Public Notices

35 views

Yenilenebilir Enerji Santrallerinde Planlama ve Veri Tutulmasında Bulut Bilişim Kullanımı

Yenilenebilir Enerji Santrallerinde Planlama ve Veri Tutulmasında Bulut Bilişim Kullanımı
of 7
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Share
Tags
Transcript
   ________________________    1 ________   Yenilenebilir Enerji Santrallerinde Planlama ve VeriTutulmasında Bulut Bilişim Kullanımı Alper ÖZPINARÖZET Yeni teknolojiler her geçen gün ortaya çıkmakta ve hızlı bir şekilde günlük hayatımızda yer almaktadır.Özellikle yeni, alternatif ve karbon emisyonu yaratmayan, yenilenebilir enerji üretimi kaynaklarınayönelik ihtiyaç her geçen gün artarak devam etmektedir. Yenilenebilir enerjilere dayalı üretim ise buihtiyacın karşılanmasında en büyük kaynak olarak görülmektedir. Bu enerji kaynaklarına dayalıüretimin verimliliğinin konvansiyonel üretime göre düşük olması, ayrıca toplam üretim kapasitelerinindoğru planlama ve öngörüm modellerine ihtiyaç duyması ise dezavantaj olarak kabul edilmektedir.Uygun planlama ve modelleme için ihtiyaç duyulan yüksek hesaplama ve saklama gücü ise buüretimin yapıldığı yada planlandığı alanlar göz önüne alındıkça genelde yetersiz ve yüksek maliyetliolmaktadır. Özellikle üretim havzalarında ileri teknoloji altyapısının olmaması ve bunların sürekliliğininsağlanabileceği dağıtık hesaplama alternatiflerinin olmaması “Bulut Bilişim” alternatifini ön planaçıkarmaktadır. Bulut Bilişim son yıllarda yaygın olarak dağıtık hesaplama ve işleme ihtiyaçları için farklıalanlarda ve sektörlerde kullanılmaktadır. Bu makalede yenilebilir enerji kaynaklarına dayalı üretimdeBulut Bilişim kullanım alternatifleri ve teknolojileri anlatılmaktadır. Anahtar Kelimeler: Yenilenebilir Enerjiler, Üretim Planlama, Veri Madenciliği, Bulut Bilişim ABSTRACT Every single day newer technologies appear and new concepts become a part of our daily lifes. Thenecessity to produce energy in alternate and carbon free ways results in paying much more attentionto renewable energies. Renewable energies – mostly wind, solar and even wave and tidal aregenerally produced far away from the location of consumption; so transferring this energy to theconsumption area is always an issue. The energy is consumed where the civilization exists withtechnology. On the contrary the production areas are mostly out of the city limits without hightransportation availability and lack of facilities. Storing the data on the facility is the most preferred wayin these days. However the amount and the quality of the data gradually increases on location storageand is inadequate for a global planning and organization. Cloud computing is providing the necessarysoftware, hardware and infrastructure to the consumers as an on demand service. Combining thepower of cloud computing with the suitable 3G-4G connection opens a new frontier in the planning andorganizing the energy production based on renewable energies. This paper explains the technologicalneeds of renewable energy production and how to improve that by transferring them to cloudcomputing. Key Words: Renewable Energies, Production Planning, Data Mining, Cloud Computing 11. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ – 17-20 NİSAN 2013/İZMİR Kongre Teknolojik Araştırma Bildirisi    ________________________    1 ________  1. GİRİŞ Yenilenebilir enerjilere dayalı elektrik üretiminde ekonomik ölçüde etkili olarak kullanılan kaynaklar elealındığından öne çıkanlar rüzgar, küçük hidroelektrik ve güneştir. Diğer jeotermal, biyokütle, dalga,gelgit ve atıklardan üretim gibi yenilebilir kaynaklar günümüzde daha çok deneysel, küçük kapasiteli,lokasyona bağlı kısmen geliştirme aşamasında yada ısıl fayda amacı ile kullanılmaktadır. (1) Anakaynaklar düşünüldüğünde ise kaynakların kontrolü insanoğlundan çok doğanın ve atmosferik şartlarıkontrolü altındadır. Bu nedenle geleneksel üretim planlaması yapmak, akıllı şebekelerin kullanımı,esnek ücretlendirme ve tarife modeli uygulamak, talep planlamasına göre üretim yapmak gibiamaçların hepsinde kısa, orta vadeli ve uzun vade hesaplama yapmak gerekmektedir. Buhesaplamaların bir kısmı temel meteorolojik modellere dayalı olsa da son yıllarda yapay zekakullanımı ve modellemesinin ön plana çıktığı görülmektedir. (2-11) Bu çalışmaların hepsinde farklımatematiksel modeller kullanılarak klasik, skolastik ve deterministtik modeller ile sonuçlar bulunmaktadır. Çalışmalarda yerel, bölgesel yada ulusal veriler kullanılmakta, analiz edilmekte vebuna göre sonuçlar oluşturulmaktadır. Çalışmalar genellikle kesikli ve belli bir zaman dilimihedeflenerek yapılmaktadır. Bu modellerin gerçek üretim sistemlerinde kullanılabilmesi için belli bir hesaplama karmaşıklığına ulaşmış bilgi teknolojileri ve bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaktadır. 2. YENİLENEBİLİR KAYNAKLARDAN ELEKRİK ÜRETİMİNDE MODELLEME VE PLANLAMA2.1. Hesaplama İhtiyacı Öngörüm ve simülasyon odaklı çalışmalarda HPC yani yüksek performanslı hesaplama sistemlerineihtiyaç duyulmaktadır ki bu sistemler genellikle araştırma merkezlerinde, üniversitelerde yada ulusalar-ge merkezlerinde bulunmaktadır.Yenilenebilir enerjilere dayalı elektrik üretiminde son yıllardaki yaklaşım ulusal bazda üretim merkezlerive santralleri kurularak bunların bir çerçeve planı altında yönetilmesi ve kapasite artırımına gidilmesi(12) yada bölgesel kurulumlar ile sürdürülebilirliğin ve yöresel desteğin sağlanması yönündedir (13).Tüm bu farklılaştırılmış üretimlerin şebekeler üzerinde dağıtımının planlanması ve yönetilmesi ise farklıbir hesaplama yapısı gerektirmektedir. (14) Tüm bu sistemlerin ortak noktası farklı kaynaklardanverilerin alınarak işlenmesi ve buna göre planlama yapılması ihtiyacıdır. Hesaplama modeli farklıverileri ve kriterleri göz önüne alarak ekipman durumu, bakım planlaması ve üretim risklerine göre bir hesaplama modeli uygulayarak uygun çalışma yapısını oluşturacaktır. Bu yapı statik değil dinamikolarak 7/24 çalışmak üzere kurgulanmıştır (Şekil 1). Günümüzde yenilenebilir enerjilere dayalı üretim,olması gereken kapasitenin çok altında olduğundan ve henüz gerçekçi bir rekabet ve piyasa yapısıoluşmamış olduğundan üretim planlamasından çok lisanslama ve santral kurulumuna yönelikyatırımsal konular çok daha ön planda olmuştur. Ancak ülkemizde 2005 yılında yayınlanan 5346 sayılıkanun ve sonrasında alınan lisanslamalar ile birlikte yenilenebilir enerjilere dayalı elektrik üretimindegerçekçi planlama ve modellerin yapılması diğer tüm dünya ülkeleri gibi önemli bir hal almıştır. Süreceçevreci, sürdürülebilir ve temiz kaynaklar açısından bakıldığında karbon salınımları yapmadan yapılanher üretimin moral ve etik değeri çok olsa da üretilen elektriğin üreticiler için cazip ve ekonomik olmasıiçin piyasadaki fosil yakıtlarına dayalı üretimler ile belli bir oranda rekabet edebilmesi gerekmektedir.Fosil yakıtlarına dayalı üretimin salınım ve sınırlı kaynaklara dayalı olması bir kenara bırakıldığındatalebi anlık artış ve düşüşler ile karşılayabilmesi, üretimin rezervlere dayalı olması, planlamasınıngenellikle ekonomik koşullar ile yapılabilmesini sağlamaktadır. 11. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ – 17-20 NİSAN 2013/İZMİR Kongre Teknolojik Araştırma Bildirisi    ________________________    1 ________  Şekil 1. Yenilenebilir Kaynaklardan Elektrik Üretiminde Hesaplama İhtiyacı ve Üretim Planı ModeliHesaplama modelindeki karmaşa arttıkça ihtiyaç duyulan sunucu ve sunucu altyapısı da paralel olarakartmaktadır. Günümüzde 7/24 çalışabilecek ve gereken zamanlarda hesaplama yapabilecek başlangıçseviyesindeki sunucular bin dolar seviyelerinde başlamakta, işlemci gücü ve RAM’i artıkça onbin hattaHPC’lerde yüzbin dolarlara varan maliyetlere ulaşmaktadır. Bu tür sistemlerin özellikle hesaplamasüreçlerinde elektrik tüketimleri artmakta ve ısınmalarından kaynaklı ciddi bir soğutma sistemin ihtiyaçduymaktadırlar. Birçok sistem odasında ısının, sistemin verimli ve sağlıklı çalışabilmesi için klimalar ileyaz kış 20°C düzeylerinde tutulması gerekmektedir. Bu sürecin, yaz güneşinde bir rüzgar santralitarlasındaki yeterli ısıl izolasyonu yapılmamış kontrol odası ve küçük kapasiteli bir klima sistemidüşünüldüğünde son derece maliyetli ve verimsiz bir talep olduğu açıktır. 2. BULUT BİLİŞİM VE BULUT HESAPLAMA Bilgi teknolojileri dünyasında ilk bilgisayarlar ve ilk ağ haberleşmesinin temellerinin atıldığı ikinci dünyasavaşı sonrasındaki yıllarda maliyetler ve teknolojinin fiziksel talepleri nedeni ile dünya üzerinde sayılıbilgisayar bulunmaktaydı. 1980’lere kadar kişisel bilgisayar kavramı yerine terminal sistemleriüzerinden merkez bilgisayarlara bağlanılarak işlemler gerçekleşmekteydi. Ancak bu sistemlerdegenellikle kullanıcılar terminaller üzerinden sadece sistemi kullanabilmekte, sistem ile veri alışverişikomutlar ve hedefler boyutunda kalmaktaydı. Internet’in yaygınlaşması, özellikle 3G ve 4G gibiteknolojiler ile mobil ve lokasyondan bağımsız iletişim kapasitelerinin 3G de 40Mbits gibi yüksekhızlara ulaşabilmesi ayrıca yakın gelecekte 4G ile 1000Mbits gibi neredeyse yerel ağda çalışma ileeşdeğer bir hıza ulaşılabilecek olması mobil cihazları daha etkin kullanabilmemizi sağlamıştır. Kişiselbilgisayarlar ve yerel sunuculardaki hesaplama ve saklama kapasitesi günümüzde, 2000’li yıllar gözönüne alındığında çok iyi bir düzeye ulaşmış olsa da, bununla birlikte hesaplama ihtiyacı vekarmaşıklığı da genel anlamda kullanılan ilk programlardan biri olan maaş hesaplama programlarındabile yapay zeka karar destek sistemlerine ulaşmıştır. Maaşları hesaplamak için gerekli olanfonksiyonda karar ve sonuç ilişkisindeki parametreler bir elin parmakları ile sınırlı ve sabit iken bir meteorolojik olaylarda hesaplamanın içine giren parametreler, daha siz hesaplamayı yaparkendeğişmekte ve planlamayı karmaşık hale getirmektedir. Özellikle yapay sinir ağları, bulanık mantık,genetik algoritmalar gibi sıklıkla kullanılan modellerde sistem öncelikle öğrenmeli, modelini sınamalıyada anlık olarak alternatif çözümleri rastgele üretimler ile çoklayarak denemektedir. Meteorolojininyada REPA Rüzgar Enerjisi Potansiyel atları, GEPA Güneş Enerjisi Potansiyel atlası gibi yenilenebilir enerji atlaslarının verilenin kullanımı durumunda ciddi bir veri küpüne ihtiyaç duyulabilmektedir. Tümbu verilerin ve hesaplamaların üretimin yapıldığı noktada tutulması ve hesaplanması ciddi bir bilgiteknolojileri yatırımı gerektirecektir.Bu noktada bilgi teknolojilerine dayalı ihtiyaç ve taleplerin internet üzerinden servis olarak alınması vekullanımı kavramını ifade eden “bulut bilişim” devreye girmektedir. Bulut bilişim bilgi teknolojisiihtiyaçlarının dinamik ve esnek olarak kullanımını sağlayan ve özünde “kullandıkça öde” mantığı ileçalışmakta olan bir yapıdır. 11. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ – 17-20 NİSAN 2013/İZMİR Kongre Teknolojik Araştırma Bildirisi    ________________________    1 ________  2.1. Bulut Bilişim Servis Modelleri Bulut bilişim özünde XaaS ( X as a Service ) yani her bilgi teknolojisi ihtiyacını servis olarak tüketiciyeverilmesi üzerine kurgulanmıştır. Temelde üç ana servis yapısı bulunmaktadır.(15; 16) 2.1.1. Yazılımın Servis Olarak Sağlanması - SaaS Tüketicilerin ihtiyaç duydukları yazılımları kendi bünyelerinde bulundurmak yerine bulut bilişimservislerini kullanarak karşılamalarıdır. Günümüzde buna en iyi örnek olarak Google firmasının vermişolduğu Gmail, Google Docs ile, Microsoft firmasının vermiş olduğu LiveMail, Office 360 gibi klasik ofiskullanıcılarının ihtiyaç duydukları kelime işlemci, tablolama, sunum ve e-posta ihtiyaçlarını tipik bir internet tarayıcısı üzerinden herhangi bir kurulum yapmadan kullanabilmeleri verilebilir. 2.1.2. Platformun Servis Olarak Sağlanması – PaaS Kendi yazılımlarını geliştirmek ve bunları bulut üzerinden kullanmak isteyenler için gerekli yazılımsalaltyapı ve mimarinin bulut tarafından sağlanması hizmetine verilen addır. Microsoft Azure, AmazonE2C gibi platform sağlayıcıları kullanıcıların farklı amaçlar için ihtiyaç duydukları CPU gücü ve RAMihtiyacını protokol ya da API kullanımı ile sağlamaktadırlar. 2.1.3. Altyapının Servis Olarak Sağlanması - IaaS Kullanıcıların sanal sunucu, yüksek kapasiteli internet altyapısı, veri ve medya saklama bulundurmataleplerini karşıladıkları modeldir. 2.2. Bulut Bilişim ve Bulut Hesaplamanın Sürece Sağladığı Faydalar  Bulut bilişimin en önemli faydası yerel kurulum ve hesaplama gücünün gerekmeyişidir. Bu nedenlehesaplama ve veri saklama gibi süreçlerin hepsi bulut üzerinden karşılanmaktadır. Yenilenebilir enerjilere dayalı üretimde bu süreç rüzgar türbinlerinin kontrol odalarının, hidroelektrik santralbinalarında yada güneş enerjisi panellerinin olduğu tarla ve çatılarda sadece internet erişiminin olduğubasit sistemlerin olmasını sağlamasıdır. Ayrıca bulut bilişim sistemlerinde ücretlendirme ilk yatırım maliyeti yapılmadan, kullandıkça ödemeşeklinde olduğundan özellikle ilk yatırım maliyetinin yüksek olduğu yenilenebilir enerji sistemleri içinçok cazip bir modeldir. Bir rüzgar türbini tarlası düşünüldüğünde kapasitedeki tüm direklerin aynı andadevreye alınması güçlü bir mali yapı gerektirmektedir. Genellikle kademeli devreye alınmalar tercihedilmekte ve her ilave direk ile bilgi teknolojileri ihtiyacı da değişmektedir. Başlangıçta tüm kapasiteiçin bilgi teknolojisi yatırımı yapılsa, ilk zamanlarda atıl kalacak ve teknolojisi eskiyecek, basit bir sistem ile başlanıldığından zaman içerisinde yetersiz kalarak ölü bir yatırım haline dönüşecektir.Bulut sistemlerinde ise santraldeki her bir ilave sistem ve gereken hesaplama gücü için bulutüzerinden anlık değişim yapılabilmekte ve buna göre ücretlendirilmektedir. Anlık bilgi talebi ve ihtiyacına göre gereken hesaplamalar ancak paralel işlemci gücü ve sanallaştırmateknolojileri ile sağlanabilmektedir. HPC, yani yüksek performanslı hesaplama sistemleri, bu tür hesaplamaları çok hızlı bir şekilde sonuçlandırabilmektedir. Eğer yapılan öngörümde farklı bir durumyoksa örneğin ani bir hava değişimi, anlık bir tüketici talebinin oluşması yada santral bünyesindekiüreticilerden birinin anlık arızası gibi planlamalarda HPC ihtiyacı bulunmayacaktır. HPC’ninkullanılmadığı durumlarda eğer sistemin satın alınmış ise atıl olarak duracak, enerji tüketecektir.Bunun önüne geçilebilmesi HPC’nin bulut tarafında çözülmesi ile olacaktır.(17-20) 3.HESAPLAMA MODELİ VE MİMARİSİ Bu bölümde bulut bilişim ve bulut hesaplama servislerinin farklı üretim modelleri için nasılkullanılabileceği ve bunların mimarilerinin nasıl şekillendirileceği anlatılmaktadır. Genel olarak dörtaşamada üretim yapılabileceği öngörülmüştür. Bu öngörümler daha önceki bölümde de anlatıldığıüzere farklı talep ve özelliklere göre esnek olarak değişebilmektedir. 11. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ – 17-20 NİSAN 2013/İZMİR Kongre Teknolojik Araştırma Bildirisi    ________________________    1 ________  Bu modellerde tekli üretim sadece tek bir kaynaktan ve tek bir rüzgar/hidro türbin yada panelin olduğudurumlardır. Tek lokasyon ise bunların aynı yerel kaynakları kullandığı araziler ve kurulum alanlarıdır. 3.1. Tekli Üretimde Basit Model ve Mimari Tekli üretimde tüm ihtiyaçlar bulut üzerinden kullanılmaktadır. Planlama yazılımı servis olarak türbininkontrol sistemlerine gerekli komutları vermektedir. Üretici tek bir sistemi olduğundan ürettikçetüketecek, uygun şebekede fazlasını şebekeye verecektir. Bölgesel yada ulusal bir planlamasürecinde olmayacaktır. Dolayısı ile Paas ve Iaas gibi servisleri kullanmayacaktır. 3.2. Tek Lokasyon Çoklu Üretimde Basit Model Modeli ve Mimarisi Tek lokasyon çoklu üretimde ise birden fazla üretim istasyonu olduğundan bunların üretimleri vekapasiteleri birbirlerini etkileyeceklerinden basit bir planlama yapılamayacaktır. Özellikle nehir üzerindearka arkaya yerleşmiş küçük hidrolarda düşüler ve debiler bir yukardaki santralin havzasının veüretimine göre değişmektedir. Benzer bir durum rüzgar tarlaları içinde geçerlidir. Tarlanın her bir noktasında aynı rüzgar potansiyeli ve hızı olmamaktadır.(21; 22) Her bir üretim lokasyonu için çoklukriter analizine göre aynı lokasyondaki diğer üretimlerde göz önüne alınarak planlama yapılmalıdır.Tüm bu veriler internet üzerinden bulutta birleşmeli, Paas üzerinde çalışan lokasyona özgü planlamayazılımı ile desteklenmelidir. 3.3. Çok Lokasyon Çoklu Üretim Modeli ve Mimarisi Bu yapı birden fazla üretim lokasyonu olan bölgesel yada ulusal üreticiler için geçerli bir modeldir. İlkiki modelin üzerine üretici firmanın bölgesel ve ulusal satış planlaması da sistemin içine girecektir.Saas ve PaaS sistemleri diğer üretim lokasyonlarını da göz önüne alarak planlama yapacaklardır. 3.4. Çok Lokasyon, Hibrid Üretim Modeli ve Mimarisi Özellikle akıllı şebekeler ve ulusal planlama için hibrid üretim modelinde bu sisteme üye olan tümüreticiler, santraller ve tüketicilerin arz talep dengeleri üretimdeki SaaS’lerden beslenen PaaS üzerindeişlenecek gelen verilerin bütünlüğü ve boyutunun fazla olması IaaS olarak da tüm verilerin saklanmasıve işlenmesini sağlayacaktır. Buna basit bir örnek olarak 1000 tane üretim istasyonundan gelen anlıkverilerin, şebekedeki dalgalanmaların hepsinin loglanması ve buna göre planlama ve ücretlendirmeninyapılması olarak ele alınabilir. Esnek tarife ve ücretlendirme modelinde tüketicinin talebini en iyi fiyatve üretim modeli ile karşılarken iletim ve dağıtım süreçleri de sisteme dahil olacaktır. SONUÇ Bu çalışmada yenilenebilir enerji santrallerinde enerji üretimi planlanması ve modellenmesi için gerekliolan hesaplama ve saklama gücünün bulut bilişim teknolojileri ile karşılanması konusu hesaplamakarmaşıklığı ve maliyet unsurları ile mevcut teknolojiler göz önüne alınarak incelenmiştir. KAYNAKLAR [1] BP, "BP Statistical Review   of World Energy   June 2012," June 2012.[2] Mellit, A. and Pavan, A. M., "A 24-h forecast of solar irradiance using artificial neuralnetwork: Application for performance prediction of a grid-connected PV plant at Trieste, Italy," Solar Energy  , Vol. 84, No. 5, 2010, pp. 807-821.[3] Lin, C. T. and Lee, I. F., "Artificial intelligence diagnosis algorithm for expanding aprecision expert forecasting system," Expert Systems with Applications , Vol. 36, No. 4, 2009, pp.8385-8390.[4] Bajpai, P. and Dash, V., "Hybrid renewable energy systems for power generation instand-alone applications: A review," Renewable and Sustainable Energy Reviews , Vol. 16, No. 5,2012, pp. 2926-2939. 11. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ – 17-20 NİSAN 2013/İZMİR Kongre Teknolojik Araştırma Bildirisi 
Advertisement
Related Documents
View more
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks