Bu analiz, sanayinin kademeli olarak elektrifikasyonu ve bunun değişken yenilenebilir elektrik üretiminin artan yaygınlaşmasıyla ilişkisi hakkındadır. Bu gelişmeler arasındaki etkileşim, her ikisiyle de ilgili zorlukları önemli ölçüde azaltabilir.
Enerji sistemini karbonsuzlaştırmak çok zordur. Ancak, küresel ısınmanın kabul edilebilir seviyelerde sınırlandırılması esastır. Karbonsuzlaştırmaya giden ana yol olan fosil yakıtların yenilenebilir enerji ile değiştirilmesi kolay değildir. Enerji sistemi için bu, büyük miktarlarda değişken yenilenebilir elektrik üretiminin kurulmasını gerektirmektedir. Ancak, yenilenebilir elektrik kaynaklarının büyük kurulu kapasitesi, üretimin talebi aştığı (fazla elektrik) dönemlerin giderek daha uzun sürmesine yol açarken, diğer yandan yenilenebilir elektrik üretiminin talebi karşılamakta yetersiz kaldığı dönemler de devam etmektedir. Değişken yenilenebilir üretimin eş zamanlılığı nedeniyle, kurulu kapasitesinin artması, arz fazlası sırasında artan bir kesinti ihtiyacına ve dolayısıyla eklenen değişken yenilenebilir kapasitenin veriminin azalmasına neden olur. Bu durum, yeni değişken yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik iş durumunu tehdit edecektir. Yenilenebilir elektrik üretim kapasitesindeki artış ve elektrik talebiyle potansiyel uyumsuzluk hem piyasa hem de altyapı için sorunlara yol açmaktadır:
1- Piyasa sorunları
Elektrik fazlası olduğunda elektrik fiyatının sıfır olması ve elektrik kıtlığı sırasında elektrik fiyatlarının yüksek olması.
2- Altyapı sorunları
Elektrik şebekesinde taşıma ve dağıtım kapasitesini sınırlayan kısıtlar.
Elektrik talebinin değişken üretime uyacak şekilde kaydırılması gibi depolama ve talep yanıtı çözüm olarak görülüyor. Özellikle lityum-iyon bataryalar, bir güne kadar olan yük değişimlerini karşılamak için çok iyi donanımlıdır. Depolama ve talep değişiminin elektrik fiyatları üzerindeki etkisi iki yönlüdür: Çok düşük elektrik fiyatlarında talep yaratır ve esas olarak değişken yenilenebilir üretimin (göreceli) kıtlığından kaynaklanan yüksek fiyatlarda elektrik arzını artırır. Bu durum, değişken yenilenebilir elektriği kısma ihtiyacında MWh açısından önemli bir azalmaya yol açarken, ne yazık ki kısma süresi açısından aynı oranda bir azalmaya yol açmamaktadır. Bu, artan depolama miktarıyla birlikte, şarj sırasında depolamanın fiyat artırıcı etkisinin, deşarjın fiyat düşürücü etkisiyle giderek daha fazla dengeleneceği anlamına gelmektedir. Bu nedenle, büyük bir depolama kapasitesi ve talep kayması, değişken yenilenebilir enerjiler için genel iş durumu üzerinde sınırlı bir etkiye sahip olacaktır. Talebin kaydırılmasına dayanmayan talep tarafı katılımı, özellikle acil durumlarda kapasiteyi serbest bırakmak için uygun olan bir başka seçenektir. Bu, örneğin operasyonların durdurulmasını veya biyokütle, doğal gaz ve nihayetinde hidrojen gibi diğer enerji taşıyıcılarına geri dönebilen endüstriyel talep yanıtını içerebilir. Bu tür bir talep yanıtı ‘fırsat maliyetleri’, yani üretimi kısma maliyeti (genellikle pahalı) veya alternatif enerji taşıyıcısına geçme maliyeti (genellikle nispeten ucuz) ile karakterize edilir. Bu raporda ikincisini ‘fırsat talebi’ olarak adlandırıyoruz.
Sanayinin kademeli olarak karbonsuzlaştırılması
Sanayi için karbonsuzlaştırmaya giden birincil yol, tercihen yenilenebilir kaynaklar kullanılarak elektrifikasyondur. Bu raporda, endüstriyel ısıtma için fırsat talebini, yani doğal gaz ve elektrik arasındaki fiyat farkına bağlı olarak gaz kazanları ve elektrikli kazanlar arasında geçiş yapabilen ısı arzını kullanmayı inceledik. Almanya’yı örnek alarak yaptığımız vaka çalışması hesaplamaları, endüstrinin ETS karbon fiyatlarına maruz kalması ve şebeke ile sinerjilerin büyük sürekli elektrik yüküne sahip endüstriye benzer düşük şebeke tarifelerine izin vermesi koşuluyla, büyük ölçekli endüstriyel ısıtma için hibrit bir elektrik-gaz sistemi için yapısal olarak olumlu bir ticari iş durumunun ortaya çıktığını göstermektedir. Dolayısıyla, fırsat talebi endüstriyel ısıtmayı karbonsuzlaştırmak için ekonomik açıdan cazip bir yol olabilir.
Yenilenebilir elektrik için bir fiyat belirlenmesi
Fırsat talebi, yenilenebilir fazlası sırasında talebi artırır; ancak kıtlık sırasında artırmaz. Fırsat maliyeti (örneğin gaz veya biyokütle için yakıt fiyatı) tarafından tetiklendiğinden ve mevcut veya gelecekteki elektrik fiyatıyla doğrudan ilişkili olmadığından, elektrik için bir fiyat belirleyebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının bol olduğu, yeterli fırsat talebinin ve depolamanın bulunduğu bir enerji sisteminde, fiyat belirleme etkisi depolama ile güçlendirilir çünkü depolama, şarj için düşük fiyat referansı olarak (ağırlıklı olarak) doğal gaza dayalı fırsat maliyetini, yenilenebilir enerji kaynaklarının fazlalığı tarafından belirlenen sıfır elektrik fiyatı yerine alacaktır. Toplumsal açıdan bakıldığında, yenilenebilir üretim tercihen dolaylı olarak teşvik edilmelidir. Doğrudan üretim yerine değişken yenilenebilir elektrik talebini teşvik ederek, arz ve talep arasında daha iyi bir uyum sağlanır ve sonuçta yenilenebilir üretimin kesilmesi azaltılır. Fırsat talebi yoluyla sanayinin elektrifikasyonu için ana darboğaz, elektrik şebekesinde artan iletim kapasitesi ihtiyacı olarak görünmektedir. Bu, elektrik kazanı (veya elektrolizör) için iletim maliyetlerini karşılayan şebeke ücretinde önemli bir artışa yansımaktadır.
Altyapı kısıtlamaları
Almanya’daki fırsat ısıtma senaryosu, enerji sisteminin çeşitli yönleri arasındaki sinerjiyi en iyi şekilde kullanması gereken enerji dönüşümüne ilişkin entegre bir bakış açısına duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. Değişken yenilenebilir üretim, teorik olarak sonsuz sürdürülebilirlik süresine sahip esnek talep ve elektrik şebekesi arasında hala önemli sinerjiler mümkündür. Bunlardan üçünü kısaca tartışacağız: Kesin olmayan kapasite, kesintili kapasite ve kapasite havuzu. Kısıt yönetimi ile karşılaştırıldığında, son iki seçenek fırsat talebinin ek avantajını sunmakta ve potansiyel olarak endüstriye gerekli yatırımlar için daha güvenli ve sürekli bir teminat sağlamaktadır. Bu analizde kesin olmayan kapasiteyi, kısıttan kaçınmak için önceden atılabilen üretim veya talep kapasitesi olarak tanımlıyoruz. Kesintili kapasiteyi ise daha yüksek öncelikli yük için kapasite boşaltmak üzere anlık olarak atılabilen kapasite olarak tanımlıyoruz. Bu nedenle, N-1 yedeklilik kriterini korumak için gereken iletim sistemindeki yedek kapasiteyi kullanabilir. Alternatif bir bakış açısı da yükün şebekeye ‘N-1 hizmeti’ sağlamasıdır. Kapasite havuzlama ile sınırlı bir coğrafi alandaki birkaç yük ve üretim birimi toplu olarak kapasite sözleşmesi yapar ve toplam kullanılan kapasiteleri şebeke operatörü ile üzerinde anlaşılan sınırlar içinde kaldığı sürece bunu kendi aralarında paylaşmakta serbesttir. Bu da katılımcıların yükleri arasındaki sinerjiden faydalanmalarını sağlar. Şebeke üzerindeki etkiyi azaltmak ve hatta değişken yenilenebilir elektrik üretiminin etkisini azaltmaya yardımcı olmak için fırsat talebi uygulayarak endüstrinin akıllı elektrifikasyonu yoluyla önemli sinerjiler elde edilebileceğini gösteriyoruz.
Sonuçlar:
1-Özellikle endüstriyel ısıtmaya yönelik fırsat talebi, sanayinin yenilenebilir elektrik kullanarak kademeli olarak elektriklendirilmesi için ekonomik açıdan cazip bir yol haline geliyor ve enerji dönüşümünü desteklemek için önemli bir mekanizma haline gelebilir.
2-Fırsat talebi, yenilenebilir enerjiler ve elektrik depolama için iş durumunu destekliyor. Alternatifin maliyetine dayalı olarak elektrik için bir taban fiyat sağlıyor (örneğin, endüstriyel ısıtma için elektrik yerine doğal gaz), böylece sıfır fiyattan kaçınılıyor.
3-Fırsat talebi, elektrik taşıma ve dağıtım şebekesinin kullanımını optimize etmek için çok uygundur. Kesin olmayan kapasite, kesintili kapasite veya kapasite havuzu olarak uygulanabilir. Her üç mekanizma da şebekenin optimum kullanımını teşvik eder.
