Yenilenebilir Enerjilerin Şebekeye Entegrasyonu ve Depolama
"Geleceğin Şebekeleri ve Olası Zorluklar"
Bölüm-1 

Avni Gündüz


 

Yüzyıllarca enerji kaynağı olarak odun kullanıldı. Odun çağından kömür ve buhar enerjisine geçtik. Yüzyılı fazla aşmadan petrol ve ardından doğalgaz öncelikli yerini aldı. Sanayileşme bunlarla gelişti, bilgisayar kullanımı üretimin ve iş hayatının hızlanmasına yol açtı; fakat aynı zamanda enerji tüketimi de arttı.  Fosil yakıtların yoğun olarak kullanımı iklim değişikliği olgusunu getirdi. Atmosfere salınan CO2 gazı nedeniyle iklim değişikliği tehdidi ciddi boyutlara ulaşıp geri dönülemez noktasına geldi. Fosil yakıtlardan uzaklaşma zamanı gelmişti. 

Aslında İlk petrol krizi 1974 yılında patlayınca yeni enerji kaynaklarını arama ve geliştirme faaliyetleri başlamıştı. Günümüzde Güneş, Rüzgâr, Biyoyakıt ve jeotermal gibi enerji kaynakları büyük çapta kullanılabilir hale geldi. 

Toplum olarak yaşam biçimlerinin yani üretim ve tüketim alışkanlıklarının değiştirilmesi ve karbon salımlarının azaltılması gerekiyor. Sanayi, konut, ulaştırma alanlarında yenilenebilir enerjilerin kullanımı şebeke yapılarının gözden geçirilmesini gerektiriyor. Önümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının öncelikle mevcut şebekeye entegrasyonu ile fosil yakıtlardan çıkılmasıyla arz güvenliğinin nasıl sağlanabileceği çözülmesi gereken sorunlar olarak gözükmektedir.

Elektrik Şebekelerinin Gelişimi

Elektrik üretim santralları ve şebekelerin gelişmesi ikinci dünya savaşından sonra başladı. Büyük yatırım maliyeti savaştan çıkmış ülke sermayedarlarının gücünü aştığından hükümetler bu görevi üstlendiler. Sanayileşmenin, altyapısı kısmen gelişmiş kentlerde büyümesi, hidrolik ve kömür kaynaklarının ise daha uzak noktalarda olması nedeniyle iletim hatları yapıldı ve süreç içerisinde bu hatların birbirine bağlanmasıyla da iletim enterkonnekte bir yapıya dönüştü.

Ülkemizde 1970’li yıllarda belediyelerce işletilen elektrik şebekelerini tek elde toplamak amacıyla Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) kuruldu. Başlangıçtaki hedef örgütlenip güçlenerek köylere elektrik götürülmesi oldu. 1980 de bütün belediyeler de TEK’e bağlanarak üretim, iletim ve dağıtım hizmetleri tek elde toplandı. Aslında bu yapı batı ülkelerinin benzeriydi. (EdF) TEK’in planlama ve yatırımları önceliklendirilmesi sayesinde elektrik şebekeleri de hızla tamamlandı. Yeni termik ve hidrolik santral projeleri başlatıldı. 
 

İletim Şebekesi

Ülkemizde üretim ve tüketim bölgelerinin farklılığı doğudan batıya, güneyden kuzeye iletim hatlarının ağ şeklinde bağlanmasıyla enterkonnekte şebeke aşağıda gibi oluştu. 

Enterkonnekte Şebeke ve Üretim Santrallarının Konumları
(118,185 MW Kurulu Güç; 71,621 km İletim hattı; 15 Adet enterkonneksiyon hattı)


Örnek İletim Tek Hat Şeması

Dağıtım Şebekeleri

Genellikle açık ring, dal budak veya kapalı ring şeklinde gelişti. Kırsal bölgeler dal budak havai hat şebeke, Kentler ve kasabalar havai hatlı şebekeler şeklinde oluşurken gelişen kentlerde yeraltı açık ring şebekeler tesis edildi. İşletmesi manuel olarak yapılan deneyime dayalı personel tarafından yürütülen şebekelerde hesaplamalar tek hat düzenine göre alışılmış bir düzende götürülmektedir.
 

Kent Şebekesinde bir Fider örneği

Elektrik Dağıtım Şebekelerinin Özelleştirme Süreci ve Eski Altyapının Yenilenmesi

Elektrik özelleştirmeleri 80’li yıllarda sermayenin yeterince palazlanmasıyla birlikte İngiltere ve Avrupa’dan başlayarak gelişmekte olan ülkelere dayatıldı. Klasik pazar ekonomisi kurallarının uygulanacağı bir sistem önerilerek üreticiler (santrallar) mallarını pazara (İletim şebekesi) getirecekler, rekabet(!) olacağından dağıtım tarafı da (müşteriler) ucuz ve kaliteli enerji arzına kavuşacak idi. 

Özelleştirilecek olan elektrik üretimi ve dağıtımı havuz olarak tanımlanan İletim hattı vasıtasıyla alış/veriş yapabileceklerdi. Dikey yapılanma yani üretim ve dağıtım birleşmesi olmayacak idi. Ancak bu değiştirildi ve dikey yapılanmaya izin verildi. Rekabet ortamı bozuldu.
Şebeke yapımına “önce elektrik gelsin” anlayışıyla başlanmıştı. Çünkü elektriksiz binlerce yer vardı. Elektrikte sürekli artan talebe yetişmek üzere santrallar yapılmıştı. Arz talebe yetişemez iken ucuz ve kaliteli enerji ihtiyacı bu sistemle karşılanabilecek miydi? Karşılayamadı; Kırsal ve kentsel bölgelerde enerji talebi çok hızlı arttığından yapılan şebekeler yetersiz kalmaya başladı. Yenilenen pek çok şebekeler bile yetersiz kaldı. Sürekli olarak şebeke yatırımlarına “yenileme yatırımları” kısmı da eklendi.

Özelleştirme ülkemizde uzun yıllar sürdü. Yasal dayanaklarının eksikliği, aceleyle yapılan işlemlerin mahkemelerden dönmesi, İstanbul Anadolu Yakasının kötü örneği ve benzeri olaylar özelleştirmeyi geciktirdi. Bu arada hükümetler yeni yatırımları yapmayı bıraktığından(!) şebeke altyapıları yeterince yenilenemedi. Ülke çapındaki elektrik kesintisine neden olan arızalar zamanında toparlanamadı. Yatırım ödenekleri elektrik fiyatlarına fazla yansımasın diye dağıtım şirketlerine yetersiz oranda verildi. 

Üretimde özelleştirmeye ise önce eldeki santralların satışı ile başlandı. Sonra yatırımlar tamamen özel sektöre bırakıldı. Özel sektör kısa dönemde yatırım maliyetini çıkarabileceği Güneş ve Rüzgâr enerjisi santrallarına yöneldi. Bu kaynaklar kesintili olduğundan toplam kurulu güç 118.000 MW seviyesine çıkmasına rağmen yarı değerindeki puant güç bazen karşılanamadı.

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Gelişimi

Petrol krizleri geçen yüzyılın son çeyreğinden sonra dünyayı yeni enerji kaynaklarının araştırılmasına yöneltti. Güneş ve rüzgârdan enerji üretimi öne çıktı. Yatırım maliyetlerinin düşmesi ile birlikte hızla kurulmaya başlandı. 

Avrupa’da, Almanya, İspanya ve İtalya sıfır karbon politikasına uygun olarak teşvikleri düzenleyip yenilenebilir enerjilerden Güneş’e öncelik verirken, Danimarka ve Kuzey ülkeleri ile İngiltere Rüzgâr enerjisine yönelerek önemli yatırımlar yaptılar.

Çin, yenilenebilir enerji  üretim ve yatırımında öne geçti. ABD’de ise zaman zaman COP25 Paris anlaşmasına girse ve çıksa da içeride yenilenebilir enerji kaynaklarına büyük yatırımlar yapıyor. Bununla karşın ABD hala fosil yakıt üretimi ve tüketiminde lider ülke konumunda.

Ülkemizde çıkarılmasında gecikilen Enerji Yasası Mayıs 2005 yılında yürürlüğe girdi. Arada geçen sürede teknoloji süratle ilerledi ve bize yine ithalat ve know-how yoluyla teknolojiye uygunluk sağlamak kaldı.
 

DÜNYA ENERJİ DENGESİ (2022-2023 yaklaşık) 

Kaynak: IEA (International Energy Agency), BP Statistical Review

    ♦ Güneş PV ve rüzgâr 2024 yılında, küresel yıllık yenilenebilir kapasite eklemeleri tahmini olarak %25 artırdı. Bu, yenilenebilir enerjinin genişleme konusunda yeni rekorlar kırdığı 22. yıl oldu. 
    ♦ Güneş PV, yenilenebilir kapasite eklemelerinin dörtte üçünden fazlasını oluştururken, bunu rüzgâr (%17) ve hidroelektrik (%4) izledi. 
     ♦Geri kalanı ise biyoenerji, jeotermal, konsantre güneş enerjisi ve deniz enerjisi oluşturdu. 
     ♦Bu büyümeyle birlikte, dünya çapında kurulu güneş PV kapasitesi tahmini 2,2 TW’ oldu. 
     ♦Güneş PV ve rüzgâr birlikte, 2024 yılında toplam yenilenebilir kapasite büyümesinin %95'ini oluşturdu. 
     ♦Çin, Afrika ve Güneydoğu Asya'da devreye alınan büyük projeler sayesinde hidroelektrik kurulumları iki katından fazla artarak 25 GW'ın üzerine çıktı.
 

TÜRKİYE ENERJİ DENGESİ-2024 
Toplam Birincil Enerji Arzı (Türkiye): 160 milyon TEP

Not: 1 TEP ≈ 11.63 MWh (veya 0.01163 TWh)
Kaynak: EPDK 2024 Enerji Dengesi Raporu 
 

-    Türkiye Elektrik enerjisi tüketimi (2024): 347,9 TWh,
-    Türkiye Elektrik üretimi (2024): 348,9 TWh olarak gerçekleşmiştir. 

 Türkiye Ulusal Enerji Planı çalışmasının sonuçlarına göre:

-    Elektrik tüketiminin 2025 yılında 380,2 TWh
-    2035 yılında ise 510,5 TWh seviyesine ulaşması beklenmektedir.

 

Türkiye’nin 2024 yılında Elektrik üretimi:


2025 yılı mart ayı sonu itibarıyla ülkemiz kurulu gücü 118.185 MW’a ulaşmıştır.


Türkiye Kurulu gücünün kaynaklara göre dağılımı (2025 yılı Mart)

Elektrik Santral Sayısı (2025/Mart): 35.160’a (Lisanssız santraller dâhil) 
Mevcut santrallerin 768 adedi hidroelektrik, 72 adedi kömür, 376 adedi rüzgâr, 66 adedi jeotermal, 333 adedi doğal gaz, 33.086 adedi güneş, 459 adedi ise diğer kaynaklı santrallerdir.


Dünya’da Yenilenebilir Enerji (2023–2024)
Toplam Kapasite ve Büyüme
-    Toplam Yenilenebilir Enerji (2023): 3.870 GW 
-    Küresel yenilenebilir enerji kapasitesi artışı (2023) :473 GW. (O yıl eklenen tüm enerji kapasitesinin %86'sı).
-    Küresel yenilenebilir enerji kapasitesi artışı (2024): 700 GW arttı. (%15,1) (O yıl eklenen elektrik üretim kapasitesinin %92'si)
Kaynak:Wikipedia El País

Kaynaklara Göre Dağılım (2023 Sonu)
-    Güneş Enerjisi: 1.419 GW (yıllık %32,2 artış)
-    Rüzgâr Enerjisi: 1.017 GW (yıllık %11,1 artış)
-    Hidroelektrik: 1.408 GW
-    Biyokütle: 150 GW
-    Jeotermal: 14,8 GW
Kaynak:Statzon - Market Insight Platform,IRENA,+9El País, Wikipedia

Türkiye'de Yenilenebilir Enerji (2023–2024)
Elektrik Üretiminde Yenilenebilir Enerji Payı (2023)
-    Türkiye'nin elektrik üretiminin %44'ü yenilenebilir kaynaklardan sağlandı.
-    2024 yılının ilk yarısında, bu oran %53'e yükseldi. (Bu artışta hidroelektrik üretimindeki %37'lik artış ve rüzgâr ile güneş enerjisindeki çift haneli büyüme etkili olmuştur). 

Kurulu Kapasite ve Hedefler
- Güneş Enerjisi Kapasitesi (2024): 19,6 GW 
-  Rüzgâr Enerjisi Kapasitesi: 12 GW 
  (2035 yılına kadar bu kapasitenin yaklaşık 30 GW'a çıkarılması planlanıyor)
Kaynak:Ember Energy,Wikipedia

Türkiye 2035 Projeksiyonu

Hedef: 11,2TW Toplam kapasite ile üretim kapasitesinin %66'sının yenilenebilir kaynaklardan oluşması. 

Depolama Kavramı

Fosil yakıtlardan uzaklaşıp yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmak çözüm olarak gözüküyorsa da YE Kaynakları kesintili güç kaynaklarındandır. Güneş olmazsa GES’ler, rüzgâr olmazsa RES’ler enerji üretemeyecektir. Enerjinin ise kesintisiz olarak tüketim noktalarına ulaştırılması, olası kesintilere karşı esnekliğin yani hemen başka bir kaynaktan tüketicinin beslenebilmesi istenir. Meteorolojik değişimlere bağlı olarak üretilen yenilenebilir enerjinin şebekeye entegrasyonunun yeni bir modele evrilmesi gerekmektedir.

Bunu sağlamak ilk bakışta baz santral kavramıyla termik veya hidrolik santrallardan yararlanmaktır. Ancak termik santrallardan uzaklaşmak ve onları zamanla kapatmak politikası yenilerinin tesis edilmesine engel olmaktadır. Bilim adamları ve gittikçe bilinçlenen kamuoyu buna engel olabilmektedir. Hidrolik kaynaklar ise yetersiz hale gelmektedir. 

Sistemin kararlı olması gerilim ve frekansın belli sınırlar içerisinde kalmasıyla olanaklıdır. Ani üretim kaybı veya yük kayıpları kararlılığı bozacağından bu tür olaylara hızla tepki verebilecek çözümler üzerinde çalışılmaktadır. 
Çözüm olarak yenilenebilir enerji kaynakları yoluyla elde edilen enerjinin çeşitli yöntemlerle depolanması ile kesintili üretimin olduğu zamanlarda depolanan enerjinin şebekede kullanılması olarak sunulmaktadır. Depolanan enerjinin doğru şarj ve deşarj teknikleriyle hızla şebekeye enerji basan veya sistemden çeken teknolojiyle donatılması gereklidir.

Enerji depolama çeşitleri olarak:

1-    Mekanik Depolama 
-    Pompajlı Hidroelektrik Depolama
-    Basınçlı Hava ile depolama
-    Jiroskopik (Flywheel) 

2-    Elektrokimyasal Depolama
-    Lityum-İyon Batarya teknolojisi 
-    Sodyum-Kükürt Batarya teknolojisi
-    Kurşun asit aküler

3-    Elektriksel Depolama Teknikleri
-    Süper iletkenler manyetik enerji depolama
-    Süper kapasitörler/Ultra kapasitörler

4-    Termal Enerji Depolama
-    Güneşten elde edilen ısıyı depolama (Eritilmiş Buz)
 

Depolamanın çeşitleri arasında batarya teknolojisi öne çıkmaktadır. 
 

Bundan sonraki bölümde" Enerji Kalitesi Nasıl Sağlanır?, Geleceğin Şebekeleri, Olası Sorunlar, Sonuç ve Öneriler" anlatılacaktır.