Elektrikli Ulaşım Çağında Şebekenin Geleceği

Bugün ile 2040 yılı arasında, Avrupa, elektrikli araçların yaygın bir şekilde benimsenmesinden kaynaklanan yüksek talep gereksinimlerini karşılamayı mümkün kılacak bir dizi pratik adım uygulamalıdır. Bunu önemseyen ABB, önemli Avrupa ekonomilerinde beklenen güç ihtiyaçlarının derinlemesine bir analizini gerçekleştirdi. Şirketin güç aktarımı ve dağıtımı ile ilgili önerileri ve daha temiz ve kaynak açısından daha verimli ulaşım geliştirmeyle ilgili zorluklar bu makalede özetlenmiştir.

Atalarımızın zamanlarından beri ulaşımda, bugün şahit olduğumuz dönüşüme benzer bir dönüşüm yaşanmadı. Yaklaşık 120 yıl önce, at arabalarından motorlu araçlara geçiş neredeyse düşünülmezken, 1908’de New York City sokaklarında atlar kadar çok sayıda otomobil (100.000) vardı.
Ancak bu dönüşüm, sadece bir tür itici gücün diğeriyle değiş tokuş edilmesi meselesi değildi; bu, daha derin bir şekilde, tamamen yeni bir altyapı oluşturma sorunuydu. Örneğin, arabalar ve kamyonlar çok pratik bir şekilde kullanılmadan önce asfalt üretiminin geliştirilmesi ve hızlandırılması gerekiyordu; yollar asfaltlanmalıydı; sokak işaretleri, yol işaretleri ve trafik yasaları sistemi geliştirilmeliydi; benzin üretiminin iyileştirilmesi gerekiyordu; ve toplumun kendisi at arabaları için olan koşum takımları, nalbantlar ve eyer üreticileri gibi görevlerin yerine benzin istasyonu görevlileri mühendisler gibi vazifeler ile değiştirdiler.
Günümüzde toplumumuz, benzer şekilde fosil yakıtlar tarafından ateşlenen içten yanmalı motorlardan elektrikli mobiliteye geçişi görecek derin bir paradigma değişiminin ilk aşamalarını yaşıyor. İnsanlar, işletmeler ve toplu taşıma operatörleri, e-mobiliteyi aşamalı olarak birincil ulaşım teknolojisi olarak benimsedikçe, bu geçişi destekleyen ve mümkün kılan altyapılara ve teknolojilere yatırım yapmak giderek daha gerekli hale gelecektir. Bunlardan en önemlisi, yakında yollara çıkacak milyonlarca yeni elektrikli aracı (EA) şarj etmek için gücün nasıl sağlanacağıdır.

Geçişin yönlendirilmesi
E-mobiliteye geçişi üç ana eğilim yönlendiriyor. Bunlardan ilki, sera gazı emisyonlarının azaltılması ihtiyacıdır. İklim değişikliğini sınırlama mücadelesi bağlamında, 2016 yılında 174 ülke tarafından imzalanan Paris Anlaşması, küresel ortalama sıcaklık artışını sanayi öncesi seviyelerin 2 ° C’nin altında tutmak için düzenlendi. Örneğin, bugün Fransa’daki CO₂ emisyonlarının yüzde 28’ini oluşturan ulaştırma sektörü, 2015 rakamlarına kıyasla emisyonlarını 2028 yılına kadar yüzde 29 oranında azaltmak zorunda kalacak. E-mobiliteye olan talebi yönlendiren ikinci büyük eğilim, insan sağlığına ve ekonomiye zararlı olan diğer emisyon türlerini ve kirleticileri azaltma ihtiyacıdır. Nitrojen oksit ve partiküllerden kaynaklanan hava kirliliği, büyük ölçüde ulaşım sektörüne bağlıdır. Avrupa Çevre Ajansı’na göre, partikül madde yılda 391.000 erken ölüme neden olur[1]. Hava kirliliğinin ekonomik etkisi de önemlidir. Sağlık sigortası ve hastalık izni ile ilgili dolaylı maliyetlerde Avrupa’da yılda 100 milyar Euro’dan fazla harcamaya sebebiyet vermektedir.
E-mobiliteye geçişi sağlayacak güçler listesinde üçüncü sırada ise şehirlerin ve bölgelerin çekiciliğini ve yaşanabilirliğini artırma ihtiyacıdır. Hava ve gürültü kirliliğine ek olarak, şehir merkezlerindeki tıkanıklık kullanıcılar için zaman ve verimlilik kaybı anlamına gelir. Kamu-özel taşımacılığın, otonom EA’ların ve araçtan altyapıya teknolojisine dayalı giderek daha fazla senkronize ve optimize edilmiş trafik yönetiminin iyileştirilmiş bir karışımı, bu stresleri azaltacak ve şehirlerin verimli ulaşım altyapıları sağlıklı çevre oluşumuna yardımcı olacaktır.

EA pazarı ve şebeke: birlikte büyüyecekler
Yenilenebilir elektrikle çalışan EA tabanlı bir ulaşım sistemine olan talebi tetikleyen güçlü çevresel, ekonomik ve sosyal güçleri göz önünde bulunduran ABB, 2020, 2030 ve 2040 yıllarını (e-mobilitenin aşamalı olarak benimsenmesiyle büyümesi muhtemel bir dönem) kapsayan Almanya’da beklenen güç ihtiyaçları için çoklu senaryoların derinlemesine bir analizini gerçekleştirdi. Fransa ve Birleşik Krallık için ek analizler yapıldı.

ABB’nin analizi, mevcut elektrik üretim sistemleri çoğunlukla elektrikli araç şarj ihtiyaçlarıyla baş edebilse bile, özellikle yenilenebilir kaynaklardan üretimin sınırlı olduğu günler ve talebin en yüksek olduğu zamanlarda; talebin mevcut arzı veya mevcut iletim yükünü aştığı durumlar olacağını göstermektedir.
Sürekli ve güvenilir hizmet sağlamak için, uygun özelliklere sahip coğrafyalar da yenilenebilir şekilde üretilen enerjinin değişimini kolaylaştırmak için birçok durumda sınır ötesi ve bölgesel şebeke yükseltmeleri ve genişletmeleri gerekli olacaktır.

E-mobilitenin şebekeler üzerindeki kitlesel olarak benimsenmesinin potansiyel olumsuz etkilerini sınırlayabilecek birkaç mevcut çözüm de vardır. Bunlar arasında, elektrikli araç şarjını yoğun olmayan saatlere veya yenilenebilir şekilde üretilen enerjinin aşırı arzda olacağının tahmin edildiği zamanlara kaydıran çözümler var. Örneğin, elektrikli otobüslerin şarj edilmesine yönelik mevcut sistemler, tüm otobüsler aynı anda şarj edilmeyecek şekilde, bir garajda gece şarjını yönetebilir[2].

Diğer araçlar için de benzer tekniklerin şarj sistemlerine uygulanması zor olmayacaktır. Bir zamanlama rejimi, tarife dönemlerinin değiştirilmesiyle tetiklenen aşırı yük riskini azaltacaktır, ancak özel kullanıcılara araçlarını gecenin ilerleyen saatlerinde şarj etmeleri için muhtemelen yoğun olmayan saatlerde elektrik maliyetini düşürerek finansal bir teşvik sağlamak gerekebilir.

Enerji depolama sistemleri, özellikle yenilenebilir kaynaklar tarafından üretilen enerjiyi depolamak için yöntemler geliştirmek üzere baskı arttıkça, güç sistemlerimizde de artan bir rol oynaması muhtemeldir. Yerel dağıtım ağları düzeyinde, küçük ölçekli depolama sistemleri, güç aktarımını şebekeden daha uzun bir aralıkta yaymayı mümkün kıldığından, şebekeler üzerindeki anlık yükleri önemli ölçüde azaltmayı mümkün kılar. Hem büyük hem de küçük ölçekli olmak üzere her geçen gün daha fazla depolama teknolojisi geliştirilmekte veya pazara girmeye başlamıştır.

Ayrıca, elektrikli araçların pil paketlerinin dağıtılmış bir güç depolama sisteminde bileşenler olarak kullanılmasını içeren çözümler araştırılmaktadır. Özel araçlar zamanın yüzde 95’ini park esnasında geçirdiği için yoğun talep zamanlarında elektrik şebekesini beslemek için harekete geçirilebilecek yedek enerji kaynakları olarak kullanmaya çalışmak mantıklıdır. Bu, araç sahiplerinin kendi seçtikleri zamanlarda araçtan şebekeye güç satmasına olanak tanıyarak EA sahipliğinin toplam maliyetini azaltabilecek bir yaklaşım olan çift yönlü bir şarj arayüzünün kullanılmasını gerektirecektir.
Ek olarak, bir elektrikli araç kullanım ömrünün sonuna geldiğinde, bataryaları sabit uygulamalarda güç depolama sağlamak ve talebi yoğun olmayan dönemlere kaydırmak için ikincil bir amaca hizmet edebilir.
Araçların şarjını yaymak için kullanılabilecek başka bir teknik, şarj istasyonlarının merkezi yönetimine dayanır. Sanal bir elektrik santrali (SES), bir dizi varlığın operasyonunun merkezileştirilmesi ve optimize edilmesinden oluşur. Bir SES, şarj istasyonlarını, talep sahalarını, elektrik üretim sahalarını ve enerji depolama sistemlerini entegre edebilir ve ardından tüketimi tüm bir varlık yelpazesinde optimize edebilir ve önceliklendirebilir. Böyle bir platformun kullanılması, Almanya’daki bir hizmet kuruluşu olan Stadtwerke Trier’in, EA’ların yalnızca yenilenebilir elektrik kullanılarak yeniden şarj edilmesini sağlamasını sağladı.

Önemli tavsiyeler
Günümüzün üretim, iletim ve yerel dağıtım altyapısını, gereksiz masraf veya kesinti olmaksızın yarının ihtiyaçlarına hizmet edecek şekilde değiştirmek ve güçlendirmek mümkün olmalıdır.
Gelecekteki gelişmeler esneklik gözüyle yapılmalıdır. Örneğin, kombine çevrim gaz türbini tesislerinden veya kömürle çalışan tesislerden farklı olarak, açık çevrim gaz türbini tesisleri kısa sürede ve ekipmanda çok az aşınma ve yıpranma ile çalıştırılabilir ve durdurulabilir. Esneklikleri, en yüksek talebi karşılamak için baz yüklü tesislerin ve yenilenebilir enerjilerin takviye edilmesinin gerektiği bir durumda onları hayati derecede faydalı hale getirecektir.
İletim ağları, büyük ölçüde artan yenilenebilir enerji profiline yanıt olarak önümüzdeki yıllarda genişlemeye devam edecek.

Güç şebekelerinin dijitalleştirilmesi halihazırda enerji devriminde kilit bir rol oynuyor ve daha da büyük bir rol oynaması bekleniyor. Mevcut iletim ağının genişletilmesi ve güçlendirilmesi, şebekeleri ve yeni yenilenebilir kaynakları entegre etme amacına hizmet edecek ve yeni talep modellerini destekleyebilecek türden daha fazla çok yönlülüğü mümkün kılacaktır.
Özellikle ticari kurulumlar için yerel dağıtım ağları, özellikle çok sayıda EA’nın şarj edilmesinin beklendiği yerlerde, EA’lardan gelen artan talebi karşılamak için aşamalı olarak yükseltilmelidir.
Ayrıca, yeni enerji depolama çözümleri ortaya çıktıkça, üretim, iletim ve dağıtım sistemleri üzerindeki yükü hafifletecek şekilde yerel ve bölgesel ihtiyaçlara hizmet etmek için stratejik olarak konuşlandırılabilirler. Karar vericiler, şarj istasyonlarının elektrik şebekeleri üzerindeki genel etkisini sınırlandıracak yenilikçi teknolojik çözümleri teşvik etmeye devam etmelidir.

Gidilecek çok yol var
E-mobiliteye kademeli bir geçiş, mevcut güç sistemlerimizi aniden veya dramatik bir şekilde aşırı yüklemeyecektir. Örneğin Almanya’da, nüfus değişimi, araç sahiplik oranları, ortalama sürüş mesafeleri ve araç başına gidilen kilometre gibi faktörlere bağlı olarak, elektrikli araçlarla ilişkili ek elektrik talebinin 2020’de yüzde 0,3; 2040 yılında ise yüzde 10 ila 12 arasında olması bekleniyor. Dünya genelinde EA penetrasyonunun yüzde 100’e ulaşması durumunda, toplam elektrik talebinin 2040’a kadar farklı ülkelerde yüzde 5 ila 20 artması bekleniyor.

Sonuç olarak, önümüzdeki birkaç on yıl içinde üretilmesi ve satılması beklenen milyonlarca EA’yı şarj etmek için gereken altyapıyı oluşturmak,aşılamayacak bir zorluk değildir. Doğru planlama ve hazırlık ile, bu altyapıyı makul bir maliyetle, minimum düzeyde kesinti ile ve e-mobilitenin hızlı ve düzenli bir şekilde uygulanmasını teşvik edecek şekilde oluşturmak mümkündür.

Kaynak:
[1] https://www.eea.europa.eu/highlights/air-pollution-still-toohigh
[2] F. Muehlon, “EV infrastructureinnovationtrough collaboration”, ABB Review 4/2019, pp.38–43.