TÜRKİYE ELEKTRİK PİYASASİNDA RÜZGAR ENERJİSİ

Transkript

1 TÜRKİYE ELEKTRİK PİYASASİNDA RÜZGAR ENERJİSİ Musafa ŞEKKELİ Kahramanmaraş Süçü İmam Üniversiesi, Fen Bilimleri Ensiüsü, K.Maraş, Ceyhun YILDIZ Kahramanmaraş Süçü İmam Üniversiesi, Fen Bilimleri Ensiüsü, K.Maraş, Faih KARIK Gazi Üniversiesi, Teknoloji Fakülesi Enerji Sisemleri Mühendisliği Bölümü, Ankara, Adnan SÖZEN Gazi Üniversiesi, Teknoloji Fakülesi Enerji Sisemleri Mühendisliği Bölümü, Ankara, ÖZET Rüzar enerjisi yayın kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir. Ülkelerin desekleyici poliikaları ve yaırım maliyelerinin düşmesi rüzar enerjisi kullanımını arırmışır. Türkiye de de elekrik şebekesine bağlanan rüzar enerjisi sanrallerinin (RES) sayısı her eçen ün armakadır. RES lerin değişken ve kararsız üreim yapmaları bu sanrallerin elekrik şebekesinde işleimini zorlaşırmakadır. Sanral sahipleri bir ün sonra üreecekleri enerji mikarı için arani verememeke, sadece üreim ahmin değerlerini kullanarak bir üreim proramı oluşurabilmekedirler. Gün öncesi elekrik piyasasında (GÖP) kaılımcılar bildirdikleri üreim proramından sorumludurlar. Piyasa mekanizması, bildirilmiş proramdan sapan esisleri cezalandırılmakadır. Türkiye de yenilenebilir enerji kaynakları kullanımını arırmak için Yenilenebilir Enerji Kaynakları Desekleme Mekanizması (YEKDEM) kapsamında başka bir elekrik piyasası da bulunmakadır. YEKDEM piyasasında kaılımcılar bildirdikleri üreim proramından sorumlu değillerdir. Bu çalışmada Türkiye de kurulmuş 14 ade RES için GÖP ve YEKDEM piyasalarında incelenmişir. İncelemeler sonucunda, 2013 yılı verilerine öre 11 sanralin GÖP piyasasında, 3 sanralin YEKDEM piyasasında daha yüksek eliri olduğu örülmüşür. Anahar Kelimeler: Rüzar enerjisi, elekrik piyasası. Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

2 254 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) WIND ENERGY IN TURKEY ELECTRICITY MARKET ABSTRACT Wind enery has widespread usae in renewable enery resources. Promoin policies of counries and decreasin in invesmen cos have increased he usae of wind enery. The number of wind power plans(wpp) conneced o elecrical rid increases day by day in Turkey. Variable and uncerain eneraions of WPPs are makin difficul o operae hese plans in elecrical rid. Plan owners can no ive uarany for he amoun of enery hey are oin o enerae nex day, hey can only creae a eneraion schedule by usin eneraion forecas values. Paricipans are reponsible for he eneraion schedule ha hey informed, in Day Ahead Elecriciy Marke (DAM). Marke mechanism penalizes faciliies which deviae from informed schedule. There is an oher elecriciy marke in Turkey as a par of Renewable Enery Resources Promoion Mechanism (RESPM) o increase he usae of renewable enery resources. Paricipans are no reponsible for he eneraion schedule ha hey informed, in RESPM marke. In his sudy, 14 WPPs insalled in Turkey are invesiaed in DAM and RESPM markes. As a resul of invesiaions; i is seen ha, accordin o 2013 daa, in DAM marke 11 plans, in RESPM marke 3 plans have more income. Keywords: Wind enery, elecriciy marke. Gazi Journal of Enineerin Sciences

3 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) GİRİŞ Son yıllarda ülkeler enerji konusunda dışa bağımlılıklarını azalmak ve çevre dosu enerji kaynaklarına öncelik vermek ibi sebeplerle yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir [1]. Yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzar, bir enerji kaynağı olarak ün eçikçe daha fazla mikarda kullanılmakadır. Rüzar-elekrik enerjisi dönüşümü bilindiği üzere rüzar hızının üçüncü kuvvei ile oranılı olarak erçekleşmekedir [2]. Bu ilişki sebeple rüzar hızındaki küçük değişimler üreilen elekriksel enerjide büyük değişimlere yol açmakadır. Rüzar hızı dünya ölçekli meeorolojik modeller kullanılarak belirli haa aralıklarında ahmin edilebilmekedir [3]. Faka ahmin edilen bu hız değerlerinden elekriksel enerji hesaplanırken kübik ilişki sebebiyle meeorolojik ahminlerdeki küçük haalar enerji ahminlerinde oldukça büyük haalara yol açmakadır. Bu durum RES işleen firmaları GÖP e zor duruma sokmakadır. Çünkü GÖP e dahil olan üreiciler bir ün sonra yapacakları üreimi piyasa sisemine bildirmeke ve bildirdikleri değerleri üremeken sorumlu olmakadırlar. Bildirdikleri değerde üreim yapamayan kaılımcılar cezaya düşmeke ve sapmalar ile oranılı olarak ceza ödemek zorunda kalmakadırlar. Sanrallerin cezaya düşmemeleri ancak çok yüksek doğruluka enerji üreim ahminlerinin yapılabilmesi ile mümkün olacakır. Türkiye de RES ler GÖP mekanizmasından başka YEKDEM piyasasına da dahil olabilmekedir. YEKDEM piyasasına dahil olan sanraller bir ün sonra yapacakları üreim ahminlerini siseme bildirmeke faka bildirdikleri üreim planından sorumlu uulmamakadırlar. Bu piyasa mekanizmasında üreilen enerji dolar üzerinden fiyalandırılmaka dolar kurundaki değişimler üreicileri belirsiz bir elir dalalanmasına sürüklemekedir. Bu çalışmada 14 ade RES, GÖP ve YEKDEM piyasalarında incelenmiş elde edilen elirler kıyaslamalı olarak incelenmişir. Bu makale yedi bölümden oluşmakadır. Bölüm 1 Giriş e rüzar enerjisi ve elekrik piyasaları kısaca anlaılmışır. Bölüm 2 de Türkiye deki iki ayrı elekrik piyasası GÖP ve YEKDEM anlaılmışır. Bölüm 3 e 14 ade RES üreimleri ve üreim ahminleri incelenmişir. Bölüm 4 e RES üreimleri GÖP ve YEKDEM piyasalarında incelenmişir. Bölüm 5 sonuçlar ve arışmadan oluşmakadır Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

4 TL/MWh 256 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) TÜRKİYE ELEKTRİK PİYASASI Türkiye GÖP ve deneleme üç piyasası (DGP) 1 Aralık 2011 arihinde faaliyee eçmişir. Bu iki piyasa mekanizmasının devreye alınması Türkiye de enerji piyasasının serbesleşmesi konusunda önemli bir adım olmuşur. Piyasa kaılımcıları bu iki mekanizma ile kendi fiya- üreim/ükeim ekliflerini oluşurabilmekedirler. Piyasada oluşan arz ve alep mikarlarına ve verilen fiya ekliflerine bağlı olarak enerji fiyaları oluşmakadır. GÖP mekanizmasında kaılımcılar saalik fiya-üreim/ükeim ekliflerini ün öncesinden siseme bildirmekedirler. Verilen eklifler her saa için bir arzfiya eğrisi birde alep-fiya eğrisi oluşurmakadır. Arz-fiya eğrisi oluşurulurken düşük fiyalı eklifler eğrinin ilk elemanları olarak seçilir. Amaç düşük fiyalı üreim ekliflerine öncelik vermekir. Talep-fiya eğrisi oluşurulurken ise yüksek fiyalı eklifler eğrideki ilk değerlerdir. Çünkü yüksek fiya veren alıcılara öncelik verilmekedir. Şekil 1 de örnek arz-fiya ve alepfiya eğrileri verilmişir. Piyasa yazılımı arz ve alep eğrilerini kesişirmeke ve bu kesişim nokasında piyasa akas fiyaı (PTF) ve piyasa akas mikarı (PTM) oluşmakadır [4] Arz Talep PTF Gazi Journal of Enineerin Sciences 10 3 MW PTM Şekil 1. Örnek arz alep eğrileri

5 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) Bir ün sonrası için bildirilen ekliflerin erçekleşirilmesi durumunda üreimler PTF üzerinden fiyalandırılacakır. Bu durumda kaılımcının erçekleşirdiği üreimlerden elde edeceği elir Eşilik (1) ile hesaplanmakadır. GÖP e bildirilen eklifler her zaman erçekleşirilememekedir. Örneğin fiyaüreim eklifi veren bir kaılımcı sanralinde oluşan bir arıza sebebiyle bildirdiği üreimi erçekleşiremeyebilmekedir yada fiya-ükeim eklifi veren bir kaılımcı esisindeki arıza sebebiyle ükeim yapamayabilmekedir. Bu ibi durumlarda sisemde neaif yada poziif yönde denesizlikler oluşmakadır. Oluşan bu denesizlikleri idermek için DGP işleilmekedir. DGP de GÖP mekanizmasına benzer bir süreç işleilmekedir. Bu piyasaya da kaılımcılar sisemde oluşan denesizlikleri idermek üzere eklifler vermekedir. Piyasa mekanizması eklifleri değerlendirmeke ve sonuç olarak sisem marjinal fiyaı (SMF) oluşmakadır. GÖP kaılımcıları da yapmadıkları üreim veya ükeimden dolayı cezalandırılmakadır. GÖP kaılımcılarının eliri eksik üreim yapmaları durumunda Eşilik (2) ile fazla üreim yapmaları durumunda ise Eşilik (3) ile hesaplanmakadır. 24 G Tü. PTF (1) 1 G G 24 [ Tü 0 24 [ Tü 0. PTF. PTF max( PTF min( PTF, SMF, SMF )( Tü )( Gü Gü Tü )] )] (2) (3) GÖP ve DGP piyasalarından başka Türkiye de YEKDEM kapsamında oluşurulmuş yenilenebilir enerji kaynaklarına özel bir piyasa daha bulunmakadır. Bu piyasada da kaılımcılar üreecekleri enerjiyi piyasa sisemine bildirmekedirler. Faka kaılımcılar bildirdikleri üreimi erçekleşirmeken sorumlu uulmamakadır. Bu piyasada RES üreimleri Dolar/kWh üzerinden ücrelendirilmekedir. Her ne kadar fiya dolar bazında sabi olsa da dolar kurundaki dalalanmalar piyasa kaılımcıları için risk oluşurmakadır. YEKDEM eliri Eşilik (4) ile hesaplanabilmekedir. 24 G Gü.0.073( Dolar ) (4) 1 Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

6 258 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) RÜZGAR ENERJİSİ ÜRETİMLERİNİN TAHMİNİ Rüzar enerjisini piyasa mekanizmalarında değerlendirmeden önce RES üreimlerini irdelemeke fayda vardır. Yukarıda rüzarın değişken ve karasız bir enerji kaynağı olduğundan bu durumun RES işleiminde bazı problemlere sebep olduğundan bahsemişik. Rüzar hızları ve yönleri her ne kadar değişken ve karasız olsalar da elişirilen meeorolojik ahmin modelleri ile belirli doğruluklarda ahmin edilebilmekedir. Bu meeorolojik ahminler kullanılarak RES üreimleri için de ahminler yapılmakadır. RES üreim ahminleri sanral sahiplerine GÖP piyasasına eklif verme konusunda yardımcı olmakadır. Ayrıca elekrik şebekesini işleen kuruluşlar da rüzar enerjisi ahminlerini kullanarak bir ün sonrası için üreim planlamaları yapabilmekedir [5]. Bu çalışmada Türkiye de işleilmeke olan 14 ade RES e ai üreim ve üreim ahminleri incelenmişir. Tüm veriler 2013 yılına ai 1 yıllık dönemi kapsamakadır. Sanrallerden alınan veriler Tablo 1 de özelenmişir. Tablo 1. RES lerden alınan değerler. Sanral Numarası Rüzar Hızı Or. (m/s) Kurulu Güç (MW) Gazi Journal of Enineerin Sciences Oralama Normalize Tahmin Haası (%) Toplam Enerji Üreim (MWh) Fizibilie Üreimi (MWh) Sanral sahibi firmaların iseği doğrulusunda abloda esis isimleri verilmemişir. Tablodaki kurulu üç değerleri sanrallerdeki ürbinlerin oplam ücüne eşiir. Toplam enerji üreimi ve fizibilie üreimi bir yıllık değerlerin oplamından oluşmakadır. Fizibilie üreimi sanral projelendirilirken

7 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) hesaplanmış üreim değeridir. Toplam erçekleşen ve fizibilie üreimleri kıyaslandığında bazı sanrallerde bu değerlerin örüşmediği örülmekedir. Bu durum sanrallerin yanlış projelendirilmesinden veya işleme esnasında yaşanan aksaklıklardan kaynaklanabilmekedir. Rüzar hızı ve ahmin haaları senelik oralama değerlerdir. Tahminler bir sonraki ün için oluşurulmuş 24 saalik değerlerdir. Tablodaki normalize haa değerleri erçekleşen üreim ile ahmin edilen üreim arasındaki farkın mulak değerinin sanral kurulu ücüne bölünmesiyle elde edilmişir. Eşilik (5) normalize haa değerlerinin hesaplanmasında kullanılmışır. NMH Gü Tü (5) K s s s Üreim değerleri çok küçük olduğunda aslında sanraller karasız üreim yapmakadır. Örneğin 90 MW kurulu ücündeki bir sanralin 1MW ücünde üreim yapması aslında sanralin üreim yapmadığı sadece bir ürbinin küçük bir rüzar ile o anda çalışığı anlamına elmekedir. Böyle bir durumda ahmin edilen ücün 2MW olduğunu varsayarsak erçekleşen üçen %100 oranda sapığı örülmekedir. Oysa 1MW lık bir üreimin 90 MW kurulu ücündeki bir sanral için çok düşük anlamsız bir değer olduğu açıkır. Bu sebeple ahmin haaları % olarak hesaplanırken haa değerleri kurulu üce bölünmüşür. Tahmin haalarının senelik oralama değerleri incelendiğinde değerlerin %9-17 aralığında kaldığı örülmekedir. Faka haa değerleri anlık olarak incelendiğinde durumun böyle olmadığı anlaşılmakadır. Köü ahmin yapılan bir ünde ahmin haalarının ünlük oralaması %90 lara ulaşabilmekedir. GÖP eklifleri ünlük olarak incelendiği için haaların piyasadaki ekisi ancak anlık irdelemeler ile yapılabilir. Bu ayrınılı incelemeler ilerleyen bölümlerde yapılacakır. 4. RES ENERJİ ÜRETİMLERİ VE ENERJİ ÜRETİM TAHMİNLERİNİN GÖP VE YEKDEM PİYASALARINDA ANALİZİ Önceki bölümlerde Türkiye de RES lerin kaılabileceği piyasa mekanizmalarından bahsemişik. Bu bölümde GÖP ve YEKDEM piyasalarında 14 ade RES üreimleri ayrınılı olarak değerlendirilecekir. GÖP mekanizmasında kaılımcılar bir sonraki ün için verdikleri ekliflerden sorumlu uulmakaydı. Bu Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

8 Girdiler Tahminler 260 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) sebeple RES sahibi GÖP piyasası kaılımcıları için rüzar enerjisi üreim ahminleri eklif oluşurma konusunda oldukça önemlidir [6]. Çalışmada kullanılan ahmin ve üreim değerleri Rüzar Enerjisi İzleme ve Tahmin Merkezinden (RİTM) alınmışır. Merkezde 0-48 (kısa süreli ahmin) ve 0-6 (çok kısa süreli ahmin) saaler arası ahminler üreilmekedir. Tahmin alorimasında kullanılan eknikler fiziksel ve isaisiksel yönemlerin kombine edilmiş halidir. İsaisiksel yönemde öğrenme yönemleri olarak doğrusal reresyon, desek vekör makineleri ve yapay sinir ağları kullanılmakadır. Tüm sanral sahaları hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı ile modellenerek ahmin alorimasında kullanılmışır. Proje kapsamında MGM hava ahmini, Avrupa Ölçekli Ora Ölçekli hava ahmini, Küresel Tahmin Sisemi ve sanral üç verileri irdi olarak kullanılmakadır. Şekil 2 de enel yapı öserilmekedir [7-10]. Rüzar Sanral Verisi YEGM Tahmin Yazılımı Meeoroloji Verisi Sanral Sahibi, Sisem İşlemecisi Şekil 2. RİTM Genel Mimarisi Çalışmada incelenen 14 sanralin 2013 enerji ahmin değerleri kullanılarak GÖP mekanizmasında incelenmek üzere ünlük eklif seleri oluşurulmuş. Bir ün sonra üreilen enerjiler, eklif edilen üreim değerleri ve piyasada oluşan enerji fiyaları kullanılarak sanrallerin GÖP elirleri hesaplanmışır. Hesaplamalar Eşilik (1,2,3) kullanılarak yapılmışır. GÖP piyasasında hiç ahmin haası yapılmaması durumunda elde edilecek elirler de ayrıca hesaplanmışır. GÖP piyasasından başka bu sanrallerin YEKDEM piyasasına kaılması durumunda elde edilecek elirler de Eşilik (4) kullanılarak hesaplanmışır. Tüm hesaplamalara ilişkin sonuçlar ablo 2 de özelenmişir. Gazi Journal of Enineerin Sciences

9 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) Tablo 2. RES lerin piyasa elirleri Sanral Numarası GÖP Geliri (TL) YEKDEM Geliri (TL) GÖP-YEKDEM Geliri (TL) Doğru Tahmin Geliri (TL) Tablo 2 deki değerler kullanılarak Şekil 3 ve Şekil 4 eki rafikler oluşurulmuşur. Şekil 3 eki rafike her sanral için üç ade elir değeri kıyaslanmışır. Şekil 4 eki rafike ise GÖP eliri oplamı ile YEKDEM arasındaki fark GÖP eliri oplamına bölünerek % değerler hesaplanmışır. Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

10 % Gelir farkı (TL) 262 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) E+07 GÖP Geliri YEKDEM Geliri Doğru Tahmin Geliri 5E+07 4E+07 3E+07 2E+07 1E Sanral Numarası Şekil 3. Piyasa elirleri 6 GÖP-YEKDEM Sanral numarası Gazi Journal of Enineerin Sciences Şekil 4. GÖP ve YEKDEM elirlerinin farkı. Böylece YEKDEM ve GÖP elirleri hesaplanarak kıyaslanmışır. Şekil 4 en anlaşılacağı üzere 2013 yılı verilerine öre 14 sanralden 11 inin GÖP piyasasındaki eliri daha yüksek çıkmışır. Gelir farklarının %-1 ile %6 aralığında değişiği de örülmekedir.

11 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) SONUÇ VE TARTIŞMA Rüzar enerjisi üreim ahminleri RES lere GÖP piyasasında oyuncu olma şansı vermişir. Çalışmada yapılan hesaplamalar sonucunda RES lerin GÖP piyasasında YEKDEM piyasasına nazaran daha yüksek elir elde edebilecekleri örülmüşür. Yaırımcılar açısından bakıldığında GÖP piyasasına kaılmak daha avanajlı olabilecekir. GÖP piyasasında enerji fiyalarının TL/kWh üründen ve önörülebilir olması yaırımcılar açısından YEKDEM piyasasına öre bu piyasayı daha üvenilir hale eirmekedir. Çünkü YEKDEM piyasasında enerji fiyaları $/kwh üründen hesaplanmaka ve elir dolar kurundan doğrudan ekilenmekedir. Dolar kurları incelendiğinde 2013 yılından buüne dolar kurunda büyük değişimler olmuş YEKDEM piyasasına kaılan sanraller bu durumdan büyük oranda ekilenmişlerdir. Dolar kurunun arışı RES sahibi firmaları YEKDEM piyasasına yönlendirmekedir. Faka kurdaki belirsizlikler RES yaırımcıları için risk oluşurmakadır. Yaırımcıların kur değişimlerinden ekilenmelerini azalmak için GÖP piyasasının RES ler için daha cazip hale eirilmesi erekmekedir. GÖP piyasasında RES lerin denesizliklerinden dolayı daha az cezalandırılmaları ya da belirli bir aralıkaki denesizliklerinden sorumlu uulmamaları bu sanraller için avanaj oluşurabilecekir. Kısalmalar : Gün : Saa G: Gelir (TL) G ü : Gerçekleşen üreim (Wh) K : Kurulu üç (W) NMH: Normalize mulak haa (%) Tü: Teklif edilen üreim (Wh) KAYNAKLAR 1. Frondel, M., Rier, N., Schmid, C. M., & Vance, C., Economic impacs from he promoion of renewable enery echnoloies: The German experience., Enery Policy, 38(8): , Sahyajih, M., Wind enery: fundamenals, resource analysis and economics. Spriner Science & Business Media, Neherlands, (2006). Gazi Mühendislik Bilimleri Derisi

12 264 M. Şekkeli-C. Yıldız-F. Karık-A. Sözen 1/2 (2015) Lei, M., Shiyan, L., Chuanwen, J., Honlin, L., & Yan, Z., A review on he forecasin of wind speed and eneraed power. Renewable and Susainable Enery Reviews, 13(4): , Küaruk, K., Day Ahead Markes, Dokora ezi, Middle Eas Technical Universiy, Pinson, P., Chevallier, C., & Karinioakis, G. N., Tradin wind eneraion from shorerm probabilisic forecass of wind power. Power Sysems, IEEE Transacions on, 22(3): , Jonsson, T., Pinson, P., & Madsen, H., On he marke impac of wind enery forecass., Enery Economics, 32(2): , RİTM Projesi, Mevcu: hp:// (Erişim arihi: 9 Haziran 2015). 8. Terciyanlı E., Demirci T., Küçük D., Saraç M., Çadırcı I., Ermiş M., Enhanced Naionwide Wind-Elecric Power Moniorin and Forecas Sysem, IEEE Transacions On Indusrial Informaics, 10,(2), Baris M. O., Karaoz P., A Novel Wind Power Forecas Model: Saisical Hybrid Wind Power Forecas Technique (SHWIP), IEEE Transacıons On Indusrial Informaics, 11(2), Buhan S., Çadırcı I., Muli-Sae Wind-Elecric Power Forecas by Usin a Combinaion of Advanced Saisical Mehods, IEEE Transacıons On Indusrial Informaics, PP,(99), Gazi Journal of Enineerin Sciences