30 Bin Üyemize Katılın
E-Bülten yayınlarımız için abone olun.
Reklamı kapat

Yeni Enerji Sistemi

Merve KIZILKAYA – Enerji Uzmanları Derneği (Makale) – Elektrik sisteminde, üretimden itibaren sayacın ötesini de kapsayacak şekilde büyük değişim süreci gerçekleşmekte olup bu yazıda, söz konusu değişikliklere bütüncül bir bakışla yaklaşılacaktır.

Geleceğin elektrik sistemine doğru dönüşümün temel olarak üç teknolojik alanda gerçekleştiği söylenebilmektedir:

1) DAĞITIKLAŞMA: Dağıtık üretim kaynakları (DÜK), enerji depolama sistemleri (EDS), talep tarafı yönetimi (TTY-demand side management) gibi kaynakların1 sisteme entegre olmasını ifade etmektedir. Bu alanla ilgili olan teknolojilere aşağıda yer verilmektedir:

  • Dağıtık Üretim Kaynakları (DÜK): Dünya genelinde karbon salımının azaltılmasına yönelik (dekarbonizasyon) politikaların neticesinde toplam elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) payı artmaktadır. Dolayısıyla geleceğin şebekesinde; kurulu gücü yüksek ve belirli merkezlerde konumlanan üretim santrallerinden ziyade dağıtım seviyesinden bağlı, daha küçük ölçekli, tüketim noktalarına yakın ve genellikle YEK’e dayalı dağıtık üretim tesislerinin ağırlık kazanacağı öngörülmektedir. Dağıtık üretimin daha çevre dostu olması, fosil yakıtlar gibi tükenme riskinin olmaması, arz güvenliğine katkı sağlaması, tüketicilerin aynı zamanda üretici olabilmesi (üreten tüketici-prosumer), şebekede kısıtların ve kayıpların azaltılması gibi önemli faydalarının olmasına karşın, özellikle rüzgar ve güneş enerjisine dayalı tesisler; kesintili (intermittent), değişken ve belirsiz üretim profiline sahip olup şebekede birtakım olumsuz etkilere yol açabilmektedir. Bu dezavantajların bertaraf edilebilmesi amacıyla EDS, tüketim tarafının kontrolü, gelişmiş izleme/kontrol sistemleri, sanal güç santrali konsepti gibi çeşitli çözümler önerilmektedir.
  • Enerji Depolama Sistemleri (EDS): Enerji depolama teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde EDS’nin şebekede aktif olarak rol oynamasına yönelik çabalar hızlanmıştır. EDS; hem üretim hem de tüketim birimi olarak görev yapabildiğinden şebekede üretim, iletim, dağıtım ve tüketim işlevlerine göre sınıflandırılan klasik şebeke varlıklarından ayrılmaktadır. Elektrik sistemine önemli ölçüde esneklik kazandıran EDS’nin; YEK’in desteklenmesi, talebin zamanda ötelenmesi, elektrikli araçlar, yedek güç kaynağı, yan hizmetler, şebeke kısıtlarının azaltılması, arbitraj (fiyat farkından kazanç sağlama), şebeke yatırımlarının ertelenmesi, güç kalitesinin yükseltilmesi gibi birçok kullanım alanı bulunmaktadır. Maliyetlerdeki düşüş trendinin devam etmesi halinde saha uygulamalarında Li-ion bataryaların daha fazla öne çıkacağı tahmin edilmektedir. Günümüzde EDS’nin elektrik şebekesinde aktif olarak kullanılmasının önündeki temel zorluklar; mevzuattaki belirsizlik ve maliyetlerin yüksekliğidir.
  • Talep Tarafı Yönetimi (TTY): “En ucuz enerji, tasarruf edilen enerjidir.” diye bir söz vardır. Tasarrufun önemini vurgulayan bu sözün ötesine geçilerek elektrik talebinin zaman/miktar olarak değişecek esnekliğe ulaşması yakın geleceğe ilişkin beklentiler arasındadır. Öngörülere göre; 2045 yılına kadar 120-150 GW yükün talep tarafı, esneklik kaynağı olarak kullanılabilecektir. Teşvikler veya fiyat sinyalleri yoluyla elektrik talep eğrisinin değiştirilmesini sağlayan mekanizmalar, talep tepkisi (TT-demand response) olarak adlandırılmaktadır. Talep Tarafı Yönetimi (TTY) kavramı ise talep tepkisiyle beraber enerji verimliliği uygulamalarını da kapsamaktadır. Bu uygulamaların en önemli avantajı, yeni üretim tesisi/şebeke altyapı yatırımlarından daha ekonomik olması olup bunun yanında puant yükün azaltılması, üretim-tüketim dengesinin sağlanması, sistem güvenilirliğinin artırılması, şebeke kısıtlarının hafifletilmesi, şebekenin en optimum şekilde kullanımı gibi faydaları da bulunmaktadır. Talep tarafı denince sadece yükler anlaşılsa da özellikle tüketim tesisine bağlı EDS ve DÜK de yük eğrisini değiştirebildiğinden talep tarafı kaynakları arasında sayılabilmektedir. Bunun yanında akıllı sayaçlar ile birlikte bilgi ve iletişim teknolojileri (BIT) altyapılarının da devreye alınmasıyla tüketimin anlık olarak izlenmesi ve dolayısıyla kısa sürede arzu edilen değişikliklerin yapılması daha kolay hale gelecektir. Talep tarafının aktif katılımı için teknolojik altyapının yanı sıra yeni oyuncularla birlikte piyasaların işleyişi açısından gerekli mevzuat değişikliklerinin de yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır.
  • Mikro Şebekeler: DEK’in saha uygulamasının örneklerinden biri olan mikro şebekeler, çeşitli kaynak ve yüklerden oluşan ana elektrik şebekesine bağlı veya şebekeden bağımsız çalışabilen küçük ölçekli şebekelerdir. Genellikle kampüs, ada, askeri bölgeler vd. yerlerde kurulabilen mikro şebekeler, sınırlı bir bölgenin elektrik ihtiyacının karşılanması, ana şebekede meydana gelen arıza, kesinti olaylarında bölgenin izole edilmesi, güç kalitesinin iyileştirilmesi, YEK’in yol açtığı teknik sorunların giderilmesi gibi pek çok avantaja sahiptir. Barındırdığı avantajlar nedeniyle geleceğin dağıtım şebeke yapısının çok sayıda mikro şebekeyi ihtiva edeceği öngörülmektedir.

2) ELEKTRIFIKASYON: Elektrifikasyon, ısıtma/soğutma, ulaştırma vb. sektörlerde ve gündelik hayatta kaynak olarak elektriğin kullanılmasını ifade etmektedir. Elektrifikasyon’ kavramının kapsamı geniş olsa da bu makalede sadece elektrikli araçlardan bahsedilecektir. Çevre kirliliğinin artmasında ulaşımın önemli derecede rol oynaması nedeniyle birçok ülkede elektrikli araçların kullanımı teşvik edilmektedir. Buna rağmen günümüzde elektrikli araçların (EA) sayısı hala beklenen düzeyde olmayıp AB’de trafikte olan tümü bataryalı EA (yaklaşık 1,4 milyon), 2018 yılında satılan yeni araç sayısının yaklaşık %2’sini oluşturmaktadır. EA’nın yaygınlaşması; ekonomik teşvikler, batarya teknolojisindeki gelişmeler (menzil, fiyat, ağırlık vb. faktörler açısından) ve şarj istasyonlarının sayısıyla doğrudan bağlantılı olup 2030 yılına kadar satılan yeni araçlar arasında tümü bataryalı EA’nın (ticari araçlar dahil) oranının %33’e ulaşması beklenmektedir. Bu artışın doğal bir sonucu olarak 2050 yılına kadar ulaştırma sektöründe elektrik talebinin 2015 yılı değerinin yaklaşık 13 katına ulaşacağı tahmin edilmektedir. Bununla beraber, EA, klasik elektrik tüketicisinden farklı olarak hareketli (mobil) olduğundan şebeke yatırımlarının ve araç şarj zamanlarının buna göre planlanması ve bunun da ötesinde şebekede esneklik sağlayacak çözümlerden yararlanılması gerekmektedir.

3) DİJİTALİZASYON: Kısaca, şebekenin bilgi, iletişim ve otomasyon teknolojileriyle donatılmasını ifade etmektedir. Dijitalizasyon, ilk iki maddenin destekleyicisi olarak şebeke kullanıcılarının aktif katılımını ve koordinasyonunu mümkün kılmakta ve şebekenin gerçek zamanlı verilere dayalı ve otomatik olarak yönetilmesini sağlamaktadır. Bu amaçla yüz binlerce dağıtık sensör, sayaç, akıllı cihaz vb. kaynaktan (neredeyse) gerçek zamanlı üretilen verilerin depolanması ve işlenerek faydalı bilgiye dönüştürülmesi, sistem genelinde gizliliğin korunması ve siber güvenliğin sağlanması gibi yeni zorluklar ortaya çıkmaktadır. Bu alanla ilgili olan bazı teknolojilere aşağıda yer verilmektedir:

  • Akıllı Sayaç: Akıllı sayaç denince birçok kişinin aklına uzaktan okuma yapılabilen elektronik sayaçlar, yani OSOS’lar gelmektedir. OSOS’un açılımı “otomatik sayaç okuma sistemi” ve literatürdeki karşılığı olan kavram, Automated Meter Reading-AMR olup akıllı sayaçlar ise “gelişmiş sayaç altyapısı”, yani Advanced Metering Infrastructure-AMI kavramı ile açıklanmaktadır. Aralarındaki en temel fark; OSOS’ların tek yönlü (sayaçtan merkeze doğru), akıllı sayaçların ise çift yönlü haberleşmeye imkan vermesidir. Akıllı sayaçların bu kabiliyeti; uzaktan sayaca enerji verilmesi, özellikle kaçak tüketim tespitinde sayacın enerjisinin kesilmesi, tarife değişiklikleriyle uyumlu olarak tüketimin değiştirilmesi gibi uygulamalara imkan vermektedir. Akıllı sayaçların sahip olduğu bu özellikler sayesinde özellikle AG seviyesinde şebekenin izlenebilirliğinin artırılması, güç kalitesinin iyileştirilmesi ve talep yönetimi uygulamalarının yaygınlaşmasında önemli payı bulunmaktadır.
  • Nesnelerin İnterneti: Internet of things (IoT) yani nesnelerin interneti, fiziksel ortamdaki ‘akıllı’ cihazların birer ‘nesne’ olarak tanımlanarak bu nesnelerin internet üzerinden veri alışverişinde bulunmasına imkan vermektedir. IoT’nin çok çeşitli uygulama alanları (akıllı şehirler, binalar vb.) bulunsa da örnek olarak şebekede önemli derecede esneklik potansiyeli getirebilecek sanal elektrik santrali (SES-virtual power plant) konseptine yer verilecektir. ‘Enerjinin interneti’ olarak da ifade edilen SES konseptinde; BIT altyapılarının yardımıyla çok sayıda DEK’in üretim/tüketimleri, merkez üzerinden yönetilebilecek şekilde bulut tabanlı sanal bir santral oluşturulmaktadır. SES’te çeşitli üretim/tüketim karakteristiklerine sahip kaynaklar kendi aralarında dengelendiğinden daha kararlı üretim profili elde edilmesi, böylelikle YEK’in belirsiz üretim profili ve diğer negatif etkilerinin önüne geçilmesi (teknik fayda), hem de küçük ölçekli tesislerin büyük ölçekli tek bir tesis gibi davranarak piyasalara katılımının artması (ekonomik fayda) amaçlanmaktadır. Ayrıca, SES’te tüm kaynakların aynı/yakın konumda yer alma zorunluluğu da (haberleşilebildiği sürece) bulunmamaktadır. SES’in sahip olduğu avantajları kullanmak isteyen Güney Avustralya, Japonya, Birleşik Krallık gibi ülkelerde SES konusunda geniş kapsamlı projeler başlatılmıştır. SES konusunda Avrupa’da öncü durumda olan Almanya’da 1400 adet RES ve GES’in entegre olduğu yaklaşık 10 GW’ın üstünde kapasiteye sahip SES işletilmektedir. ABD’de ise ilk kez SES kaynaklı kapasite, 2022 yılında sağlanmak üzere toptan satış piyasasında teklif kazanmıştır.
  • Blok Zincir: Blok zincir olarak çevrilen blockchain teknolojisi ise bir nevi yeni nesil internet olarak görülmektedir. Blok zincir kısaca, kriptolojik olarak korunan ve birbirine bağlı bir dizi işlem kaydından oluşmaktadır. Blok zincirde her bir işlem kaydının dağıtık haldeki çok sayıda bilgisayarda saklanması ve kullanılan şifreleme algoritmasının karmaşıklığı nedeniyle güvenli ve performansı yüksek bir sistem olarak görülmektedir. Blok zincirin, elektrik sektöründe aktif olarak kullanıldığı projeler; 1) Toptan enerji ticareti, 2) Perakende elektrik piyasaları, 3) Tedarik zinciri üyeleri arası (peer-to-peer) piyasa ortamı, 4) Esneklik hizmetleri, 5) Şebeke yönetimi ve güvenlik, 6) Elektrikli araç sarj istasyonları ve koordinasyon, 7) Çevresel özellikteki piyasalar (örn. karbon piyasası) ) olarak sınıflandırılabilen alanlarda yürütülmektedir.

Yukarıda bahsedilen değişim/dönüşüm sürecinden en çok dağıtım sisteminin etkileneceği muhakkak olup bu nedenle dağıtım şirketlerinin oynayacağı rol büyük önem taşımaktadır. Mevcut düzenleme yaklaşımlarının, yeni enerji sistemine uyum sağlamada yeterli olmayacağını fark eden ülkelerde değişim yoluna gidilmiş olup Birleşik Krallık’ta uygulanan RIIO modeli (Revenue= Incentives + Innovation + Outputs, Gelirler = Teşvikler + İnovasyon + Çıktılar) ve ABD New York Eyaletinde uygulanan REV (Reforming the Energy Vision, Enerji Vizyonu Reformu) dünya genelinde başarılı örnekler olarak görülmektedir. RIIO modelinin öne çıkan özellikleri, aşağıda maddeler halinde özetlenmektedir:

  • Uygulama Dönemi: İleriye yönelik fiyat kontrolleri arasındaki süre 5 yıldan 8 yıla çıkarılmıştır. Fiyat kontrol dönemi içerisinde öngörülemeyen değişikliklerin tarifelere yansıtılması için çeşitli mekanizmalar (örn. dönem ortası gözden geçirme işlemi) uygulanmaktadır.
  • Gelir Düzenlemesi: Şirketlere ileriye yönelik izin verilen gelirlerin3 belirlenmesi aşamasında şirketler tarafından ‘iyi gerekçelendirilmiş’ iş planlarının düzenleyici kuruma sunulması beklenmektedir. İş planlarının değerlendirilmesinde hükümetten tüketicilere varana kadar bir çok paydaşın görüşleri alınmaktadır. Gerek izin verilen gelirler belirlenirken gerekse de geriye dönük gelir düzeltmesinde şirketlerin gelir öngörüleri hakkında doğru bilgi vermesini ve maliyet etkinliklerini artırmalarını teşvik eden ‘sözleşmeler menüsü (menu of contracts)’ kullanılmaktadır. Nihai olarak şirketlerin maliyet etkinliklerinden elde ettikleri fayda belli bir oranda tüketicilere yansıtılmaktadır.
  • CAPEX4 /OPEX5 ’in Birlikte Teşvik Edilmesi: CAPEX ve OPEX, TOTEX çatısı altında birleştirilmiş olup TOTEX’in belirli bir bölümü (fast money) yıl içerisinde geri ödemeye konu edilmekte, kalan kısmı (slow money) ise varlık tabanına dahil edilerek 20 yıl içerisinde ödenmektedir. Böylelikle maliyet etkinliği, maliyet türüne bakılmaksızın aynı oranda teşvik edilmektedir.
  • Performansa Dayalı Teşvik: Kısa/uzun vadede şebeke kullanıcılarına istenen kalitede hizmet sunulmasının temini için çıktı kategorileri ve her bir çıktı kategorisi için ölçülebilir hedefler belirlenerek şirketlerin performansına göre izin verilen gelirler üzerinden ödül-ceza verilmektedir. Ayrıca şirketlerin çıktılarda gösterdiği performansının, puan tablosu üzerinden herkesçe takip edilebilmesine imkan verilmektedir.
  • İnovasyon: Tarife modeli içerisinde Ar-Ge uygulamalarından pilot projelere kadar inovasyon çalışmaları için çeşitli fonlar (örn. Şebeke İnovasyon Yarışması) ayrılmıştır. New York’ta 2014 yılında yeni enerji strateji planı REV açıklanmıştır. Düzenleme yaklaşımı açısından RIIO modeli örnek alınmakla beraber REV’in vurgulanması gereken özellikleri şu şekildedir:
  • Dağıtım şirketlerinin , klasik şebeke yatırımları veya satış hacmi yerine Dağıtık Sistem Platformu Sağlayıcısı-DSPPs olarak üçüncü taraflara (tüketiciler, DEK sahipleri vb.) piyasa veya platform hizmeti sağlaması yoluyla gelir elde etmesi hedeflenmektedir. • Şirketler tarafından hazırlanan dağıtım sistemi uygulama planları (iş planlarına benzer) ileriye yönelik izin verilen gelirlerin7 belirlenmesinde kullanılmaktadır. Ayrıca performansa dayalı teşvik uygulaması bulunmaktadır.
  • Dağıtık üretim ve TTY uygulamalarının teşvik edilmesi amacıyla tarife metodolojisi içerisinde ayarlama yapılarak şirketlerin satışlardaki dalgalanmalardan kaynaklanan gelir kaybı karşılanmaktadır.
  • Yenilikçi ve maliyet-etkin DEK’e dayalı projelerin hayata geçirilebilmesi için uygulama döneminde kabul edilen klasik sermaye projeleri için verilen bütçenin, alternatif DEK’e dayalı proje harcamalarında kullanılması (örn. DEK sahiplerine yapılan ödemeler) için şirketler serbest bırakılmaktadır. Alternatif projelerin başarılı olması halinde bir sonraki dönem DEK’e ilişkin giderler şirketlerin varlık tabanına eklenmekte ve hâlihazırda varlık tabanına dahil edilmiş olup da kaçınılan yatırım projeleri ile ilgili kazançları silinmektedir. Toplam maliyetlerden elde edilen fayda ise tüketicilere yansıtılmaktadır.

Sonuç olarak elektrik sistemi enerji ve bilginin iki yönde taşınabildiği, tüketicilerin aynı zamanda elektrik üretebildiği, izleme/kontrolün otomatikleştiği, şebeke kullanıcıları arasında etkileşimin arttığı daha karmaşık bir yapıya, yani “akıllı elektrik şebekesi” konseptine doğru dönüşmektedir. Akıllı elektrik şebekesinin daha kaliteli, daha verimli ve daha düşük maliyetli bir şebeke hizmeti için önemli fırsatlar taşıması nedeniyle akıllı şebeke uygulamalarının düzenleyici çerçeve içerisinde toplam fayda maksimizasyonu da dikkate alınarak desteklenmesi gerektiği değerlendirilmektedir.

Kaynaklar:

1) Elektrik Dağıtım Sektöründe Akıllı Şebeke Uygulamalarının Gelişimi İçin Proaktif Regülasyon, Uzmanlık Tezi, 2018

2) The Future of Electricity New Technologies Transforming the Grid Edge, World Economic Forum, 2017

3) Blockchain in Electricity: a Critical Review of Progress to Date, NERA Economic Consulting

4) Where does change start if the future is already decided?, EY, 2019.

Not: Bu yazı Enerji Uzmanları Derneğinin “Uzman Gözüyle Enerji” dergisinin 13. sayısından alınmıştır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir