Bu yazımızda piyasa mühendisliği kavramını tanımlarken, akıllı şebekelerin ve piyasa mühendisliğinin enerji piyasalarını nasıl etkilediğinin, nasıl geliştirebileceğinin ve iyileştirebileceğinin de üzerinde duracağız. Bunu, Alman ikincil yedek piyasasının tasarımını vaka incelemesi olarak ele alarak yapacağız. Ayrıca, bir yandan sanal enerji santralleri, tıkanıklık piyasaları, akıllı enerji toplulukları gibi kavramları tanımlarken, bir yandan da mevcut ve yeni piyasaları sistematik bir şekilde tanımlamanın ve tasarlamanın bir yolu olarak piyasa mühendisliği çerçevesi, akıllı şebekenin enerji piyasaları üzerindeki etkisi ve bu değişikliklerin nasıl sınıflandırılabileceği hususlarını irdeleyeceğiz.

Değişen Ortamda Enerji Piyasası Tasarımı

2001’de Kaliforniya’da enerji sistemlerinde kesintiler yaşanmış ve ortalama elektrik fiyatı, önceki yılın aynı dönemine göre yaklaşık on katına çıkarak, MWh başına 250 Amerikan doları olmuştu. Peki, başarısızlığın sebebi neydi? Kaliforniya elektrik piyasasını bölgesel bir yapı ile serbestleştirmiş ve bununla birlikte şebeke tıkanıklığını, piyasa gücünü ve tüketiciler için riskleri azaltmayı ve aynı zamanda toptan elektrik fiyatlarını düşürmeyi amaçlayan çeşitli yeni piyasa bileşenleri getirmişti. O dönemde elektrik piyasalarının tasarlanması konusunda çok az tecrübe vardı ve bazı piyasa tasarımı tercihleri bireylerin kendilerini piyasaya karşı optimize etmeleri için stratejik teşvikler yaratıyordu. Kaliforniya örneği, elektrik piyasası tasarımındaki tek deneme yanılma başarısızlığı değil elbette. Enerji piyasalarının tasarımı çok karmaşık olduğundan ve çeşitli çıkarları entegre etmesi gerektiğinden dolayı bu durum ayrıca şaşırtıcı da değil.

Dünya çapında yenilenebilir üretime geçiş, geleneksel piyasa tasarımlarını oldukça zorlamaktadır. Bu durum tıkanıklığa, dağıtım seviyesinde ters güç akışlarına ve hatta negatif elektrik spot fiyatlarına neden olabilecek üretim artışlarına yol açmaktadır. İşte tam da bu noktada piyasa tasarımının bu değişikliklere uyarlanması gerekmektedir. Aynı zamanda akıllı şebeke, yenilenebilir üretimin yerel beslemesini dengelemeye yardımcı olabilecek alçak gerilim seviyesindeki eylemleri ölçmek ve kontrol etmek için yeni olanaklar sunmaktadır. Bu da yeni aktörlerin piyasaya girmesine olanak tanır, aktif ve fiyata duyarlı tüketiciler yaratır ve daha ayrıntılı piyasa bilgileri sağlar. Elektrik piyasasından bahsettiğimizde aslında toptan spot ve gün içi piyasaları veya dengeleme güç piyasası gibi çok sayıda piyasa aşamasını (yani alt piyasaları) kastettiğimizi belirtmek önemli. Buna enerji dönüşümü sırasında yeniden dağıtım piyasaları gibi başka piyasalar da eklenebilir.

Akıllı şebeke, potansiyel olarak tüm bu alt piyasaları etkiler ve örneğin dağıtım şebekesinde eşler arası (P2P) ticaret şeklinde yeni alt piyasaların oluşturulmasını sağlayabilir. Bu tür piyasaların ve mevcut piyasalardaki değişikliklerin, Kaliforniya’da olduğu gibi piyasa başarısızlıklarından kaçınmak ve amaçlanan hedeflere ulaşmak için dikkatli bir şekilde tasarlanması gerekmektedir.

Piyasa Mühendisliği Kavramı

Kaliforniya elektrik piyasası reformu başarısızlığı örneğinde de görüldüğü üzere, sürekli olarak yeniden değerlendirilmesi gereken bir piyasa tasarlanırken çeşitli hususların göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Piyasa mühendisliği çerçevesinin unsurlarını şu şekilde özetlemek mümkündür:

Sosyoekonomik ve yasal ortam: Piyasa mühendisliğinin temelidir. Piyasanın, ticareti yapılan ürünlerin ve katılımcı aracıların kurallarının kanun ve yönetmeliklere uygun olması gerekir. Elektrik piyasası bağlamında, örneğin kaynakların mevcudiyetine ilişkin özel düzenlemeler veya farklı maddelerin izin verilen emisyonları için belirli sınırlar olabilir.

İşlem nesnesi: Tasarlanan piyasada alınıp satılacak olan üründür. Elektrik piyasası bağlamında, bu genellikle güç ya da elektrik olacaktır. Ancak akıllı şebeke ile birlikte, yeni talep tarafı esneklik kaynakları da alınıp satılabilir hale gelebilir.

Mikroyapı: Piyasanın kurallarını belirler. Bu, genel olarak tasarlanmış piyasadaki açık artırma tasarımı olarak özetlenebilir. Satıcıların ve alıcıların nasıl teklif vereceğini, başarılı bir ticaretin nasıl bulunacağını ve hangi fiyattan gerçekleştirileceğini tanımlar.

Bilgi Teknolojileri (BT) altyapısı: Günümüzde çoğu piyasa sanaldır. Piyasalara web platformları üzerinden erişilebilmekte ve teklifler çevrimiçi olarak verilebilmektedir. Bu, piyasaların farklı katılımcıların erişimine, zaman çözünürlüğünü belirleyen bir BT altyapısına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.

İş yapısı: Piyasa işletmecisinin iş modelidir. Piyasa işletmecisi özel bir şirket değil de düzenleyici kurum ise, iş yapısı gelirle değil, elde edilmesi gereken başka bir ölçütle ilgilidir. Buna bir örnek, yedek güç tedariki yoluyla güçlendirilen elektrik şebekesinin esnekliğidir.

Temsilci davranışı: Mikroyapı, BT altyapısı ve iş yapısı genel piyasa yapısını oluşturur. Piyasa yapısı; verimlilik, güvenilirlik veya kar maksimizasyonu gibi piyasanın nihai hedeflerine ulaşmak için piyasa mühendisi tarafından etkilenebilir. Ancak, yapı doğrudan bir piyasa çıktısına dönüşmez. Bu durumda temsilci davranışı, piyasadaki aktörleri etkileyen bir dizi kural ve düzenlemeyi tanımlar. Örneğin, çok karmaşık bir çerçeve çizilmesi katılımın azalmasına sebep olabilir ve bu nedenle nihai sonuca ulaşılamaz.

Piyasa çıktısı: Temsilci davranışından kaynaklanır. Genellikle, piyasa mühendisinin piyasa çıktısı için bir dizi hedefi vardır. Bu hedefler daha sonra gerçek sonuçlara göre değerlendirilebilir. Örneğin, Alman hükümeti büyük yenilenebilir enerji üretim birimlerine tarife garantisi verilmesi için bir piyasa mekanizması getirmiştir. Bu tarifeler, yılda birden fazla kez gerçekleştirilen bir açık artırma yoluyla tahsis edilmektedir. Amaç, toplam üretim açısından en uygun yerlerde en ucuz teknolojiyi kullanırken yenilenebilir üretim için genişleme hedeflerine ulaşmaktır.

Vaka İncelemesi: Alman İkincil Yedek Piyasasının Tasarımı

Almanya’da uygulanan ikincil kontrol güç piyasası örneği, piyasa mühendisliği çerçevesinin piyasaları tanımlamak ve tasarlamakta nasıl kullanılabileceğini göstermek adına etkili olacaktır. Bu piyasa, öngörülemeyen olaylar veya tahmin hataları durumunda şebekeyi dengelemek için yedek güç satın alması gereken Almanya’daki iletim sistemi operatörleri (TSO) tarafından işletilmekte ve kurulumu oldukça karmaşık olduğu için iyi bir örnek teşkil etmektedir. İkincil yedek, birincil yedek güçten sonra devreye girer. Enerji tedarik maliyetleri tüm tüketiciler tarafından şebeke tarifeleri yoluyla karşılanır. İkincil yedeği devreye sokmanın gerçek maliyeti, dengeli şebeke işleyişinin bozulmasına neden olan piyasa katılımcıları arasında dağıtılır. Yedek güç için sosyoekonomik ve yasal ortam, şebeke erişim yasası tarafından oluşturulmaktadır.

İkincil yedek güç piyasalarındaki işlem nesnesi çok boyutludur. Güç ve enerji fiyatından oluşur, pozitif veya negatif olabilir (yani sisteme güç eklenebilir veya sistemden güç alınabilir) ve dört saatlik bloklar halinde günün saatine göre farklılaştırılır. Miktar, enerji sistemindeki arz ve talebi dengelemek için etkinleştirilebilecek teklif edilen güç miktarıdır. Güç fiyatı boyutu, bu teklifi sözleşmeye bağlamak için gereken ödemeyi sağlar. Dengeleme gücü sağlamak için bir aktivasyondan bağımsız olarak ödenir. Enerji fiyatı ise yalnızca katılımcının gerçekten enerji sağlaması gerektiğinde ödenir.

Pozitif ve negatif ikincil yedek güç ayrı ayrı tedarik edilir. Ayrıca ürünler, sağlanmaları gereken dört saatlik bloklara bölünmüştür. İlk aşamada TSO’lar yedek kapasite satın alır ve ikinci aşamada yedek güç tedarik ederler. Kapasite aşaması, yeterli yedek enerjinin mevcut olmasını sağlayan bir tür sigorta işlevi görür. Yedek güç, kapasite fiyatı teklifi sıfır olan bir işlem nesnesi olarak düşünülebilir. Yedek kapasite piyasasında, gerekli kapasiteye ulaşılana kadar teklifler artan sırayla kabul edilir. Daha sonra, yedek güç piyasasında, yedek kapasite aşamasında kabul edilen katılımcılar katılmak zorundadır, ancak diğer piyasa katılımcılarının da teklif vermesine izin verilir. Gerekli yedek enerji de daha sonra artan sırayla elde edilir. TSO’lar BT altyapısı olarak bir web arayüzü kullanmaktadır. TSO’lar için iş yapısı rekabetçi bir ortam yaratmak ve ikincil yedeği minimum fiyattan tedarik etmektir. Dolayısıyla bir gelir hedefleri yoktur ancak finansal bir hedefleri vardır. Geçmişte, yedek güç ve enerji için teklifler eş zamanlı olarak verildiği ve sadece kapasite fiyatına göre kabul edildiği için, temsilci davranışları genellikle piyasa yapısından güçlü bir şekilde etkilenmekteydi. Bu nedenle, enerji fiyatı için fazla rekabet yoktu. Bu, tedarikçilerin çok düşük enerji fiyatları teklif ettiği ancak enerji fiyatlarının hızla yükseldiği ve zaman zaman çok yüksek yedek güç fiyatlarına yol açtığı durumlara yol açmıştır. Sonuç olarak bu mekanizma yeniden tasarlandı. Bu, piyasa mühendislerinin piyasa yapısının yeniden tasarlanması yoluyla aracı davranışını değiştirmeye çalışarak piyasa sonucuna nasıl tepki verdiklerine dair çok iyi bir örnektir. Piyasa tasarımı çok kısa bir süre önce değiştiğinden, bunun piyasa sonucu üzerinde bir etkisi olup olmadığı henüz görülmemiştir.

Akıllı Şebeke ve Enerji Piyasaları

Akıllı şebeke özünde piyasa katılımcıları arasında sinyalleri gerçek zamanlı veya gerçek zamana yakın bir şekilde iletme fırsatı yaratan bir iletişim altyapısı katmanıdır. Ayrıca bu verilerin analiz edilmesi, sistemin verimliliğini artıracak yatırım kararlarının alınmasına yardımcı olabilir. Bu sinyaller aracılığıyla akıllı şebeke, yeni aktörlerin enerji piyasasına katılmasına ve tüketicilerin piyasa sinyallerine tepki vermesine olanak tanıyarak talep ve arz eğrilerini dolaylı olarak etkileyebilir. Temelde piyasa çıktısı, bir piyasa tasarımı aracılığıyla verimli bir şekilde entegre edilen arz ve talep eğrilerinden etkilenmektedir. Arz eğrileri bir piyasadaki rekabet miktarından etkilenir. Daha fazla rekabet, katılımcıları gerçek marjinal üretim maliyetlerini teklif etmeye zorlar. Talep eğrisi özellikle talep esnekliğinden etkilenir.

Elektrik piyasasının bir özelliği de talebin genellikle hiç esnek olmamasıdır. Bu durum, fiyat sınırlamaları, talep tarafının piyasaya katılmak için çok az seçeneğinin olması veya piyasa gücünün kötüye kullanımına ilişkin düzenlemeler nedeniyle verimsizliğe yol açabilir. Bu nedenle, talep esnekliğinin artırılması elektrik piyasalarının verimliliğini artırabilir. Akıllı şebeke, piyasaya yeni aktörlerin katılmasını sağlayarak arz tarafını etkileyebilir. Küçük jeneratörler, depolama birimleri ya da elektrikli araçlar akıllı şebeke aracılığıyla iletilen sinyaller aracılığıyla bir araya getirilebilir ve kontrol edilebilir. Bu da rekabeti arttırır ve dolayısıyla daha rekabetçi davranışlara yol açarak daha verimli bir piyasa oluşmasını sağlar. Aynı zamanda talep tarafının da otomatik enerji aracıları vasıtasıyla fiyat sinyallerine tepki vermesi sağlanır. Bu da tüketimde değişen zaman tercihleri yoluyla fiyat esnekliğini artırır. Ayrıca, piyasa bilgileri uzun vadede değişikliklere yol açabilir.

Fiyat gelişimi ve bireysel tüketime ilişkin bilgiler, tüketicilerin tedarikçi sözleşmelerini zamanla değişen tarifelere geçirmelerine neden olabilir ve tüketiciler, tercihli öz tüketimin etkilerini daha kolay tahmin edebildikleri için depolama veya fotovoltaik (PV) panellerine yatırım yapabilirler. Bu durum enerji verimliliği önlemlerinin alınmasına ve bazı kişilerin PV üretimlerini komşularıyla paylaşabilmelerine yol açabilir. Çevrimiçi platformlar, pik dışı elektrik kullanımını ödüllendiren tarifelerin bulunmasına yardımcı olabilir veya bu tür bir platform, mahalleleri üretimlerini paylaşan mikro şebekelere bağlayabilir. Orta vadede bu fiyat sinyali, özel hanelerin konut çatılarına daha fazla PV kapasitesi kurmasına veya tercihli öz tüketimi en üst düzeye çıkarmak için depolama kapasitesine yatırım yapmasına neden olacaktır. Benzer şekilde, konut piyasasında olduğu gibi, piyasa sinyallerinin ve bilgilerin tüketicilere iletilmesi gerekmektedir. Akıllı şebeke, tüm bu piyasa sinyallerinin etkin bir şekilde iletilmesini ve konut piyasasındakine benzer çözümlerin dağıtım şebekesindeki elektrik piyasası için de uygulanmasını sağlayan altyapıdır.

Akıllı şebekeden yararlanan alanlar genel olarak Şekil 1‘de vurgulanan üç kısma ayrılabilir. Bu üç kısım daha sonra piyasa işleyişi ve piyasa gelişimi olarak kendi içinde bir daha bölünür. Burada, piyasa işleyişi akıllı şebeke tarafından yaratılan ve işleyişteki arz ve talebi etkileyen kısa vadeli fırsatları tanımlarken, piyasa gelişimi piyasadaki orta ve uzun vadeli verimlilik artışlarını kapsamaktadır.

Şekil 1: Akıllı şebeke gelişmelerinin tetiklediği piyasa gelişmeleri

Piyasanın İşleyişi

Piyasa işleyişi doğal olarak hızlı bir şekilde ve uzun teslim süreleri olmadan adapte edilebilen her şeyi ifade eder. Akıllı şebekenin bu tür hızlı kazanımları, mesela piyasa katılımcılarının iletişim, kontrol ve piyasa sinyallerinin iletimi yoluyla etkinleştirilmesi olabilir. Bu bilgi, bir üretim ya da esneklik varlığının devreye girmesi için bir sinyal niteliği taşıyan bir fiyat olabileceği gibi, basitçe tüketicilerin tepkisine neden olan bir fiyat sinyali de olabilir. Akıllı şebeke aracılığıyla gerçek zamanlı verilerin artan kullanılabilirliği, operatörlerin farklı amaçlar için bir dizi kaynağı koordine etmesini sağlar. Bu amaçlar frekans istikrarı, kısıtların giderilmesi ya da zamansal fiyat farklılıklarının kullanılması olabilir. Bu kaynakların koordine edilmesi ve piyasaya girmelerine izin verilmesi rekabeti artırır. Piyasa tasarımı değişmese de artan rekabet nedeniyle aracı davranışları değişebilir. Akıllı şebeke tarafından mümkün kılınan ve rekabetin artmasıyla ilgili olan üç yeni piyasa gelişmesi mevcuttur:

Sanal enerji santralleri: Geleneksel bir enerji santralini taklit ederek birlikte hareket eden farklı dağıtık enerji kaynaklarının (DER) bağlantısını tanımlar. Bu kaynakların birleşimi daha sonra ortaklaşa bir sanal enerji santrali oluşturur. Kaynaklar, PV panelleri veya rüzgar türbinleri gibi yenilenebilir kapasiteden aktif talep tepkisi, elektrik depolama veya elektrikli araçlara kadar her şey olabilir. DER enerji piyasasına katılabilir ancak üretimleri belirsiz olduğu için kapasite piyasasına katılamaz. Ancak piyasa perspektifinden bakıldığında, bu esnekliğin kârlı bir şekilde entegre edilebilmesi için kuralların değiştirilmesi önemli olabilir. Örneğin, merkezi olmayan kaynakların kurulmasını ve konut ısınma ve ulaşım sektörünün elektrifikasyonunu teşvik etmek için kendi ürettiği elektriğin tüketimi belirli ücretlerden muaf tutulabilir ve bu da sistemin esnekliğini artırabilir. Bu, bu tür piyasaların gerçeğe dönüşebilmesi için ekonomik ve yasal ortamın uyarlanması gerektiği anlamına gelmektedir. Nihayetinde, bu temelde yapılacak bir değişiklik yeni piyasa aktörleri yaratabilir ve bu da rekabetin artması yoluyla genel piyasanın verimliliğini artırarak aracı davranışlarının değişmesine yol açabilir.

Tıkanıklık piyasaları: Sanal enerji santralleri, toptan satış piyasası veya yedek güç piyasaları gibi mevcut enerji piyasalarında pazarlanabilir. Esneklikleri ya daha ucuz zaman dilimlerindeki tüketim için ya da kısa vadeli dalgalanmaların dengelenmesi için telafi edilir. Giderek önem kazanan bir diğer husus da hem iletim hem de daha önemlisi dağıtım şebekesindeki şebeke tıkanıklığıdır. Bu tür durumlar, tüketimin düşük olduğu ve kapasitenin enerjiyi yüksek gerilim şebekesine iletmek için yeterli olmadığı sırada alçak gerilim şebekesine PV veya rüzgar enerjisi beslendiğinde nadiren meydana gelmektedir. Gelecekte, birçok elektrikli araç aynı anda düşük voltaj seviyesinde şarj olmaya çalıştığında veya ısı pompalarının piyasa penetrasyonu arttığında, diğer yönlerde de benzer durumların ortaya çıkması mümkündür. Bu tıkanıklıkların piyasa temelli çözümlerle giderilmesi mümkündür. Bu tür piyasalar, yerel tıkanıklık zamanlarında hane halklarını elektrik depolarını, elektrikli araçlarını veya ısı depolarını şarj etmeye teşvik eden kısa vadeli fiyat sinyalleri sağlayarak akıllı şebeke kullanılarak uygulanabilir. Ancak bu tür piyasaların tasarımı oldukça tartışmalıdır. Bir taraf piyasa koordinasyonunun elektrik depolama gibi esneklik potansiyeline yatırımı artırabileceğini savunurken, bir diğer taraf da bu tür piyasaların oyun fırsatları yaratacağını ve kısıt yönetimi maliyetlerini artıracağını savunmaktadır.

Akıllı enerji toplulukları: Katılımcılar kendi üretimlerini komşularıyla birebir takas etmektedir Bazı ülkeler bunu özel düzenlemeler yoluyla teşvik etmektedir. Gerekçe, arz ve talebin yerel olarak dengelenmesinin şebekeleri rahatlatması ve yerleşik nüfusun daha fazla yenilenebilir üretime geçişe katılması için teşvikleri artırmasıdır. Avrupa Komisyonu, “gönüllü ve açık katılıma dayalı, gerçek kişiler, yerel yönetimler, teşvik edici belediyeler veya küçük işletmeler ve mikro işletmeler olan hissedarlar veya üyeler tarafından etkin bir şekilde kontrol edilen bir tüzel kişilik” olarak tanımladıkları vatandaş enerji topluluklarını desteklemek için bir direktif yayımlamıştır (Avrupa Birliği, 2019). Bir vatandaş enerji topluluğunun birincil amacı, finansal kârdan ziyade üyeleri veya faaliyet gösterdiği yerel bölge için çevresel, ekonomik veya toplumsal faydalar sağlamaktır. Bir vatandaş enerji topluluğu, elektrik üretimi, dağıtımı ve tedariki, tüketimi, toplanması, depolanması veya enerji verimliliği hizmetleri, elektrikli araçlar için şarj hizmetleri veya hissedarlarına veya üyelerine diğer enerji hizmetleri sağlayabilir. Vatandaş enerji toplulukları kavramının yükselişi, merkezi aracılar olmadan işleyen piyasaların yaratılmasına olanak tanıyan blok zinciri teknolojisinin ortaya çıkışıyla yakından bağlantılıdır. Şu anda bu tür tasarımların değeri çoğunlukla semboliktir. Uzun vadede bu piyasalar, daha yüksek gerilimli şebekelerle olan kısıtlamaları gözeten yerel bir alanda talep ve arzın koordinasyonu için önemli platformlar haline gelebilir. Yurttaş enerji toplulukları elbette akıllı şebeke teknolojisine büyük ölçüde bağımlıdır. Bu topluluklar ancak katılımcıların üretim ve tüketimlerini gerçek zamanlı olarak kaydedebilmeleri halinde hayata geçirilebilir. Piyasa mühendisliği perspektifinden bakıldığında bu konsept oldukça ilgi çekicidir. Haneler taleplerini neredeyse hiç tahmin edemedikleri için, önceden ticaret yapmak imkansızdır. Bu nedenle hem kontrolün hem de piyasa takasının gerçek zamanlı olarak gerçekleşmesi gerekir. Bu, piyasanın mikro yapısı ve BT altyapısı için bir zorluktur.

Fiyatlandırma ve düzenleme kavramları

Gerçek zamanlı tarifeler, herhangi bir zamanda elektrik için marjinal üretim maliyetini işaret eder. Bu durum, ısı pompaları ya da elektrikli araçlar gibi otomatik tüketicileri ucuz elektriğin mevcut olduğu zamanlarda tüketim yapmaya teşvik edebilir. Bununla birlikte, enerji ucuz olduğunda çalışmaya başlayan meşhur çamaşır makinesi örneğinin önemli bir etkiye sahip olma ihtimali daha düşüktür: Çok küçük maliyet tasarrufu potansiyeli, herhangi bir aktif davranış değişikliğini pek haklı çıkarmaz. Gerçek zamanlı fiyatların yanı sıra, bir düzenleyicinin veya kamu hizmetinin konut davranışını değiştirmek için uygulayabileceği çeşitli fiyatlandırma ve düzenleme kavramları vardır. Bunlardan en önemlileri şöyle ele alınabilir:

Net ölçüm: Özellikle Amerika Birleşik Devletleri’ndeki perakende enerji piyasalarında mevcut olan bir kavramdır. Bununla birlikte, benzer bir konsept Almanya’da elektrik depolama ile ticari olarak mevcuttur. Özünde bu, kendi kendine üretilen enerjinin mevcut perakende satış fiyatı üzerinden herhangi bir zamanda şebekeye beslenebileceği anlamına gelmektedir. Sabit bir tarife olması durumunda bu, şebekenin esasen serbest tüketiciler için bir batarya deposu görevi gördüğü anlamına gelir. Fazla üretimlerini istedikleri zaman şebekeye verebilirler ve elektrik sayaçları geriye doğru çalışır. Daha sonra, aynı miktarı daha sonraki bir zamanda tüketirler ve elektrik sayaçları tekrar ileri doğru çalışır. Bu konsept sıklıkla eleştirilmektedir çünkü beslemeyi dengeleme maliyeti sistem operatörlerine bırakılmaktadır ve ortaya çıkan maliyetlerin kendi üretimi olmayanlar da dahil olmak üzere tüm tüketicilere dağıtılması gerekmektedir. Şimdiye kadar bu konsept daha fazla geliştirilmemiştir. Bununla birlikte, dalgalanan yenilenebilir üretimin entegrasyonu için bir teşvik mekanizması olarak hizmet etme potansiyeline sahip olabilir. Örneğin, PV santrali olan bir haneye, daha sonra diğer belirli zamanlarda kullanılabilecek bir hesaba yönelik olarak feed-in’in hesaplandığı belirli zamanlar verilebilir. Bu nedenle, yük hizmeti veren kuruluş, verimli bir tarife aracılığıyla sistem için faydalı olan yerel bir besleme yönetimini teşvik edebilir. Böyle bir tarife tasarımı, haneleri tüketimin başka zamanlara kaydırılmasını sağlayan teknolojiler ya da üretimi en azından bir miktar kaydırabilecek küçük depolama birimleri eklemeye teşvik edebilir. Bu durumda şebeke bir batarya vazifesi görecek ancak sistemin geneli için faydalı olacak bir şekilde kullanılacaktır. Piyasa mühendisliği perspektifinden bakıldığında, üreticiler ve elektrik tedarikçileri arasında tedarik tekliflerini ve net ölçüm tarifelerini toplayan ve eşleştiren bir platform tasarlamak cazip olabilir.

Pik fiyatlandırma: Bu fiyatlandırma mantığının temelinde yatan fikir, şebeke güçlendirmeleri veya üretim kapasitesi yatırımları gibi sistem genişletmelerine ihtiyaç duyulmasına neden olan tüketicilere sistem maliyetlerini dağıtmaktır. Bu nedenle, tüketici fiyatları sistemin en yoğun olduğu zamanlarda çok daha yüksektir. Bu faydalıdır çünkü mevcut elektrik dağıtım ve iletiminin marjinal fiyatı yoktur. Sadece genişletme ihtiyacı ek maliyetlere neden olmaktadır. Ancak sabit ücretler ve hacimsel elektrik tarifeleri bu maliyetleri içermemektedir. Akıllı şebeke, tüketicilerin ek ücretlerden kaçınmak için pik noktalara hızlı bir şekilde tepki vermelerini sağlayabilir. Örneğin, yoğun zamanlarda ücretler artırılabilir. Öte yandan, aşırı arz dönemlerinde tarife garantileri düşürülebilir. Yerel düzeyde pik fiyatlandırma, yerel tıkanıklığı önlemeye ve şebeke genişletme ihtiyacını azaltmaya yardımcı olabilir. Özellikle alçak gerilim şebekelerinde bölgesel olarak uygulanırsa, dalgalanan yenilenebilir enerji kaynaklarının ve yüksek enerji tüketimine sahip yeni cihazların entegrasyonunu destekleyecektir. Bu konsept belki piyasayı değiştirmeyebilir ancak talep esnekliğini kesinlikle artırır. Bu da talep eğrisinin esnekliğini arttırır ve dolayısıyla elektrik piyasasının verimliliğini arttırarak diğer şeylerin yanı sıra elektrik kesintilerine karşı daha iyi koruma sağlar.

Zamana göre değişen tarifeler: Net ölçüm ve puant fiyatlandırma, ek mekânsal bileşenler içerebilen zaman değişken tarifelerin özel durumlarıdır. Bu da fiyatların sadece zamana göre değişmediği, aynı zamanda tüketimin yapıldığı yere göre de değişebileceği anlamına gelmektedir. Zamana göre değişen tarifeler, elektrik tüketiminin farklı zamanlarda farklı maliyetlere neden olduğu sinyalini veren, zamana göre değişen elektrik fiyatlarını içerir. Eğer pahalı konvansiyonel enerji santrallerinin talebin son birkaç kilovat saatini karşılamak için artırılması gerekiyorsa, bu durum zamana göre değişen tarifelerin fiyat sinyaline yansır. Bu tarifelerin birçok şekli vardır. Muhtemelen en kolay şekli gece ve gündüz tarifesidir. Bu durumda elektrik genellikle geceleri daha ucuzdur çünkü toplam tüketim daha düşüktür ve üretim daha ucuz enerji santralleri aracılığıyla gerçekleşir. İki seviyeli bu tür basit kullanım zamanı tarifelerinin yanı sıra, zamana göre değişen tarifeler üç fiyat seviyesi veya saatlik seviyeler gibi daha ayrıntılı fiyat sinyalleri de içerebilir. Ayrıca, fiyatlar hafta içi günlere veya mevsimlere göre değişebilir. Genellikle, bu tür tarifeler kamu hizmeti tarafından önceden belirlenir, tüketiciye bildirilir ve yalnızca yıllık bazda güncellenir. Zaman değişkenli elektrik tarifesinin en ayrıntılı biçimi, fiyat sinyallerinin gerçek zamanlı olarak hesaplandığı ve iletildiği gerçek zamanlı fiyatlandırmayı oluşturur. Tüketim gerçek zamanlı olarak kaydedildiğinden ve sinyallere tepki veren otomatik cihazları kullanabilen tüketiciye şebekeden sinyallerin iletilmesine izin verdiğinden, akıllı şebeke teknolojisi ile daha ayrıntılı zaman değişken tarifeler mümkün hale gelmektedir. Bununla birlikte, elektrik tüm haneler için temel bir ihtiyaç olduğundan, tarife tasarımındaki bu tür değişikliklerin, örneğin düşük gelirli haneler için olumsuz sosyoekonomik sonuçları olabileceği göz önünde bulundurulmalıdır.

Piyasanın Gelişimi

Gerçek zamanlı sinyaller ek kaynakların devreye sokulmasını teşvik etmek için kullanılabilir, böylece rekabeti artırabilir ya da cihazların fiyat sinyallerine tepki vermesini sağlayarak talep esnekliğini artırabilir. Her iki önlem de piyasanın verimliliğini artırır ve böylece piyasa çıkışını iyileştirir. Bu uyarlamalar daha sonra elektrik sisteminin kısa vadeli işleyişi üzerinde bir etkiye sahip olmakta ve açıklanan kanallar aracılığıyla verimliliğini arttırmaktadır. Yatırım açısından bu tür uyarlamalar, zaman serisi verilerinin sağlanması ya da paylaşılan kaynaklara yatırımı mümkün kılan koordinasyon olasılığı yoluyla akıllı şebeke tarafından desteklenmektedir. Bu tür modeller genellikle koordinasyon mekanizmalarını içerir. Dolayısıyla piyasa mühendisinin rolü, enerji piyasasının verimliliğini artıran bütüncül çözümlerin bir parçası olarak sunulan piyasa mekanizmaları geliştirmektir. Piyasa mekanizmalarının üç uygulaması şu şekilde açıklanabilir:

Donanım yatırımı: Akıllı şebeke ve bunun sonucunda ortaya çıkan bilgi kullanılabilirliği, meskenlerin ek güç donanımının faydalarını daha kesin bir şekilde tahmin etmelerini sağlar. Bu da meskenler için alternatif tarifeler ya da bu tür donanımların pazarlanmasını içerebilecek daha doğru tavsiyelerde bulunulmasına yol açabilir. Bu tür tavsiyeler bireysel düzeyde verilebilir veya platformlar bir mahalledeki birkaç hanenin bağlanmasını sağlayabilir. Yerel PV üretimi veya depolama çözümleri, ilgili tüketim profillerinin birbirine iyi uyması halinde daha cazip olabilir. Bu yatırımların kapasitesi daha sonra sağlayıcı, kamu hizmeti kuruluşu veya müşterilerin kendileri tarafından diğer piyasalarda alınıp satılabilir. Gelecekteki iş modelleri açısından çok cazip olan bu alanda çeşitli gelişmeler mümkündür. Sağlayıcılar, tüketim verilerini reklam gibi başka amaçlar için kullanma izni karşılığında donanımı düşük ücretlerle de sunabilir. Dolayısıyla bu alan, piyasa mühendisliği çerçevesinde kolayca işlem nesnesi olarak tanımlanabilecek ürünler olmaksızın çok çeşitli bir piyasa haline gelecektir.

Topluluk depolaması: Donanım yatırımının özel bir kullanım durumu, kaynakların birden fazla hane tarafından ortak kullanımıdır. Bu özellikle depolama için caziptir çünkü PV üretiminin düşük olduğu zamanlarda ya da meskenlerin düşük tüketimleri nedeniyle depolama kapasiteleriyle günde bir tam döngü gerçekleştiremediği durumlarda konut PV kapasitesiyle birleştirildiğinde kullanılan kapasiteyi artırabilir. Depolama kapasitesinin paylaşılması daha fazla kapasiteye yatırım yapılmasını teşvik edebilir ve bu da arz ve talebin yerel olarak dengelenmesi yoluyla enerji dönüşümünü destekler ve böylece elektrik şebekesinin iletim ve dağıtım gereksinimlerini azaltır. Tasarımın depolama, PV sahipleri ve basit tüketicilerin çıkarlarını dengelemesi gerekir. Bireysel rasyonalitenin sağlanması için sisteme fayda sağlayan herkesin bir şekilde piyasaya katılımdan fayda sağlaması gerekmektedir. Gerekli piyasa tasarımı, piyasa mühendisliği çerçevesinin tüm yönlerini içerir ve farklı tasarımlar ortaya çıkarmak açısından ilginç bir görevdir.

Tarife platformları: Mevcut elektrik tarifeleri genellikle oldukça basittir ve elektriğin mekansal ve zamansal maliyetlerini yansıtmazken, bu durum gelecekte değişebilir. Ancak, özellikle akıllı sayaç takılmamışsa, gelecekteki kişisel tüketim alışkanlıkları hakkında derinlemesine bilgi sahibi olmadan ayrıntılı bir elektrik tarifesi seçmek zordur. Akıllı şebeke teknolojisi, perakendecilerin tarifeleri daha kesin bir şekilde önermesine olanak sağlamaktadır. Evdeki cihazlar hakkındaki bilgi, talep tarafı katılım potansiyelini ölçmek için kullanılabilir. Ayrıca, kişisel yük eğrileri, sistem pikleri ve gerçek zamanlı fiyatlar açısından tüketim profilini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu şekilde, platformlar meskenler için değişen elektrik tarifeleri önerebilir. Bu, enerji yönetim sistemleri gibi yeni cihazlara yönelik önerilerle el ele gidebilir. Bunlar piyasa sinyallerine esnek bir şekilde tepki verebilir ve kullanıcı için faydalı zamanlarda elektrikli araçları veya bir ısı deposunu şarj edebilir. Bir piyasa mühendisi, belirli tarifelerle birlikte cihazların kurulumunun tüketici için fayda sağladığı karmaşık piyasalar tasarlayabilir. Bu, sadece tarife tavsiyesinden bir adım öteye geçerek akıllı şebeke piyasa platformuna dönüşebilir. Çok çeşitli tarifelerin ve tarife-donanım paketlerinin bulunduğu piyasalarda, müşterilere kararlarında destek olan bazı imtiyazlar karşılığında risklerini ortadan kaldıran bir ürün sunmak önemli olacaktır. Bu nedenle, tarife platformları söz konusu olduğunda işlem nesnesinin tasarımı önemli bir rol oynayacaktır.

Sonuç ve Değerlendirme

Bu yazımızda, piyasa mühendisliğini enerji sistemi için önemli bir görev olarak tanımladık. Ayrıca, piyasalar tasarlanırken dikkate alınması gereken bir dizi önemli piyasa karakteristiğine yer verdik. Bu temeller, akıllı şebekenin piyasa tasarımlarındaki değişiklikleri nasıl destekleyebileceğini ve elektrik sisteminin verimliliğini artıran yeni piyasaları tanıtmak için nasıl kullanılabileceğini anlamak için önemlidir. Son olarak, akıllı şebekenin elektrik piyasasını nasıl değiştirdiğine dair örnekler sunup piyasa mühendisinin bu değişikliklerdeki rolünü açıkladık.

Değer zinciri üretim, iletim ve dağıtım ve perakende olarak sınıflandırıldı. Akıllı şebekenin etkisi rekabeti arttırmak, tüketim esnekliğini teşvik etmek ve esas olarak piyasa gelişimini etkileyen piyasa bilgisi sağlamak şeklinde ayrıldı. Akıllı şebeke temelinde, özellikle cihaz kontrolü, piyasa sinyallerinin iletilmesi ve yeni ürünleri destekleyebilecek artan veri kullanılabilirliği alanlarında işlevsellik katmaktadır. Yararlanılabilecek çeşitli fırsatlar vardır ve önümüzdeki yıllar hangi alanların en hızlı gelişeceğini gösterecektir.