumlu araçların mevcudiyetine bağlıdır.
4. Şebeke Etkisi ve Kontrolü: V2G, elektrik şebekesine ek karmaşıklık getirir. Çift yönlü güç akışını yönetmek ve EV’lerin şarj edilmesini ve boşaltılmasını koordine etmek, gelişmiş şebeke kontrol sistemleri ve iletişim protokolleri gerektirir. Şebeke istikrarını korumak ve V2G operasyonları ile mevcut şebeke altyapısı arasında uyumluluğu sağlamak teknik zorluklar doğurabilir.
5. Kullanıcı Kolaylığı ve Hareketlilik Hususları: V2G faaliyetlerine katılmak, EV sahiplerinin araçlarını daha uzun süreler boyunca şebekeye bağlı tutmalarını gerektirebilir, bu da hareket kabiliyetlerini ve rahatlıklarını sınırlar.
6. Düzenleyici ve Pazar Çerçeveleri: Düzenleyici ortamın ve pazar yapılarının V2G operasyonlarını barındıracak şekilde uyarlanması gerekir.

Şebekeye enerji sağlayan EV sahipleri için adil tazminat mekanizmaları oluşturmak, sorumluluk ve sigorta endişelerini ele almak ve farklı V2G sistemleri arasında birlikte çalışabilirliği sağlamak ciddi düzenleme gerektiren konulardır.

Araçtan Şebekeye (V2G) sistemlerinin kurulumu, belirli uygulama ve gereksinimlere göre değişebilir. Bu nedenle dikkate alınması gereken bazı önemli konular şunlardır:

1. V2G Özelliğine Sahip Elektrikli Araçlar: V2G, çift yönlü güç akışı sağlayabilen elektrikli araçlar (EV’ler) gerektirir. Bu araçların akülerini şarj ve deşarj edebilmeleri için gerekli donanım ve yazılımlara sahip olmaları gerekmektedir. Şu anda tüm EV modelleri V2G’yi desteklememektedir, bu nedenle seçilen araçla uyumluluğun sağlanması önemlidir.
2. Çift Yönlü Şarj Altyapısı: V2G sistemleri, her iki yönde de güç akışını yönetebilen çift yönlü şarj istasyonları veya şarj ekipmanları gerektirmektedir. Bu şarj istasyonları, V2G işlemleri için ilgili standart ve protokollere uygun olmalıdır. Şebeke entegrasyonu için gereken güç seviyelerini karşılayacak şekilde tasarlanmalı ve uygun güvenlik özelliklerine sahip olmalıdırlar.
3. İletişim ve Kontrol Sistemleri: V2G kurulumları, EV’ler, şarj altyapısı ve şebeke arasındaki etkileşimi yönetmek için iletişim ve kontrol sistemlerine dayanır. Bu sistemler bilgi alışverişini kolaylaştırır, güç akışını kontrol eder ve birden çok V2G özellikli araç arasında koordinasyon sağlar.
4. Şebeke Bağlantısı ve Şebeke Yönetimi: V2G’ye katılan EV’lerin elektrik şebekesine bağlanması gerekir. Bu, EV’ler ve şebeke arasında çift yönlü güç akışına izin veren, tipik olarak şarj altyapısı aracılığıyla bir bağlantı noktası oluşturulmasını içerir.

Şebeke yönetim sistemleri, şebeke koşullarının izlenmesinde, güç akışının yönetilmesinde bu işlemler esnasında önemli bir rol oynar

5. Enerji Yönetimi ve Kontrol Algoritmaları: Etkili enerji yönetimi algoritmaları, şebeke talebi, yenilenebilir enerji kullanılabilirliği ve kullanıcı tercihleri gibi faktörlere dayalı olarak EV pillerinden ne zaman ve ne kadar güç şarj edileceğini veya boşaltılacağını belirler. Depolanan enerjinin kullanımının optimize edilmesine ve şebekenin genel kararlılığının sağlanmasına yardımcı olurlar.
6. Mevzuat ve Pazar Hususları: V2G uygulaması, uygun düzenleyici çerçeveler ve pazar yapıları gerektirebilir. Bu, şebekeye enerji sağlayan EV sahiplerine tazminat için politikalar oluşturmak, sorumluluk ve sigorta konularını ele almak ve V2G operasyonları için standartlar ve yönergeler belirlemek de bu konunun kaçınılmaz prosedürlerindendir.

Görüşmek dileğiyle…

REFERANSLAR

[1] Clement-Nyns, K., Haesen, E., Driesen, J. (2011). The impact of vehicle-to-grid on the distribution grid. Electric Power Systems Research, 81(1), 185-192.

[2] Nurmuhammed, M., Karadag, T. (2021). Elektrikli araç şarj istasyonlarının konumlandırılması ve enerji şebekesi üzerine etkisi konulu derleme çalışması. Gazi University Journal of Science Part A: Engineering and Innovation, 8(2), 218-233.

[3] Güldorum, H. C., Şengör, İ., Erdinç, O. (2020, November). Charging Management System for Electric Vehicles considering Vehicle-to-Vehicle (V2V) Concept. In 2020 12th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO) (pp. 188-192). IEEE.

[4] Guven, A. F., Akbasak, S. B. Elektrikli Araçlarda DA Hızlı Şarj Ünitelerinin Şebeke Altyapısına Etkilerinin İncelenmesi. Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(1), 42-54.

[5] Kuşdoğan, Ş. (2017). Akıllı Şebekelere Elektrikli Araçların Entegrasyonu ve Taşıttan Şebekeye V2G Uygulamaları. Koceli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektr. Mühendisliği Bölümü.

[6] https://aktif.net/en/electric-vehicles-can-we-avoid-overloading-in-networks/

[7]  https://www.osmangaziedas.com.tr/

[8]  https://www.cleantech.com/ev-charging-software-and-grid-services/

[9]  Ravi, S. S., & Aziz, M. (2022). Utilization of electric vehicles for vehicle-to-grid services: Progress and perspectives. Energies, 15(2), 589.

[10] https://www.cleanenergyreviews.info/blog/bidirectional-ev-charging-v2g-v2h-v2l