Şok Dalgası: Elektrik Şebekesi Kitlesel EV Benimsenmesine Nasıl Hazırlanacak?

Daha fazla elektrikli araç ve artan güç talebi, şebekede iyileştirmeler gerektirecek; ancak yeni teknolojiler herkesin elektrik faturalarını düşürebilir.

Elektrikli araçların geniş ölçekte benimsenmesinin önünde pek çok engel var: şüpheci tüketiciler tarafından kabul görmemesi, kamusal şarj altyapısının eksikliği ve öngörülemeyen hükümet politikaları. Bir diğeri ise, sıcak hava dalgaları ve soğuk hava dalgaları sırasında elektrik kesintileri veya voltaj düşüklükleri yaşayan bir elektrik şebekesine bağımlılık. Örneğin, 2022'deki bir sıcak hava dalgası sırasında, Kaliforniya valisi Gavin Newsom, eyaletin elektrik şebekesine yük bindirmemek için elektrikli araç sahiplerinden şarj işlemlerini kısıtlamalarını istedi.

Ancak, onlarca yıldır genellikle durgun taleple veya şebeke tabiriyle "yüklerle" uğraşan ABD elektrik şebekesine vergi getirmesi beklenen tek şey elektrikli araçlar değil. ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından yapılan bir araştırmaya göre, yeni veri merkezlerinin ihtiyaç duyduğu ekstra güç, ısı pompalarının artan kullanımı ve elektrikli araç kullanımının artması nedeniyle toplam elektrik talebi 2050 yılına kadar %38'e kadar artabilir. Çalışma ayrıca, elektrikli araçların 2050 yılında kat edilen araç millerinin %76'sına kadarını oluşturacağını ve bunları şarj etmek için ekstra güce ihtiyaç duyulacağını öngörüyor. NREL'in elektrikli araç şarjı ve şebeke entegrasyonu baş mühendisi Andrew Meintz, "Güç üretimi, iletimi ve dağıtım gereksinimlerine bakıldığında, gerekli büyümeyi desteklemek için her üç alanda da çalışma yapılması gerekiyor" dedi.

Elektrik şebekesi bu elektrikli araç devrimine hazır olacak mı? Meintz, "Şebekenin nasıl tasarlandığı, her bir birimin nasıl yanıt verdiği ve elektrikli araçların ne kadar hızlı benimsendiği nedeniyle bu soruyu cevaplamak gerçekten zor" diye ekledi. "Bunun çoğu, ülkenin neresinde bulunduğunuza ve elektrik dağıtım kuruluşunuzun ek yükleri desteklemek için sistemlerini ne kadar hızlı güncellediğine bağlı olacaktır." Ancak elektrikli araçların şarj esnekliği nedeniyle (esas olarak çok fazla güç depolayan büyük bataryalardır), benimsenme kritik bir kitleye ulaştığında, elektrikli araçlar elektrik şebekesinin bir parçası haline gelebilir ve hatta onu destekleyebilir, bu da potansiyel olarak herkesin elektrik maliyetlerini düşürebilir.

Elektrik Şebekesi Nedir?

İster bir lambayı yakıp söndürün, ister klimayı açın, ister akıllı telefonunuzu veya elektrikli aracınızı şarj etmek için prize takın, çoğu insan elektrik şebekesinin ihtiyaçları için güç sağladığını düşünmez; ta ki bunu yapmayana kadar. Elektrik şebekesi, enerji arz ve talebini dengeleyen ve düzenleyici kurumlar tarafından denetlenen, geniş, karmaşık ve çoğunlukla tekelci bir elektrik santralleri, iletim hatları ve yerel hizmet sağlayıcıları ağıdır.

ABD elektrik şebekesi, 11.000'den fazla enerji santrali, yaklaşık 3.000 bağımsız elektrik dağıtım şirketi ve 3,8 milyon kilometreden fazla elektrik hattından oluşmaktadır. ABD'de elektrik üretimi ve dağıtımı üç ana şebekeye ayrılmıştır. Doğu Bağlantısı, Rocky Dağları'nın doğusundaki eyaletlerde faaliyet gösterirken, Batı Bağlantısı Pasifik Okyanusu'ndan Rocky Dağları'na kadar uzanır ve Teksas Bağlantısı ise Yalnız Yıldız eyaletini yönetir. Üç şebeke büyük ölçüde bağımsız olarak çalışır ve bölgelerindeki yerel elektrik dağıtım şirketleri aracılığıyla elektrik üretimini, iletimini ve tüketimini sürdürüp izler ve aralarında sınırlı bir bağlantı vardır.

Yerel elektrik dağıtım şirketleri, eyalet düzeyindeki kamu hizmetleri komisyonları tarafından düzenlenir ve esasen tekel yetkisine sahiptir. Meintz, "Bunun bir kısmı adil fiyatlar sunmak ve gelecek için uygun planlama yapmaktır," dedi. "Şirketlerin gelecekteki yükü ölçmek ve bunları karşılayabileceklerinden emin olmak için planlama çalışmaları yapmaları gerekmektedir. Artan elektrik talebiyle birlikte, şirketlerin yüklerin nasıl değişeceğini anlamaları gerekir."

Hazırlık Zamanı

Neyse ki, elektrikli araç kullanım oranları benzinli araçlara kıyasla hala düşük olduğundan, şebekenin hazırlık için zamanı var. Meintz, yakın tarihli bir NREL araştırmasının, elektrikli araç kullanım oranının 2032'de yaklaşık %20 olacağını öngördüğünü, ancak elektrik şebekesiyle ilgilenenlerin kapasiteyi artırmanın uzun zaman alması nedeniyle şimdiden planlamaya başlamaları gerektiğini de sözlerine ekledi.

Elektrikli araç kullanımı bölgesel olacağı ve başlangıçta Batı Yakası ve kentsel alanlarla sınırlı kaldığı için, farklı kamu hizmetleri kuruluşlarının farklı zaman çizelgeleri de bulunuyor. Meintz, "Evrimin eşit bir şekilde dağılmadığını göreceğimiz için bazı kritik noktalar olacak," dedi. "Kamu hizmetlerinin hızlı bir şekilde adapte olmasının daha zor olacağı darboğazlar olacak, ancak bu bölgelerde halihazırda %20'lik bir benimseme oranına ulaştılar ve iyileştirmeler için çalışıyorlar."

Bu durum, ABD'deki her 7 eyaletten yaklaşık 1'ine sahip olan ve bu sayede en fazla elektrikli araca sahip olan Kaliforniya'da geçerli. Bu durum, eyaleti elektrikli araç kullanımında ve bunları şarj etmek için elektrik şebekesini güçlendirme ihtiyacında öncü konuma getiriyor. Pacific Gas & Electric (PG&E), Kuzey ve Orta Kaliforniya'da yaklaşık 16 milyon müşteriye ve çoğu elektrik şirketine kıyasla orantısız derecede fazla sayıda elektrikli araca sahip.

PG&E Temiz Enerji Ulaşım Direktörü Lydia Krefta'ya göre, 2024'ün 1. çeyreği itibarıyla 600.000'den fazla elektrikli araç, şarj için elektrik şirketine bağımlı. Bu rakam, 2024'ün 2. çeyreği itibarıyla Kaliforniya'nın yaklaşık 2 milyon kayıtlı elektrikli aracının dörtte birinden fazlasını oluşturuyor. PG&E, 2030 yılına kadar 3 milyon elektrikli araca güç sağlamayı bekliyor ve Krefta, şirketin bu güç ihtiyacını karşılama yolunda ilerlediğini belirtti. Ancak aynı zamanda yetişmeye de çalışıyor.

Belirsiz Bir Geleceğe Planlama

Neredeyse tüm işletmeler belirsiz bir geleceğe hazırlıklı olmalı, ancak elektrik şirketleri için süreç daha da karmaşık çünkü kamu hizmeti komisyonları tarafından düzenleniyorlar ve önceden belirlenmiş finansman döngülerine bağlılar. PG&E'nin şebeke altyapısı iyileştirmeleri için son finansman talebi 2021'de gerçekleşti ve analiz 2019'dan geldiği için beklentileri karşılayamadı. Krefta, "Daha önceki tahminler elektrikli araç büyümesini öngörmüyordu" dedi.

"2023'e girerken, uzun süreli sabit yük döneminden, yeni ve artan yük tahminiyle dolu bir hokey sopasına geçiş noktasındaydık," diye ekledi. "2027 tarife sürecine (elektrik şirketlerinin müşterilerden ne kadar ücret alabileceğini belirlemek için kullanılan süreç) girerken, eyalet düzeyindeki tahminler konusunda kendimizi çok daha rahat hissediyoruz ve ihtiyacımız olan finansmanı gerçekten iyi anlıyoruz."

Uygulama oranlarına ek olarak, bölgeler yılın farklı zamanlarında farklı zorluklarla karşılaşıyor. Meintz, "Georgia'da sistem, klima nedeniyle yazın pik yük için tasarlanmış. Minnesota'da ise ısıtma ihtiyacı nedeniyle şebeke kışın daha fazla zorlanacak," dedi. "Bu nedenle, pik yükün arkasındaki itici güce ve bunun gelecekte nasıl değişeceğine büyük ölçüde bağlı olacak." Bu durum, elektrikli araçların ne zaman şarj edilebileceğini de etkileyecek. Örneğin Georgia'da, elektrikli araç sahipleri, şebekeyi zorlamamak için havaların serinlediği gece vaktine kadar şarj etmeyi bekleseler daha iyi olur.

Daha Fazla Yeşil Enerjiyi Çevrimiçi Hale Getirmek

Son yıllarda, rüzgar ve güneş gibi kaynaklardan elde edilen yenilenebilir enerji, pil depolama sistemleriyle birlikte şebekeye giderek daha fazla eklenerek dağıtılmış bir güç şebekesi olarak bilinen bir yapı oluşturuldu. Güneş enerjisiyle çalışan ev kurulumları da katlanarak büyüdü ve 2022'de toplam 126,1 gigawatt kapasiteye ulaştı; bu da 23 milyondan fazla eve güç sağlamaya yetecek enerji anlamına geliyor. BMW, General Motors, Hyundai ve Tesla gibi otomobil üreticileri, elektrikli araç sahiplerinin yenilenebilir enerji gücünden yararlanıp depolamasına olanak tanıyan güneş panelleri, pil depolama ve aksesuarlar sunuyor.

Yenilenebilir enerji kaynaklarının güvenilirliği de bölgeseldir ve elektrikli araç sahiplerinin en verimli ve ekonomik şekilde ne zaman şarj edebileceğini etkiler. Temiz enerji ve akıllı şebeke teknolojilerine odaklanan Austin merkezli kâr amacı gütmeyen bir araştırma kuruluşu olan Pecan Street'in CTO'su Scott Hinson, Teksas'ta genellikle geceleri aşırı rüzgar enerjisi olduğunu söyledi. Hinson, "Bu, bölgeye ve baskın yenilenebilir enerji kaynaklarına göre değişir" dedi.

Örneğin, Kaliforniya'da, şebekeye güneş enerjisi eklendiğinde gün içinde şarj etmek daha ucuz. PG&E'den Krefta, "Müşterileri, fazla güneş enerjisinin olduğu gün ortasında elektrikli araçlarını şarj etmeye teşvik etmek için nasıl teşvikler kullanabileceğimizi araştırıyoruz," dedi. "Bir gün, sistemde yeterince yenilenebilir enerji olmadığında, müşteriler elektrikli araçlarını akşam saatlerinde deşarj etmeye teşvik edilebilir."

Artık Enerji İsrafı Yok

Güneş panelleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanarak bir elektrikli aracın bataryasını şarj etmek şu anda "kullan ya da kaybet" mantığıyla yürütülen bir iş. Bu nedenle otomobil üreticileri ve diğerleri, elektrikli araç sahiplerinin fazla enerjiyi daha sonra kullanmak üzere depolayabilmeleri için ayrı depolama bataryaları sunmaya başladı. Ancak elektrikli araçlar için asıl amaç, çift yönlü şarjın benimsenmesi. Bu teknoloji, esasen araçtan şebekeye (V2G) teknolojisini kullanarak elektrikli araç bataryasının enerjisini şebekeye göndermek (acil bir durumda evinize enerji sağlamak, büyük bir erken kullanım olarak değerlendirildi) ve aynı zamanda bu enerjiden enerji elde etmek. Şu anda çok az elektrikli araç çift yönlü şarj yeteneğine sahip, ancak yaygın olarak benimsenirse potansiyeli muazzam.

Krefta, "Elektrikli araçların devasa bataryaları var ve tüm gün park halindeler," dedi. "Bir ara, Oakland şehrine üç gün yetecek kadar elektrikli aracın şebekeye bağlı olduğunu hesaplamıştık." Diğer elektrik dağıtım şirketleri gibi PG&E de, elektrikli araçların fazla enerjiyi şebekeye geri göndermesini sağlamak için otomobil üreticileri ve diğerleriyle pilot programlar yürütüyor. Krefta'ya göre şu anda en büyük sorunlardan biri, elektrikli araç sahiplerine bunu yapmalarını sağlayacak uygun ekipmanı sağlamak. (Ford'un çözümünü Ford F-150 Lightning'imizle kurmayı denedik ve kurulumu o kadar maliyetli ve zaman alıcıydı ki sonunda vazgeçtik.)

Elektrik şebekesinin karmaşık yapısı nedeniyle, bir V2G çözümünün doğru bir şekilde uygulanması, binlerce yerel elektrik dağıtım şirketi, otomobil üreticisi ve elektrikli araç sahibi arasında koordinasyon gerektiriyor. Bu nedenle PG&E ve diğer elektrik dağıtım şirketleri, otomobil üreticileri, filo operatörleri ve şarj sağlayıcılarıyla birlikte, geçen yıl kâr amacı gütmeyen Elektrik Gücü Araştırma Enstitüsü (EPRI) tarafından yönetilen bir konsorsiyum oluşturdu. Krefta, "Odaklandıkları şeylerden biri, her bir şirket için ayrı ayrı standardizasyon yaratma fırsatlarının olduğu yerler," dedi. "Bu kesinlikle zorlu bir süreç ve üzerinde iş birliği yapabileceğimiz bazı havalı ve benzersiz çözümler olduğunu düşünüyorum."

Elektrikli Araçlar Şebeke Esnekliği ve Potansiyel Parasal Ödül Sunuyor

Önümüzdeki önemli engellere rağmen, sektördeki uzmanlar arasında, V2G teknolojisinin ABD enerji altyapısının büyük bir bölümünü, pille çalışan araçların da önemli bir parçası olarak dönüştürme potansiyeline sahip olduğu konusunda yaygın bir fikir birliği var; çünkü Meintz'in de belirttiği gibi, "Elektrikli araçlar oldukça benzersiz ve tipik bir yük değil."

Örneğin, Hinson'ın Pecan Street şirketinin birlikte çalıştığı birkaç şirket, halihazırda çok sayıda elektrikli aracı bir araya getirip yenilenebilir enerji kaynakları bol olduğunda şarj etmeyi ve enerji üretimi sorunu olduğunda şarjı yavaşlatmayı test ediyor. Ayrıca, şebekenin elektrikli araçların esnekliğinden yararlanmasına ve hatta depolanan ve üretilen fazla enerjiyi paraya çevirmesine olanak tanıyan ve tüm bunları yaparken elektrikli araç sahiplerinin de bu süreçte ödeme almasını sağlayan türden çabalar da mevcut. Örnek olarak: Fazla güneş veya rüzgar enerjisini israf etmek yerine, elektrikli araçlar bunu depolayabilir, gerektiğinde şebekeye geri gönderebilir ve sahipleri bunun karşılığında tazminat alabilir.

Meintz, "Bu, daha fazla şebeke altyapısına ihtiyaç duyulmayacağı anlamına gelmiyor," dedi. "Ancak halihazırda sahip olduğumuz enerjiyi daha iyi kullanmak, yükü kritik dönemlerden çıkarıp fazla enerjimizin olacağı dönemlere aktarmak ve böylece ek üretime ihtiyaç duymamak için önemli fırsatlar mevcut. Ayrıca elektrikli araçlar bu enerjiyi şebekeye geri aktarabilir."

Herkes İçin Elektrik Maliyetlerini Düşürmek

Hinson, kişisel elektrikli araçların şarjının şebekeyi olumsuz etkilemesi konusunda, daha fazla güç gerektiren ve daha az esnek olan diğer yeni teknolojilere kıyasla neredeyse hiç endişeli değil. Örneğin, tek bir Bitcoin'i işlemek için 155.000 kWh'ye kadar güç gerektiğini söyledi. "2024 model bir Volkswagen ID.4 PRO sahibiyim ve kWh başına ortalama 5,2 mil yol kat ediyorum. Eşim ve ben hızlanmayla biraz eğlenmeyi seviyoruz. Bir Bitcoin'in işlem hacmini hesaplamak için gereken miktarla, elektrikli aracımı neredeyse yarım milyon mil sürebilirim," dedi Hinson.

Elektrikli araçlar kritik kütleye ulaştığında ve V2G daha yaygın hale geldiğinde, bu durum yalnızca şebekeyi desteklemekle kalmayacak, aynı zamanda herkesin, hatta elektrikli araç sahibi olmayanların bile elektrik maliyetlerini düşürebilir. Krefta, "Elektrikli araçları müşteri fiyatlarını düşürmek için kullanabileceğimizi düşünüyoruz," dedi. "2030'da elektrikli araçlar ve onlardan beklediğimiz yük ve fayda senaryosuna baktık ve bir müşterinin faturasında yüzde 8 ila 10 arasında bir düşüş gördük. Bu sadece bir elektrikli araç sahibi olmanın maliyetini düşürmekle kalmıyor, aynı zamanda herkesin fiyatlarını ve faturalarını da düşürüyor. Bu, gerçekten odaklandığımız ve heyecan duyduğumuz bir konu."

Kaynak: MotorTrend