Mini şebeke, belirli bir topluluk, köy veya bölgeye elektrik sağlayan bağımsız ve yerel bir enerji ağıdır. Genellikle güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına dayanır, bazen de özellikle ulusal şebekeye bağlı olmayan uzak bölgelerde kesintisiz enerji sağlamak için enerji depolama sistemleriyle desteklenir. Mini şebekeler, tamamen bağımsız çalışabileceği gibi ana şebekeye bağlanarak enerji arzının istikrarını da artırabilir.
 

Mikro şebeke, ana şebekeye bağlı olarak çalışabilen ya da gerektiğinde “ada modu (islanding)” olarak adlandırılan sisteme geçerek tamamen bağımsız çalışabilen yerel bir enerji sistemidir. En belirgin özelliği, esnek kontrol yapısı ve akıllı yönetim kabiliyetleridir. Ana şebekeyle uyum içinde enerji sağlayabileceği gibi, şebekede arıza veya kesinti olduğunda bağlantısını keserek kendi başına çalışabilir ve böylece enerji sürekliliğini garanti altına alır. Mikro şebekeler, yalnızca merkezi şebekeyle karşılıklı etkileşim kurmakla kalmaz, aynı zamanda ihtiyaç duyulduğunda onu destekleyebilir. Tıpkı mini şebekeler gibi, tamamen bağımsız çalışabilecek şekilde tasarlanabilir.

Üstetki şekilde, mikro şebeke yapısına ait bir örnek gösterilmektedir. Boyutları ve karmaşıklık düzeyleri farklılık göstersede mikro şebekelerin temel unsurları genellikle şunlardır:

► Elektrik üretim birimleri (örneğin, güneş enerjisi sistemleri, dizel veya doğal gaz jeneratörleri, rüzgar türbinleri)
► Enerji depolama için batarya sistemleri
► Mikro şebeke yönetim sistemleri: Bu sistemler çoğunlukla merkezi bir kontrol ünitesi tarafından yönetilir. Kontrol ünitesi, enerji kaynaklarının koordinasyonunu sağlar, yük dengesini korur ve mikro şebekenin ana şebekeden ayrılması ya da tekrar bağlanması işlemlerini gerçekleştirir.


Uluslararası Elektroteknik Komisyonu’na (IEC) göre:

“Mikro şebekeler, genellikle küçük ölçekli konut veya ticari kullanıcılar tarafından kullanılırken; mini şebekeler, büyük ticari işletmeleri, üniversiteleri, fabrikaları ve hatta adaları besleyebilecek daha büyük ölçekli yapılardır. Mikro şebekeler veya mini şebekeler; elektrik talebinin yüksek olduğu dönemlerde geleneksel şebekeyi destekleyebilir, şebeke kesintilerinde enerjiyi sağlamaya devam edebilir ve/veya elektrik arzını daha hızlı şekilde yeniden devreye alabilir. Ayrıca, uzak bölgelerdeki toplulukların daha güvenilir ve sürdürülebilir elektriğe erişmesine yardımcı olabilir.”




Peki bu sistemler nasıl sınıflandırılırlar?

Aslında mini/mikro şebekeler, basitçe altı ana bileşenden oluşur: yükler (evler, işletmeler veya endüstriyel tesisler gibi enerji tüketicileri), güç üretim birimleri (güneş panelleri, rüzgâr türbinleri ya da fosil yakıtlı jeneratörler), güç dönüştürme sistemleri (üretilen enerjiyi ihtiyaç duyulan forma dönüştüren cihazlar), enerji depolama sistemleri (piller veya diğer depolama teknolojileri), yönetim ve kontrol sistemleri (enerjinin akışını akıllıca yöneten beyin) ve dağıtım ağı (elektriğin üretim noktasından tüketiciye ulaşmasını sağlayan altyapı).

Bu şebekeler bağımsız yani otonom çalışabileceği gibi, ana elektrik şebekesine bağlı şekilde de faaliyet gösterebilir. Son yıllarda hibrit çözümler, yani yenilenebilir enerji kaynakları ile fosil yakıtlı jeneratörlerin bir arada kullanıldığı sistemler öne çıkmaktadır. Özellikle güneş panellerinin ucuzlaması ve enerji depolamanın erişilebilir hale gelmesi, yüksek oranda yenilenebilir enerjiye dayalı mini/mikro şebekeleri cazip kılmaktadır.

Elektrik türüne göre doğru akım (DC) veya alternatif akım (AC) versiyonları bulunur. Hizmet seviyesi açısından da farklı katmanlar vardır: Tier 1 en basit seviye olup küçük bir güneş ev sistemini ifade ederken, Tier 5 tamamen kendi kendine yeten bir ada elektrik sistemini temsil eder.

Kapasite tanımları kurumdan kuruma değişiklik gösterebilir. IRENA’ya göre mini-şebeke 50 MW’tan küçük, mikro-şebeke ise 1 MW’tan küçük kapasiteye sahip sistemlerdir. Kısacası, ister uzak bir köyün elektriğini sağlamak, ister bir adayı tamamen enerji açısından bağımsız hale getirmek olsun, mini ve mikro şebekeler enerji dönüşümünün sessiz ama güçlü kahramanlarıdır.


Avantaj ve Dezavantajları

Mikro şebekelerin en önemli avantajı, ana şebekede arıza meydana geldiğinde kendini ayırarak bağımsız çalışabilmesidir. Böylece, bu sistemlere bağlı tesisler, elektrik kesintilerinde bile hizmet vermeye devam edebilir. Özellikle hastaneler veya gıda tedarik noktaları gibi kritik öneme sahip yüklerin çalışmaya devam etmesi, afet veya arıza gibi durumların toplumsal ve ekonomik etkilerini azaltır. Mikro şebekeler, tasarım ve donanımına bağlı olarak dayanıklılık dışında da ek yararlar sunabilir:

Yenilenebilir enerji içeren sistemler, karbon salımını ve hava kirliliğini azaltarak çevre dostu bir enerji çözümü sağlar. Uygun koşullarda, fazla üretilen elektrik ana şebekeye satılabilir ve gelir elde edilebilir.

Ancak, mikro şebekeler tek başına dayanıklılığı artırma yöntemi değildir ve bazı dezavantajlar barındırır: Yüksek kurulum maliyetleri, özellikle karmaşık sistemlerde önemli bir engel olabilir. İşletme ve bakım süreçleri, uzman teknik bilgi gerektirir. Kontrol ve iletişim altyapısı siber saldırılara karşı hassastır.

Mini şebekeler ise, özellikle kırsal bölgelerde ve şebekeden uzak yerleşimlerde büyük avantaj sağlar. Ulusal şebekeden bağımsız çalışabilmeleri sayesinde köyler, adalar veya izole bölgeler için güvenilir bir elektrik kaynağı sunarlar. Çoğunlukla güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullandıkları için çevre dostu bir çözüm üretirler. Enerji depolama sistemleriyle desteklendiklerinde kesintisiz güç sağlamaları da mümkün hale gelir. Ayrıca ihtiyaçlara göre ölçeklendirilebilmeleri ve ister bağımsız ister ana şebekeye bağlı çalışabilmeleri, onları esnek ve cazip bir enerji seçeneği yapmaktadır.

Buna karşılık, mini şebekelerin bazı olumsuz yönleri de vardır. Kurulum maliyetleri genellikle yüksektir ve bu durum özellikle büyük ölçekli sistemler için ciddi bir engel oluşturabilir. İşletme ve bakım süreçleri uzmanlık gerektirdiği için kırsal alanlarda teknik destek bulmak zor olabilir. Ayrıca, yenilenebilir kaynaklara bağımlı oldukları için güneşin ya da rüzgârın yeterli olmadığı dönemlerde enerji sürekliliği riske girebilir. Kapasiteleri genellikle sınırlı olduğundan (50 MW’ın altında), çok büyük ölçekli enerji ihtiyaçlarını karşılamakta yetersiz kalabilirler.


Sonuç

Sonuç olarak, mini ve mikro şebekeler günümüzün artan enerji ihtiyacına karşı önemli çözümler sunuyor. Mini şebekeler özellikle şebekeden uzak bölgelerde elektrifikasyon için büyük avantaj sağlarken, mikro şebekeler daha küçük ölçeklerde esnek yapılarıyla enerji sürekliliğini garanti altına alabiliyor. Her iki sistem de yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonuyla birlikte daha çevreci ve sürdürülebilir hale geliyor. Elbette kurulum maliyetleri, bakım zorlukları ve kapasite sınırlamaları gibi sorunlar göz ardı edilemez. Ancak doğru planlama ve uygun teknolojilerle desteklendiklerinde, hem kırsal bölgelerde yaşayan insanlar için hem de kritik tesislerin güvenliği için vazgeçilmez bir rol üstlenmeye devam edeceklerdir.


Kaynakça

[1] International Renewable Energy Agency (IRENA), Innovation Outlook: Renewable Mini-grids. Abu Dhabi, 2016. [Çevrimiçi]. Erişim: https://www.irena.org/publications/2016/Sep/Innovation-Outlook-Renewable-Mini-grids
[2] International Electrotechnical Commission (IEC), “Microgrids and active distribution networks.” [Çevrimiçi]. Erişim: https://iec.ch
[3] R. H. Lasseter, “Microgrids,” in IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, vol. 1, pp. 305–308, 2002, doi: 10.1109/PESW.2002.985003.
[4] H. Farhangi, “The path of the smart grid,” IEEE Power and Energy Magazine, vol. 8, no. 1, pp. 18–28, Jan.–Feb. 2010, doi: 10.1109/MPE.2009.934876.
[5] A. Hirsch, Y. Parag, and J. Guerrero, “Microgrids: A review of technologies, key drivers, and outstanding issues,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 90, pp. 402–411, July 2018, doi: 10.1016/j.rser.2018.03.040.