Bu yazıda, akıllı şebeke teknolojilerinin yalnızca enerji ekonomisi perspektifinden ilgili bazı özelliklerine değil, aynı zamanda dekarbonizasyon, dijitalleşme, dağıtma ve demokratikleştirme gibi itici güçlerine de işaret ediyoruz. Akıllı şebeke ekonomisine neden ihtiyaç duyulduğu sorusunu sorarak, enerji ekonomisi alet çantasında hangi malzemelerin eksik olduğuna yanıt arıyoruz. Akıllı şebeke paydaşlarına değinerek Birleşik Krallık’ın akıllı şebeke kullanımı örneğini inceliyoruz.
Akıllı şebekeler, enerjinin farklı üretim yerlerinden aktif tüketicilere çok daha kontrollü bir şekilde iletilmesini sağlar. İdeal olarak, akıllı şebeke sistemleri, pek çok belirsizliğe rağmen klasik hiyerarşik sistemden daha güvenilir ve esnektir.
Günümüzde enerji tüketicilerine, çatı üstü güneş enerjisi, enerji depolama sistemleri, uçtan uca ticaret, mikro şebekelere veya bazı sanal elektrik santrallerine katılım gibi seçenekler sunulmaktadır. Aynı şekilde, maliyeti daha fazla yansıtan tarifeler sistem verimliliğini artırmayı amaçlarken, esnek ve sistem dostu hareket ederek potansiyel olarak maliyet tasarrufu fırsatları sunar. Böylesine sürekli genişleyen bir yelpazede akıllı şebekeler, tüketicilerin enerji tüketimlerini, üretimlerini ve enerji yatırımlarını etkileyerek bireysel enerji ihtiyaçlarını karşılamak için kendi seçimlerini yapmalarına olanak tanır.
Akıllı şebeke teknolojilerinin, mevcut enerji sisteminin/sektörünün tüm yenilikler, standartlaştırmalar ve düzenlemelerle birlikte gelişmesi uzun yıllar aldı. Ancak akıllı şebeke teknolojileri, klasik enerji teknolojisinin yerini almayı hedefliyorsa, yeni sistemin yalnızca güvenilir olması yeterli değil. Aynı zamanda erişilebilir fiyatlı ve çevresel olarak sürdürülebilir olması da gerekiyor.
1990’lardan bu yana, şebeke endüstrilerinin rekabeti artırmak için serbestleştirilmesi ve hukuki/finansal ayrıştırılması, beraberinde aşırı kârları ve piyasa gücünün kötüye kullanılmasını önlemek için etkili ve verimli düzenlemeleri de gerektiriyor. Bu da ikileme yol açıyor. Bir yandan, verimlilik potansiyellerinin artması ve aynı zamanda çok daha geniş bir kaynak yelpazesinin entegrasyonu sağlanabilirken; öte yandan, yeni ve çok daha bütünleşik düzenleme modellerinin yanı sıra bu tür verimsizlik sorunlarını ve ilgili refah kayıplarını hafifletmek için çapraz sübvansiyona ve piyasa gücünün kötüye kullanılmasına yol açabilir.
Enerji sisteminin giderek daha fazla dağıtık doğası nedeniyle, onu mümkün olduğunca iyi işleyen piyasalara ve ideal olarak yalnızca verimliliği ile değil, aynı zamanda bir dereceye kadar enerji adaletini de sağlayan şeffaf bir şekilde düzenlenmiş ve dinamik teşviklere dayalı olarak düzenlemek mantıklıdır. Akıllı şebeke uygulamaları çok yönlü paydaşların katılımından etkilenmektedir. Bu piyasa aktörleri dağıtık üretim ve depolma birimleri, iletim ve dağıtım sistemi operatörleri, nihai tüketiciler, üreten tüketiciler (prosumer), hizmet sağlayıcılar ve enerji piyasaları şeklinde sıralamak mümkündür.
Piyasa Aktörleri
Sıfır karbonlu bir enerji kaynağına doğru sürdürülebilir bir enerji geçişini mümkün kılmak için enerji sisteminde büyük çaplı yapısal değişiklik ihtiyacının doğasında var olan zorluklar, aynı zamanda çok sayıda yeni iş modeli ve fırsatı için alan sağlar. Bu durumu etkileyen operasyonel, yönetimsel, finansal ve piyasa gücü sinerjileri de vardır. Operasyonel olanlar, maliyetler veya gelirler ve kaynakların paylaşımı veya birleştirilmesidir. Yönetsel olanlar işlevler, stratejiler ve örgütsel yönlerle ilgilidir. Finansal sinerjiler, risk azaltma, şirket içi sermaye piyasası avantajları ve vergi avantajlarıdır. Piyasa gücünün sinerjileri, çok noktalı iş birliğini (taksit anlaşması, karşılıklı hoşgörü), yıkıcı fiyatlandırmayı ve karşılıklı alışverişi içerir.
Dağıtık üretim ve depolama birimleri:
Akıllı şebekeler, yenilenebilir enerjinin verimli kullanımını, şebeke otomasyonunu, talep yanıtını, reaktif güç yönetimini ve çok daha fazlasını içerir. Akıllı şebeke altyapı yatırımlarının sağladığı akıllı şebeke uygulamalarının bu artan kullanımı, iyi tasarlanmış ve iyi yönetilmişse, sistem verimliliğini, dayanıklılığını ve sosyal refahı artırmayı sağlar. Avrupa için 2020’ye kadar, yalnızca 2014-2035 arasında 600 milyar avro civarında olacağı tahmin edilmektedir.
Akıllı şebekeler, küçük enerji üreticilerinin (dağıtık üretim ve depolama birimlerinin) enerji dağıtımına katılmasını sağlayacaktır. Şimdiye kadar, modern şebeke tabanlı enerji besleme sistemleri bile genellikle birbirinden bağımsız olarak tasarlanmış ve işletilmiştir. Akıllı enerji merkezleri, gelecekteki entegre enerji sistemlerinin potansiyel olarak önemli bir unsuru olarak, sistem planlayıcıları, operatörler ve aynı zamanda üretici tüketiciler için merkezi olmayan bir şekilde birleştirme, dönüştürme, depolama ve ısı ve güç üretimini teknik ve ekonomik olarak optimize etme fırsatı sağlayacaktır.
Geleceğin akıllı şebekesinde, birçok nihai tüketim cihazlarının ve ev aletlerinin gerçek zamanlı olarak bağlanması ve şebeke parametre değerlerinin (gerilim ve frekans bilgisi) elde edilmesi beklenebilir. Ayrıca, sistemin gerçek dünyadaki performansını kontrol sinyallerine göre izleyerek dayanıklılığı korumaya ve hasarları/kesintileri önlemeye hizmet eden bazı denetleme algoritmaları kurulacaktır. Bu, dinamik nihai tüketici katılımını mümkün kılar ve örneğin yönetim sistemi arızalarının yanı sıra siber saldırılar veya diğer düşmanca izinsiz girişler gibi tedarik güvenliği sorunlarının önlenmesine yardımcı olabilir.
Depolamanın potansiyel ekonomik değeri son yıllarda literatürde tartışılmaktadır. Yine de, bazı enerji tedarikçilerinin veya toplayıcıların erişemeyeceği (örneğin, yalnızca enerji toptan satış piyasalarında veya bazı yan hizmet piyasalarında toplu dağıtık enerji kaynakları ile ticaret yaparak potansiyeli azaltır) merkezi olan veya merkezi olmayan bir şekilde kurulabilen birçok depolama teknolojisi mevcuttur.
Akıllı şebekelerde depolama birimlerinin kullanımına ilişkin önemli bir soru, örneğin gün içi arbitraj fırsatlarından yararlanarak karlı bir şekilde çalışmak için yeterli ekonomik teşvikin olup olmadığıdır. Depolama teknolojileri, göreceli özellikleri ve faydaları bakımından çok farklılık gösterir, ancak tipik olarak enerji ve güç kapasiteleri, yanıt süreleri, artış hızları ve birim başına maliyetleri ile karakterize edilir. Ekonomi, mevzuat, pazar yapısı ve zaman içindeki gelişimi, doğal kaynaklar da ülkeler arasında büyük farklılıklar gösterebilir.
İletim ve dağıtım sistem işletmecileri:
Klasik bir elektrik tedarik zinciri sınıflandırması, üretim- iletim-dağıtımdır. Bilişim teknolojilerinin elektrik dağıtım sistemine artan entegrasyonu ve pasif bir şebekeden daha aktif ve ‘akıllı’ bir şebekeye geçişle birlikte, daha fazla sistem yönetimine ihtiyaç duyulmaktadır. Sonuç olarak, iletim sistemi ve dağıtım sistemi işletmecilerinin rolü değişecektir. Aynı zamanda, elektrik üreticileri/tedarikçileri ile dağıtım sistemi işletmecileri ve iletim sistemi işletmecileri arasındaki iş birliği ihtiyacı artacaktır; arz güvenliği ve sistem dayanıklılığı, dağıtım sistemi işletmecilerinin ve iletim sistem işletmecilerinin ortak sorumluluğu haline gelecektir.
Akıllı bir şebekeye yönelik ana yatırım yükü dağıtım sistemi işletmecilerinin üzerinde olacaktır. Düzenlenmiş kuruluşlar olarak dağıtım sistemi işletmecileri, şebeke kullanıcılarına aktarmak için düzenlenmiş tarifelerden yararlanacaktır. Tam teşekküllü bir akıllı şebekeye ve entegre enerji sistemine giden yol, uygulama veya pilot projelerle yumuşatılabilirken, yine de, kurulu fiziksel altyapının yeni sensörler ve kontrolörler aracılığıyla değiştirilmesi ve/veya yükseltilmesinin doğasında var olan muazzam değişimin ve enerji sisteminin karbondan arındırılması ihtiyacından dolayı başarı için zaman çizelgesinin 20 yıldan az olduğu gerçeği ışığında ve daha fazla yazılım altyapısının entegrasyonu, akıllı şebeke yatırımlarının fayda-maliyet analizi büyük bir zorluk olmaya devam ediyor. Zaman baskısının ağırlaştırdığı belirsizlik, muhtemelen akıllı şebekeyi daha ideal planlama ve uygulama koşullarına göre çok daha maliyetli hale getiriyor.
Değişken yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen elektriğin payının artmasıyla birlikte, sistem operatörleri entegrasyon maliyetlerine maruz kalmaktadır. Bunlar şebekeyle ilgili olanlar, dengeleme maliyetleri ve profil maliyetleridir. Şebekeyle ilgili maliyetler, elektriği üretim yerinden tüketim yerine taşımak zorunda olmanın fırsat maliyetlerine atıfta bulunarak, elektriğin marjinal maliyetlerini yansıtır. Dengeleme maliyetleri, tahmin hatalarından kaynaklanır. Son olarak, profil maliyetleri, zaman içinde talep ve arzı eşleştirme maliyetlerini yansıtır ve yenilenebilir enerji kaynaklarının aralıklı çıktısı ne kadar değişken olursa o kadar büyük olur. Çok sayıda esneklik potansiyelinin verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayan akıllı şebekelerin, bu tür YEK entegrasyon maliyetlerini azaltması beklenebilir.
Nihai tüketiciler:
Bir dizi akıllı ve entegre enerji yönetimi bileşeni içeren akıllı ev ve ev otomasyonu teknolojileri de pazarı yaygınlaştırarak tüketicilerin enerji kullanımlarını daha iyi optimize etmelerini ve eğer üretici tüketiciler ise elektrik üretimi ve depolama olasılıkları ve tercihleriyle ihtiyaçlarını karşılamalarını sağlar. Akıllı şebeke teknolojilerinin artan yayılımı, üreten-tüketicilerin tüketicilerle, tüketicilerin tüketicilerle ve her iki tip aktörün diğer pek çok aktörle olan etkileşimleri için benzeri görülmemiş bir potansiyel taşımaktadır. Enerji tüketici ihtiyaçları, davranışları ve uygulamaları yeniden şekillenecek ve değişecek, enerji tedarik sistemlerinin zaten karmaşık olan dönüşümüne daha fazla risk ve bilinmeyenler eklenecektir.
Yeni tüketici sınıflandırmalarının ortaya çıkması beklenebilir. Özellikle kırılgan durumdaki tüketiciler, artan enerji faturalarına karşı öngörülmek zorunda kalacak ve üretici tüketicilere yönelik teşviklerden yararlanamayabilir ve akıllı ev enerji yönetim sistemlerine ve/veya dağıtılmış enerjiye yatırım yapamamaları nedeniyle eskisi kadar duyarlı olmayabilirler. Şebekeden ayrılan kendi kendine yeten (otarşik) nihai tüketicilerin sayısının artmasından muzdarip olan şebeke operatörlerinin “ölüm sarmalından” kaçınmak ve akıllı şebekeleri sürdürmek için vergi mükelleflerinin parasını kullanmaları gerekli hale gelebilir.
Üreten tüketiciler (Prosumer):
Kendi üretme ve depolama sistemlerinin yeterince büyük olması koşuluyla otarşik/kendi kendini idame ettirme yeteneğine sahip olabilir ve bir enerji topluluğunun parçası olmaya ilgi duymadan, ‘şebekeden ayrılmayı’ tercih etmeye bile karar verebilirler. Ancak bu sadece ‘yükten ayrılma’dan çok daha maliyetli olabilir.
Akıllı şebekelere ve akıllı şebeke uygulamalarına yapılan yatırımların hem bireysel bir aktör hem de sosyal refah açısından karşılığını alması gerekir. Bir dağıtım şebekesi operatörünün bakış açısından, marjinal bir fiyatlandırma planı uygulandığında akıllı şebeke yatırımlarını amorti etmenin ne kadar sürdüğü analiz edilebilir. Bu tür araştırmalar, geçmişte ya nispeten basit ekonomik modeller kullanılarak ya da akıllı şebekelerin çok seviyeli yapısını açıkça hesaba katan modeller uygulanarak yapılmıştır. Bu araştırmaların bir kısmı sosyal refah uygulamaları ve sosyal refah optimizasyonu ile de ilgilidir. Bir yandan, ideal olarak, çeşitli esneklik seçeneklerinden artan esneklik, altyapı yatırımlarına olan ihtiyacı azaltacaktır. Öte yandan, sistemi daha akıllı hale getirmek için büyük yeni yatırımlara ihtiyaç var.
Akıllı Şebeke Optimizasyonunun Farklı Zaman Ölçekleri ve Etkileri
Çok kısa vadede, talebe yanıt verme ve göndermeye yönelik akıllı çözümler ve sistemdeki artan esneklik ve akıllılık, benzeri görülmemiş bir arz ve talep eşleşmesi sağlar. Uzun vadede, bunun, sistemin istikrarı ve esnekliği üzerindeki diğer etkileyici faktörlerin yanı sıra, radikal inovasyon ve zayıf veya gecikmeli düzenlemeden de büyük olasılıkla etkilenen yatırım karar verme riskinde azalmaya yol açıp açmadığını göreceğiz.
Yapay zeka ve özellikle onun alt alanı makine öğrenmesi, daha karmaşık ve önemli ölçüde daha fazla veriye dayalı bir enerji endüstrisinin temel kolaylaştırıcısı olmak üzere. Sektör, enerji arzı, ticareti ve tüketiminin organize edilmesi ve yönetilmesinde hızla ve çarpıcı biçimde değişiyor. Yapay zeka, kontrol edilebilirlik, büyük verilerin işlenmesi, akıllı şebeke sistemi işletimi/yönetimi, kestirimci bakım, siber güvenlik, enerji verimliliği optimizasyonu ve çok daha fazlası açısından geleneksel yaklaşımları ve modelleri geride bırakabilir.
Makine öğrenmesinin enerji ekonomisi literatüründeki en yaygın uygulamaları arasında kullanımı Şekil-1’deki gibidir. Ayrıca, makine öğrenimi yaklaşımlarının birleştirilmesi dışında yaygın bir yaklaşım olan ekonometrik modeller ile makine öğreniminin birleştirilmesiyle birçok yeni uygulama alanı düşünülebilir.
Üreten tüketicilerin sayısı ve ilgisi arttıkça önemi artan üreten tüketici analizi alanında, makine öğrenmesi, enerji talebini tahmin etmede ve üreten tüketici hanelerindeki tüketim modellerini belirlemede kullanılabilir. Ayrıca, gelecekteki bir elektrik dağıtım sisteminin üretici tüketicileri (P2P) arasındaki enerji ticareti sorununu çözmede kullanılabilir. Örneğin, yük ve fiyat tahmini doğruluğunu ve enerji ticareti verimliliğini optimize etmek için makine öğrenimine dayalı tamamen dağıtılmış bir enerji ticareti çerçevesi önerilebilir. Bunun için Birleşik Krallık’ın akıllı şebeke girişimindeki kazanımlarını incelemek faydalı olacaktır.
Vaka Çalışması: Birleşik Krallık Akıllı Şebeke Girişimi
Birleşik Krallık’ta, akıllı şebekelerin konuşlandırılmasında son yıllarda önemli ilerleme kaydedilmiş; erken harekete geçilmesi gerektiği algısının olduğu dağıtım şebekelerine özellikle odaklanılmıştır. Beklenen faydalar arasında sadece şebeke kayıplarının azaltılması değil, aynı zamanda dağıtım şebekesi operatörlerinin karbon ayak izlerini daha iyi yönetmelerini sağlaması da yer alıyor. İlgili ana aktörler arasında hükümet (Enerji ve İklim Değişikliği Bakanlığı, DECC), düzenleyici kurum (Ofgem), çeşitli şebeke operatörleri, ekipman üreticileri ve akademi bulunmaktadır. Akıllı şebeke Ar-Ge projelerine önemli yatırımlar yapılmıştır.
Şebeke inovasyonunu desteklemeye büyük önem veren Ofgem’in fiyat kontrol modeli gibi çeşitli girişimler yoluyla projeler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, (rekabetçi) fonlar Düşük Karbon Şebekeleri Fonu (LCNF) ve onun halefi olan Elektrik Şebekesi İnovasyon Yarışması (ENIC) fonu, şebeke operatörlerinin inovasyon projeleri gerçekleştirmeleri ve yeni akıllı şebeke teknolojilerini ve çözümlerini test etmeleri için fon sağlar.
Bir dereceye kadar akıllı şebeke projelerini de destekleyen daha küçük fonlar, İnovasyon Fonu Teşviki (IFI) ve onun halefi olan Şebeke Yenilik Ödeneğidir (NIA).
Birleşik Krallık ayrıca, şebeke yönetimi olanaklarını iyileştirmek ve daha akıllı enerji talebi yanıtı ve daha fazla müşteri katılımı sağlamak amacıyla akıllı sayaçları piyasaya sürerek güç sisteminin gelişmiş kontrolü ve optimizasyonu için talep tarafını kullanıyor.
Birleşik Krallık’ta akıllı şebekenin geliştirilmesi için gelecekte öngörülen bazı yönler, elektrik şebekesinin bölümleri arasında daha kontrol edilebilir bağlantılar getirmek için orta gerilim doğru akım teknolojisinin gösterilmesini içerir; bu, şebekeye bağlanabilecek yenilenebilir enerji üretimi miktarını artıracaktır. Ayrıca, kontrol edilebilirliği artıracak, çevresel etkiyi azaltacak ve istasyon güvenliğini artıracak olan, bakır sabit kablolama yerine fiber optik kabloları içeren iletim şebekelerinde gelişmiş uygulamaları içerir.
Stratejideki bir başka unsur da, tüm evlerde ve çoğu küçük işletmede akıllı sayaçların (hem elektrik hem de gaz için) ulusal çapta piyasaya sürülmesidir. Bu, yaklaşık 47 milyar sayacın değiştirilmesini ve yaklaşık 8,6 milyar sterlinlik maliyeti içerir. Tedarikçi avantajlarının 6 milyar sterlinin üzerinde olduğu tahmin ediliyor. Bunun yaklaşık 2,6 milyar sterlinlik kısmı sayaç okuma maliyetinden kaçınılması ve 1,13 milyar sterlinlik kısmı müşteri genel giderlerinin azalmasından kaynaklanmaktadır.
Temel olarak enerji maliyeti tasarrufları (4,2 milyar sterlin) ve yük kaydırma tarifelerinden (1,1 milyar sterlin) oluşan tüketici faydalarının yaklaşık 6,4 milyar sterlin olduğu tahmin ediliyor. Şebeke operatörleri için akıllı ölçümün şebeke planlaması, şebeke işletimi ve talep yönetimi açısından faydalar sağlaması beklenmektedir. Şebeke planlayıcıları, akıllı sayaçlardan elde edilen yük ve gerilim profillerinin analizinden, dağıtım şebekesi düzeyinde daha iyi varlık kullanımından ve daha doğru bir ısı pompalarının ve elektrikli araçların beklenen hızlı yayılımı ışığında gelecekteki voltaj ve talep çalışma aralıklarının tahminleri için temel oluşturmaktadır Şebeke operatörleri, daha iyi yerel kesinti tespitinden ve daha kısa sistem geri yükleme sürelerinden faydalanabilir ve ayrıca akıllı sayaç iletişim kanallarını kullanarak bağlantısı kesilen kaynakların eski durumuna getirilmesi için iletişim kurmalarını sağlar. Son olarak, talep yönetimi, akıllı sayaç kurulumlarından, örneğin dinamik fiyatlandırma seviyelerini ileterek veya (teşvik odaklı) doğrudan yük kontrolü ile talep yanıtını geliştirme açısından büyük fayda sağlayacaktır.
Sonuç ve Değerlendirme
Açıkçası, bu tür maliyet ve fayda tahminleri yüksek düzeyde belirsizliğe tabidir. Tespit edilen risklerin birçoğu, sistemin artan karmaşıklığından ve sürekli artan akıllılığın evrimsel süreci boyunca ortaya çıkan potansiyel çözümlerden kaynaklanmaktadır. Tespit edilen önemli risklerden biri, farklı düzenleyici kurumların amaç ve hedeflerinde devam eden tutarsızlıktır. Çözüm olarak, düzenlemenin teknoloji ve piyasa hizmetleri ile evrimleşmesine ihtiyaç vardır. Hafifletilmesi zor olarak algılanan bir diğer önemli risk, yaratılan değerin dağılması ve bir araya getirilmesinin ve/veya paydaşlar arasında maliyet etkin bir şekilde paylaşılmasının zor olması nedeniyle yeni teknolojiler ve hizmetlerden para kazanılamamasıdır. Ek şebeke maliyetleri ve bunlara yansıtılması halinde tüketici faturaları üzerindeki etkisi de önemli bir risk olarak görülmektedir. Son olarak, tüketici verilerinden değer yaratmak, tüketici tarafında bir risk olarak görülmektedir. Bununla birlikte, genel olarak, belirlenen tüm bu riskler ve belirsizlikler, sürdürülebilir enerji geçişi ilerledikçe daha az etkili ve daha pahalı hale geleceğinden, mevcut çözümlerle devam etmek için bir argüman olarak kullanılmamaktadır.
Bugüne kadar odak noktası, gerçek zamanlı bilgi akışları ve iyileştirilmiş yazılımlara, aktif güç akışı yönetimi ve dağıtım sistemi yönetimine dayalı tedarikçiler ve tüketiciler arasındaki etkileşim dahil olmak üzere dağıtım şebekeleri üzerinde olmuştur. Akıllı sayaçların ulusal olarak piyasaya sürülmesi, daha verimli şebeke planlaması ve operasyonları ile müşteri bağlılığını mümkün kıldığından akıllı şebeke gelişimini hızlandırmaktadır.
Etiketler: avrupayesilmutabakatı, ekonomi, enerji, finans, iklim değişikliği, teknoloji, ticaret Last modified: 12 Mayıs 2023
