ELEKTRİKLİ TAŞITLAR VE ELEKTRİK TALEBİ ÜZERİNE ETKİLERİ

Transkript

1 ELEKTRİKLİ TAŞITLAR VE ELEKTRİK TALEBİ ÜZERİNE ETKİLERİ Petrolün yıl içerisinde tükenmesi kaçınılmaz gibi görünmesi veya karbondioksit salınımlarından dolayı Dünya nın iklim değişikliği ile karşı karşıya kalmış olması gibi büyük tehditler bile günümüz içten yanmalı taşıt teknolojsinin alternatif teknolojilerle değiştirilmesini sağlayamamıştır. Alternatif yakıtlı taşıtlar günümüzde hala birer ilginç va hatta tuhaf taşıtlar olarak nitelendirilmekte ve yaygın kullanım alanı henüz bulamamışlardır. İçten yanmalı motorların yerini almaya en uygun aday şimdilik elekrik motorları gibi görünmektedir. Elektrikli Taşıtlar Taşıtlarda elektrik motorları 100 yıldan daha uzun bir süredir başarıyla kullanılmaktadır lerin başındaki akülü otomobiller de dahil olmak üzere tren, metro, tramvay, troleybüs gibi toplu taşıma araçlarında ve kapalı alan taşıtlarıyla araçlarında elektrik yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektrikli araçların en büyük sorunu ise enerji depolama için gerekli sistemlerin (yani akü ve pillerin) yeteri kadar gelişmemiş olmasıdır. Mevcut akü ve piller bir benzin deposunun yerini henüz tutamamaktadır. Dolayısıyla elektrikli taşıtlar enerji kaynağına bağlı olarak sorunsuz olarak kullanılmakta ancak kaynaktan çok fazla uzağa gidememektedirler. Petrol ile çalışan taşıtların kullanıcıların ihtiyaçlarını yeterli düzeyde karşılıyor olması elektrikli taşıtların geliştirilmesi ve yeni pil teknolojilerinin araştırılması gereğini ortaya koyamamıştır. Ancak pillerdeki gelişme hiç beklenmedik bir alandan, dizüstü bilgisayar, oyun konsolları, kameralar, cep telefonları gibi mobil elektronik cihazların ihtiyaçlarından kaynaklanmıştır. Pil teknolojisindeki ilerlemeler birkaç sonucu doğurmaktadır: Hacim ve ağırlık başına pil kapasiteleri artmakta, şarj süreleri kısalmakta fakat en önemlisi ise maliyetler hızla düşmektedir. Bu ilerlemeler elektrikli taşıtları son yıllarda yeniden üzerinde düşünmeye değer hale getirmiştir. General Motors un pilli-elektrikli taşıt denemesi EV-1 başarısızlıkla sonuçlanmıştır. Buna neden olarak şirketin isteksizliği ve petrole dayalı enerji politikaları öne sürülmekle beraber, kanımızca temel sorun aracın pillerinin menzil, güç ve şarj süresi açısından genel kullanım için yeterli olmaması ve içten yanmalı taşıtların yerini alabilecek düzeyde olamamasıdır. Pillerin bu açılardan yetersizliği sebebiyle alternatif olarak hibrid teknolojisi geliştirilmiştir. Hibrid otomobillerde elektrik ve içten yanmalı motorlar birlikte kullanılmaktadır. Benzinli motorların verimsiz olduğu kısa mesafeli şehiriçi kullanımda otomobil elektrik motoruyla hareket etmekte, pillerin kapasitesinin yetmediği uzun mesafeli kullanımda ise benzin motoru devreye girmektedir. Bu yaklaşım yakıttan önemli oranda tasarruf sağlamaktadır. Elektrik motorunun kullanım oranı arttıkça bu tasarruf artmaktadır.

2 Elektrik motorlarının kullanım şekli ve süresine bağlı olarak bu taşıtlar hafif hibrid (mild hybrid), kuvvetli hibrid (strong hybrid), şarjlı hibrid (plug-in hybrid) ve pilli-elektrikli (battery electric) taşıtlar olarak adlandırılmaktadır. 1 Son yıllarda petrol-elektrik hibrid ve daha yakın zamanda pilli-elektrikli taşıtların üretimi ve kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Başta Toyota olmak üzere büyük otomotiv şirketleri (Honda, Renault-Nissan, Ford, GM, BMW) farklı teknolojiler kullanarak içten yanmalı motorların yanına elektrik motorları dahil etmeye başlamışlardır. Hibrid kavramının ortaya çıkışından itibaren geçen 10 yıldan fazla süre içerisinde bazen kavramsal olarak dahi olsa eğilim daha büyük kapasiteli pillerin kullanımı yönündedir. Önce çok kısa sürelerle ve kısıtlı mesafeler için kullanılması düşünülen pillerin artık çok daha uzun mesafeler için kullanılması düşünülmektedir. Bir otomobilin gün içinde katettiği mesafenin tamamında (eviş-ev) veya yarısında (ev-iş ve iş-ev) petrole ihtiyaç kalmadan yalnızca elektrikle çalışacak kapasitede pillere sahip olması hedeflenmektedir. Bu eğilimle beraber hibrid otomobillerin pillerinin şebekeden şarj edilmesi petrol kullanımını önemli ölçüde azaltacaktır. Hibrid sistemlerin bir sonraki aşaması ise petrol motora sahip olmayan ve yalnızca pille çalışan elektrikli taşıtlardır. Eğer pil teknolojilerindeki gelişmeler bu hızlarla devam edecek olursa önümüzdeki 5 yıl içerisinde dakika gibi sürede şarj olabilen ve her şarjda 400 km üzeri yol katedebilecek elektrikli taşıtların üretimi mümkün olacaktır. Bu Kez Başarılı Olacaklar mı? Hibrid ve pilli-elektrikli taşıtların petrol motorlu taşıtların yerini alacağına inanmamıza yol açan birinci unsur bu taşıtların işletme maliyetlerinin daha şimdiden petrol motorlu taşıtlara göre çok daha düşük olmalarıdır. Elektrik motorlarının içten yanmalı motorlara göre çok daha verimli olmaları, frenleme esnasında hareket enerjisinin bir bölümünü tekrar geri kazannaları, duraklamalarda rölanti ihiyaçlarının olmaması elektrikli motorların tercih edilmelerine sebep olacaktır. Elektrik motorları bakım maliyetlerinin çok daha düşük olması, daha az yer tutması, ABS, ASR vb kontrol ünitelerinin motor kontol sistemine entegre olabilmesi, vites kutusu ve diferansiyele ihtiyaç duymaması 1 Mikro Hibrid: Taşıt durduğunda motorun kapatılmasını ve harekete geçilirken gecikme olmadan motoru çalıştırıp kalkılmasını sağlayan sistem. Smart otomobillerde %13 lük bir tasarruf sağladığı söyleniyor. Hafif (Mild) Hibrid: Küçük bir elektrik motoru duraklamaların yanısıra yavaşlamalarda petrol motorun kapatılmasını sağlıyor ve petrol motorun verimsiz olduğu devirlerde (kalkış ve hızlanmalarda) destek sağlıyor. Pil ve motor maliyetlerinin düşük olması yanında ağırlığı da diğer yöntemlere göre daha düşük. Kuvvetli Hibrid: Toyota Prius ile başlayan ilk hibrid tasarımlarının yeni adı. Duraklamalarda ve ağır trafikte yalnızca elektrik motoruyla hareket ediyor, hızlanmalarda ise petrol motora yardımcı oluyor. Şarjlı (Plug-in) Hibrid: Taşıt park edildiğinde pillerin şebekeden şarj edilmesini sağlayan tasarım. Pillerin kapasitesine bağlı olarak yalnızca elektrikli motor ile alacakları mesafe ile adlandırılırlar; örn. PHEV-20 Nin menzili 20 mi / 32 km dir. Pilli Elektrikli: Yalnızca elektrik motoruyla hareket eden taşıtlardır. Petrol (içten yanmalı) motorları yoktur.

3 gibi bir çok avantaja da sahip olacaktır. Bunların tamamı pilli-elektrikli taşıtların çok daha ekonomik olacağının işaretidir. Maliyet kalemlerinin en büyüğü olan pillerin maliyetinin ise yakın gelecekte zaten hızla düşmesi beklenmektedir. Pilli-elektrikli taşıtlar km başına muadili otomobillere göre harcadıkları yakıt %50 den fazla mali tasarruf sağlamaktadır. Bakım kalemlerinden de %50 den fazla tasarruf edileceği düşünülürse bu taşıtların tercih edilmemesi için çok az sebep bulunmaktadır. Elektrikli taşıtlar insanların çevreye duyarlı olmalarına ihtiyaç duymadan, devletlerin zorlayıcı politikalarına gerek kalmadan ve petrolün tükenmesinden çok daha önce sadece ekonomik nedenlerle tercih edileceklerdir. Bu tercih ise yeni bir sorunu beraberinde getirmesi muhtemeldir; mevcut elektrik santralleri ve elektrik dağıtım şebekesi bu duruma hazır olmayabilir. Elektrikli taşıtların sorun yaratıp yaratmayacağı ise yaratackları ekstra güç ve enerji taleplerinin hesaplanmasıyla görülebilecektir. Artan Elektrik Talebi Önümüzdeki 10 yıl boyunca pilli-elektrikli taşıtların tüm kara taşıtları içerisindeki oranını tahmin etmek için henüz bir çalışma yapılmamıştır. Ancak LPG li araç dönüşümlerinden bir ders çıkartmamız gerekirse bu oranın oldukça yüksek olmasını bekleyebiliriz. Yine de bir tahmin yapmak yerine belli oranlara dayalı senaryoları kullanmak daha sağlıklı olcaktır. Yola çıkan yeni taşıtların veya mevcut taşıtların elektrikliye dönüştürülmesi durumunda ortaya çıkacak enerji talebini hesaplamak için üç tür veriye ihtiyaç vardır: Birincisi elektrikli taşıtların petrol ile çalışan taşıtlara göre ne oranda daha verimli çalıştığı; ikincisi kullanılan toplam petrol enerjisi miktarı; ve üçüncüsü ise elektrikli taşıtların toplam taşıtlar içerisindeki oranı. Ulaştırmanın km başına maliyetinin azalması durumunda yakıtın fiyat esnekliğinin ve ekonomik büyüme oranların dahil edilmesi de tahminleri daha da iyileştirecektir. İçten yanmalı motorlara sahip taşıtların yakıt harcamaları, yüklerine, hızlarına ve yol şartlarına bağlı olarak yaklaşık olarak şöyledir: Otomobiller 5-10 lt / 100km ( KWh), otobüsler lt / 100 km ( KWh), ağır taşıtlar için lt / 100 km ( KWh) ve üzeri. Buna karşılık şu ana kadar üretilen test taşıtlarının verilerine dayanarak elektrikli taşıtlar için enerji harcamaları ise şöyledir: Otomobiller için KWh / 100 km, otobüsler için 100 KWh / 100 km ve ağır taşıtlar için 200 KWh / 100 km. Bu rakamlara dayanarak elektrikli taşıtların en az %50 daha az enerji harcadıklarını söyleyebiliriz. MIT üniversitesinin yapmış olduğu On the Road 2020 başlıklı çalışmasında bu oran %70 olarak bulunmuştur. [1] Taşıtlar açısından daha muhafazakar %50 rakamını kullanmak elektrik talebi açısından daha yüksek bir tahmin yaratmaktadır. Bu rakamları birer alt ve üst sınır olarak düşünebiliriz. Her iki rakamın da elektrik talebi açısından oldukça yüksek tahminlere yol açmaktadır. Elektrik talebini pozitif yönde etkileyecek diğer

4 faktörlerin de olacağınıdüşünerek arz emniyeti açısından biz daha yüksek tahmini temel almak istiyoruz. * * * Devlet İstatistik Enstitüsü verilerine dayanarak ülkemizde ulaştırma için bir yılda yaklaşık 110 TWh enerji muadili petrol ürünleri kullanılmaktadır.[2] Mevcut taşıtların tamamının bir anda elektrikliye çevrilmesi durumunda bu bir yılda 55 TWh lik bir enerji talebini doğuracaktır. Ülkemizdeki ekonomik büyümenin önümüdeki 10 yıl boyunca yaklaşık %60 olacağını da eklersek 2020 yılında ulaştırma için elektrik talebinin 90 TWh olması beklenecektir. Elektrikli ulaştırma maliyeti petrole göre 2-4 kat daha ucuzdur. Fiyat esnekliğini olarak kabul edersek [3], elektrik kullanımının % oranında daha fazla olacağından yola çıkarak yıllık tahmini enerji ihtiyacını 160 TWh ve üzeri bir değer olarak buluruz. TÜİK in yapmış olduğu elektrik enerjisi tahminlerinde 2017 yılında toplam elektrik tüketimi bürüt TWh/yıl, net TWh/yıl olarak belirtilmiştir. 160 TWh gelecek tahminlerinin neredeyse %50 si büyüklüktedir Yılı için taşıtların her %10 luk bölümünün elektrikliye dönüşmüş olması durumunda getireceği ekstra net talep yaklaşık 16 TWh tir. Tüm taşıtların %50 sinin elektriklendirilmiş olması 80 TWh, %70 inin elektriklendirilmesi ise 110 TWh ek talep doğuracaktır. Bu büyüklüğü gözümüzde canlandırmak için yaklaşık 12.5 TWh yıllık üretim kapasiteli Gebze ve Aliağa doğalgaz santralleri veya yıllık 7-8 TWh üretim kapasiteli nükleer santraller ile karşılaştırmamız gerekir. Buna göre her %10 luk çevrim yaklaşık 1.5 doğalgaz santrali veya 2 nükleer santral (veya 2000 rüzgar türbini) kurulması ihtiyacını doğurmaktadır. Eğer 2020 yılında taşıtların %70 inin elektrikle çalışır durumda olması senaryosu gerçekleşirse bu Türkiye de fazladan 10 doğalgaz santrali veya 14 nükleer santral (veya 14,000 adet 3MW lık rüzgar türbini 2 ) kurulması ihtiyacını doğuracaktır. 3 Talep Tahminlerindeki Eksik TEİAŞ ın 2008 yılında hazırladığı 10 Yıllık Üretim Kapasite Projeksiyonu dokümanının [4] oldukça detaylı ve varsayımlar doğrultusunda oldukça doğru olduğunu kabul edebiliriz. Ancak varsayımlar içerisinde elektrikli taşıtların 2 3MW x 14,000 = 42 GW yaklaşık olarak ABD nin mevcut toplam rüzgar gücüne eşittir. Türkiye nin kurulu rüzgar gücü 1GW ın biraz altındadır. 3 EPRI nin 2007 yılında yapmış olduğu bir çalışma ABD nde 2023 yılından itibaren yeni satışların %50 sinin, 2030 yılında toplam otomobillerin %40 unun PHEV olacağı öngörüsünü baz olarak almıştır.[5,6] Bu çalışmada mevcutların elektrikliye çevrilmesi senaryosu gözardı edilmiştir. Buna rağmen kişi başı elektrik tüketimi çok yüksek olan ABD gibi bir ülkede bile talep artışının 338 TWh ile %6 ya yaklaşacağı öngörülmektedir.

5 geleceği hakkında herhangi bir bilgiye veya nota rastlanamamıştır. Oluşacak talebin büyüklüğü düşünüldüğünde bu durum kaygı vericidir. 4 Arz-talep açığı ortaya çıktığında bu açığın iki şekilde kapatılması söz konusu olacaktır: 1) Elektrik fiyatlarının artırılarak talebin kısılması; 2) İnşa süresi kısa olan doğal gaz çevrim santrallerine yönelerek arzın artırılması. Birinci çözümün tüketiciler açısından taşıdığı ekonomik olumsuzluklara ek olarak ikinci seçenek de ülkemizi fiyatı gün geçtikçe artan fosil yakıtlara bağlayacaktır. Türkiye nin hızlı büyümesini sürdürebilmesi için zaten yüksek olan enerji maliyetlerinin düşürülmesi gerekmektedir. Bunu tam tersinin uygulanarak maliyetlerin yapay olarak artırılmasının iktisadi bir gerekçesi yoktur. Doğal gaz ve kömür santralleri ise küresel ölçekte ısınmaya sebep olmanın yanında yerel olarak hava kalitesinin düşmesine neden olacaktır. Bunu engelleyecek CO2 yakalama teknolojileri ise yatırım maliyetinin yanında işletme maliyetini de artıracaktır. * * * Yukarıdaki enerji santrali sayılarının özellikle dikkat çekmek amacıyla abartılı olarak verildiğinin notunu düşmemiz gerekiyor. Ancak eğer bugüne kadar bu konu henüz farkedilmemişse ortaya çıkacak olan enerji açığına dikkat çekebilmek için bu tarz yaklaşımların gerekli olduğunu düşünüyoruz. Öte yandan bilimsel anlamda bir talep tahmininde bulunmak için elektrikli taşıtların şarj davranışlarının bilinmesi gerekmektedir. Kanımızca bu davranışı ekileyecek faktörler gece indirimli elektrik tarifesi, pillerin şarj edilme hızları ve pillerin toplam maliyetleridir. Bu faktörlerin belirli şekilde bir araya gelmeleri bazı belirli davranış biçimleri ortaya çıkartacaklardır. Örneğin şarj süresinin uzun olması, pil fiyatlarının düşük olması (daha büyük kapasite alınabilmesi) ve gece gündüz fiyat farkının çok olması durumunda gece şarj edilmesi, pillerin hızlı şarj edilebilir olması ve gece-gündüz fiyat farkının yüksek olmaması veya pil maliyetlerinin yüksek olması halinde gündüz şarj edilmesi sonucunu doğuracaktır. Gece şarjı atıl kapasitenin kullanılmasını sağlayacaktır; gündüz şarjı ise puant talebinin artışına dolayısıyla ek kapasite ihtiyacına yol açacaktır. Bu davranış biçimlerinin belirlenmesiyle TEİAŞ tarafından elektrik talebi tahmini için kullanışan MAED çerçevesinde daha doğru tahmin yapmak imkanı olacaktır. Kaynaklar 4 TEİAŞ ın raporundaki önemli bir diğer eksiklik ise yüksek verime sahip klima cihazlarının kullanımıdır. Kullanılan enerji miktarına göre doğalgazla ısıtmaya göre 4-8 kat daha verimli olan ısı transferiyle ısıtmanın maliyeti gün geçtikçe artmakta olan doğalgazın yerini alacağını öngörüyoruz. Bundan dolayı önümüzdeki 4-5 yıl içerisinde yıllık 10TWh ler mertebesinde fazladan elektrik enerjisi talebi doğacağını tahmin ediyoruz.

6 [1] M. A. Weiss, ve diğ., "On the Road in 2020", MIT Energy Laboratory Report, no , Oct [2] "Enerji kaynakları ve kullanım alanlarına gore toplam enerji tüketimi", TUIK, Ankara, [Excel]. Adres: İndirilme tarihi: 10 Haziran [3] B. Mesutoğlu, Türkiye te Benzin Fiyatlarındaki Gelişmeler ve Benzin Talebinin Fiyat Esnekliği Üzerine Bir İnceleme ( ), DPT Yıllık Programlar ve Konjonktür Değerlendirme Genel Müdürlüğü, Ankara, Şubat [PDF] Adres: İndirilme tarihi: 20 Ocak [4] "Türkiye Elektrik Enerjisi 10 Yıllık Üretim Kapasite Projeksiyonu", TEİAŞ, Ankara, Temmuz [PDF]. Adres: df. İndirilme tarihi 10 Haziran 2009 [5] Environmental Assessment of Plug-In Hybrid Electric Vehicles, Vol. 1, EPRI, Palo Alto, California, USA. [PDF] Adres: İndirilme tarihi: 11 Haziran [6] Environmental Assessment of Plug-In Hybrid Electric Vehicles, Vol. 2, EPRI, Palo Alto, California, USA. [PDF] Adres: İndirilme tarihi: 11 Haziran Yazar hakkında Levent Aksoy 1987 yılında Boğaziçi Üniversitesi Elektrik Mühendisliği nden lisans, 1997 yılında City University of New York dan Ekonomi dalında doktora dereceleri almıştır. CUNY, Rutgers, Yeditepe ve Bahçeşehir Üniversitelerinde iktisat ve teknoloji konularında dersler vermenin yanında çeşitli firmalarda IT yönetimi görevleri almıştır.