İtici güç: elektrikli araç devriminin enerji taleplerini karşılamak

Elektrikli araçlar şüphesiz, modern ulaşımla ilgili devam eden bir başarı hikayesidir.

Toyota Prius, küçük ve verimli bir 1,5 litrelik benzinli motorla birlikte elektrik motoruna sahip^[1]elektrikli tahrik sisteminin ilk kez kullanıldığı modern seri üretim otomobildir ve yakıt verimliliğini artırmak için frenleme (rejeneratif frenleme) ile enerjiyi geri kazanır. Abdul Latif Jameel’in yirmi yıldır yakın bir iş ortağı olan Toyota’nın 1997 yılında Prius’un lansmanını yaptığı günden bu yana, içten yanmalı motorları desteklemek veya bunların yerini almak için batarya gücünü kullanan arabaların satışı sürekli olarak arttı. Bu artış, sürücülerin elde ettiği ekonomik kazanç ve yüksek performansın yanı sıra çevresel, yasal vb. avantajlar ve pek çok ülkede uygulanan vergi teşvikleri ya da ücretsiz şehir içi otopark imkanlarından güç alarak devam etti.

2021’in sonu itibarıyla Avrupa’da beş yeni araçtan^[2] ve Çin’de yedi yeni araçtan^[3] biri pompalarla yakıt doldurmak yerine prize takılarak şarj edilebiliyor. En başta, elektrikli araçların yaygınlaşmasına önayak olan modeller, Prius gibi hibrit araçlardı. Ancak son beş yılda batarya teknolojisinin katbekat gelişim göstermesiyle artık tamamen elektrikli araçları yollarda daha sık görebiliyoruz.

Normal otomobil satışlarının düştüğü bir dönemde elektrikli araç satışlarındaki patlama dikkat çekiyor^[4]. 2030 yılına kadar, Birleşik Krallık ve Danimarka’da elektrikli güç aktarım sistemine sahip olmayan yeni otomobil satışları yasaklanacak[5][6]. Hatta 2030 yılına kadar hibrit araçlar bile yasaklanacak. Çoğu Avrupa ülkesi benzer hedeflere sahipken Çin ise 2035 yılına kadar dizel veya benzin ile çalışan otomobilleri tamamen yasaklayacak.

Tüketiciler, düşük yakıt masrafları, daha sessiz ve sorunsuz sürüş, bakım kolaylığı ve çevre dostu özellikleri nedeniyle hevesle elektrikli arabalara yöneliyor. Tesla, RIVIAN, NIO ve Polestar gibi piyasada kuralları yeniden yazan elektrikli araç üreticileri dahil pek çok isim, pazarın her segmentinde yeni ve inovatif modeller sunarak, artan bu talebi karşılama becerilerini hızla geliştiriyor. Toyota ise bugün 2 milyon olan yıllık akülü-elektrikli araç satış rakamını 2030’a kadar yılda 3,5 milyona (toplamda 10 milyon küresel araç satışı) çıkarma tutkusunun parçası olarak, panelvanlar da dahil 30 akülü-elektrikli araç modelini piyasaya sunmayı planlıyor.

Elektrikli araçlar tüm sektörlerde

Elektrikli yolcu arabaları (İng. passenger car), kalabalık caddelerde zaten yaygın olarak görülüyor ancak bataryanın gücü tek bir taşıma türüyle sınırlı değil. Çin’in Shenzhen kenti, dizel otobüslerin yerini alan elektrikli otobüslerle 2020 yılında filosunun tamamının elektrikli araçlara dönüştüren ilk şehir oldu.

Elektrikli minibüslerin yaygınlaşması daha yavaş oldu ancak Nissan, Renault ve Mercedes’in elektrikli modellerinin ve elektrikli Ford Transit’in^[7] gelmesiyle birlikte bunların da taşımacılıkta yaygın olarak kullanılacağından şüphe yok.

Startup şirketler Arrival^[8] ve Volta’nın^[9] yanı sıra köklü oyuncular Volvo, DAF ve Mercedes, daha büyük ticari araçlar üretiyorlar.

En büyük belden kırma kamyonlar bile kısa süre içinde batarya gücüne geçecek ve 2 MW’ye^[10] kadar güç sağlayan büyük bataryalar ve şarj sistemleri ile uzun mesafelerde ve ağır yüklerde eski araçların yerini alacaklar.

Otomobil showroom’larından uzakta, daha az görünür olmasına rağmen eşit derecede büyük bir değişim de söz konusu.

İçten yanmalı otomobillerin, hareketlerini sürdürmek için tanker ve dolum istasyonları gibi dev bir altyapıyı gerektirdiği durumlarda elektrikli arabalar hareketlerini sürdürmek için bir enerji şebekesine ihtiyaç duyar ve bu, mevcut enerji sistemlerimizin başa çıkabileceği bir altyapıdır. Dünya genelindeki düzenleyici kurumlar, tedarik şirketleri, şebeke operatörleri, yerel teslimat ağları ve şarj noktası operatörleri büyük bir zorlukla karşı karşıya: Elektrikli araçlar giderek daha popüler hale geldikçe herkesin hareket etmesini sağlamak için doğru zamanda yeterli enerjinin bulunması nasıl sağlanabilir?

Sorun değil, sadece aşılması gereken bir zorluk

Enerji tedarik uzmanları, gerekli dönüşümün ciddiyetini hafife almama eğilimindeler ancak uygun planlama ve yatırımla, geleceğin elektrikli taşımacılık dünyası için bol miktarda enerji sağlama konusunda fazlasıyla yeterliliğe olduğumuz da açık^[11]. Bu, kısmen şebekelerin ve yeni nesil tesislerin güncellenmesine bağlı. Ancak bunun mümkün olması için mevcut varlıkların akıllı bir şekilde optimize edilmesi ve ekstra yükü yaymak için verilerin kullanılması gerekiyor.

McKinsey & Co.’daki uzmanlar, örneğin Almanya’da 2030 yılında herkesin elektrikli taşıtlarını hemen şarj etmek için prize taktığı bir “olası” senaryoda şebekenin ekstra 5 GW tepe değerinde kapasiteye[12] ihtiyaç duyacağını tespit etti. Bu, doğal gazla çalışan altı büyük modern elektrik santraline eş değer olup ülkenin 2035 yılına kadar net sıfır emisyonlu enerji şebekesi hedefine ulaşmasını sınırlayacak bir rakamdır^[13]. Neyse ki bu tepe değerini en aza indirecek ve bunun yerine temiz enerji kullanılabilecek birçok çözüm var.

Yerel dağıtım ağları, talepteki tepe değerlerinin nerede ve ne zaman meydana geldiğini görebilir. Elektrikli otomobillerin yoğun olarak bulunduğu bir konut banliyösü bölgesinde; yollarda, garajda, evde veya ticari araç deposunda araçların bir sonraki sabaha hazır olması için şarj edildiği bölgelerde iş gününün sonunda enerji talebi bir tepe noktasına ulaşacaktır. Bu da yerel şebekeye bir yük getirecektir. Bu yük ya kısa vadede petrol ve gaz kullanımıyla elektrik üretimini artırarak ya da daha verimli, düşük veya sıfır karbonlu enerji kaynakları kullanılarak daha sürdürülebilir bir şekilde karşılanabilir.

Aktif ve pasif çözümler

Enerji şirketleri, hükümetler ve gün geçtikçe kamuoyu, yeni elektrik santralleri kurmanın önümüzdeki zorlukların üstesinden gelmek için tek başına yeterli olmayacağını kabul ediyor. Günde yalnızca birkaç saat belirli alanlarda ihtiyaç duyulan enerjiyi sağlamak için, sera gazı yayan büyük tesisler inşa etmek pahalıya mal olacak ve kaynak israfına yol açacaktır.

Şebeke üzerindeki bu bölgesel kısıtlara yönelik daha akıllı çözümler aktif ve pasif olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir.

Pasif çözümler, inisiyatifi tüketiciye verir ve onları, talebin yoğun olmadığı gece saatlerindeki ucuz enerji arzından faydalanmaları için belirli zaman aralıklarında şarj dolumu yapmaya teşvik eder. Örneğin, İngiltere’deki Octopus Go^[14] tarifesi, şu anda sabahın erken saatlerinde kW/sa başına sadece 0,075 sterlin ücret alıyor. Bu rakam, ortalama ulusal maliyetin yarısından daha az ve popüler elektrikli arabalarda mil başına yaklaşık 0,03 sterlinlik maliyete denk geliyor.

Bazı tarifeler sürekli değişen elektrik fiyatlarını yansıtır. Bu nedenle ev bataryaları veya akıllı sıcak su ve ısıtma sistemleri gibi kendi depolarına sahip evler, özellikle rüzgarlı veya güneşli hava koşullarında daha düşük fiyatlardan faydalanabilir. Bazen enerji fiyatı sıfırın altına düşer ve ev sahibine fazla elektriği çekmesi ve şebekeyi dengelemesi için ödeme yapılmış olur^[15].

Aktif çözümler, hem kamuya açık hem de özel şarj noktalarını uzaktan kontrol etmek için verileri kullanan enerji tedarik şirketlerini, şebeke operatörlerini ve yerel dağıtım ağlarını içerir. Araçların hemen fişe takılıp çıkarılması gerekmediği, zamanın bol olduğu durumlarda doğru şekilde şarj edilmesini sağlarlar.

Bu kontrol yöntemi, yerel depolama tesislerinin yeni jeneratörler üretmekten çok daha düşük bir maliyetle konuşlandırılabildiği bir değişimle başlayabilir. Bunlar yoğun olmayan saatlerde gün boyunca daha bol bulunan güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynaklardan daha fazla tedarik sağlanarak ve şarj işlemi başladığında tedarike destek verilerek yavaş bir şekilde şarj edilir^[16]. Alternatif olarak akıllı ölçüm cihazları ve şarj cihazları, araçların ne zaman şarj edilmesi gerekeceğini bildirebilir ve ardından yükü gece boyunca bölge genelinde dengelemek için aralarında iletişim kurabilir^[17].

Benzer şekilde, ticari bir araç deposu kendi yerel sürümünü oluşturmak için kendi programlama yazılımını kullanabilir, böylece kendi özel kablo ağının gerekli kapasitesini ve dolayısıyla maliyetini en aza indirebilir ve şarjı gece boyunca bir dizi araca dağıtarak büyük bir filonun ihtiyaçlarını karşılayabilir.

Araçtan şebekeye kapasite aktarma altyapısı yaygınlaştıkça elektrikli araçların kendileri de şebeke varlıkları haline gelebilir. Şarja ihtiyaç duymayan prize takılı bir araç, uygun olduğunda kapasite fazlası yenilenebilir ve sıfır karbon enerjiyi absorbe edip gerektiğinde şebekeye geri aktararak bir bölgedeki talebi azaltabilir. Bu yöntem, bir mahalle içinde kaliteli ve istikrarlı bir tedarik sağlayarak arazi ve yatırım gerektiren sabit batarya ihtiyacını ortadan kaldıracaktır.

Birinci nesil elektrikli taşıtlar, araçtan şebekeye şarj etme özelliğine sahip olmasa da bu yöntem giderek yaygınlaşıyor.

Ford’un F150 Lightning elektrikli pikap modellerinin hepsinde, pek çok Nissan araçta ve popüler Hyundai Ioniq⁵ modelinde bu özellik standart olarak bulunuyor.

Volkswagen, Renault, Polestar ve Volvo’nun piyasa sürmesi beklenen modelleri, gerektiğinde şebekeye geri enerji aktarma özelliğine sahip olacak. Otoyolların, garajların ve kullanılmayan otomobillerin daha yaygın olduğu kırsal ve banliyö bölgelerinde araçların prize takılı kalma olasılığı daha yüksek; bu nedenle bu tip bölgelerde araçtan şebekeye enerji aktarımı sayesinde, gücü artırma ihtiyacı büyük ölçüde azaltılabilir.

Nüfusun yoğun olduğu merkezlerden uzakta akıllı şebeke yükseltme

Kırsal alanlar, hızlı şarj gereksinimlerini karşılamak için muhtemelen en kapsamlı ve pahalı şebeke yükseltmelerine ihtiyaç duyacaktır ve yerel depolama kapasitesi bu noktada da çok uygun maliyetli bir çözüm sunabilir.

Bireysel mülkler veya küçük gruplar; besleme kapasitesi düşük, elektrikli araçlarda kullanımdan kaldırılmış düşük maliyetli aküleri paylaşabilir. Bu yerel gerilim kapasitesi, günün büyük bir kısmında azar azar akım verilerek şarj edilir; daha sonra modern sürücülerin ihtiyaç duyacağı 7 kW gücü sağlamak için yoğun saatlerde devreye girer.

Yerel depolama kurulumu, yalnızca daha uzak mesafelerde yaşayan topluluklarda şebeke kapasitesini yükseltme maliyetinin artmasını değil, aynı zamanda gecikmeleri de önler. Yerel çözümler, büyük santrallerden her çiftlik evine ve mezraya kadar şebeke kapasitesini güçlendirme gerekliliğini ortadan kaldırarak kırsal kesimdeki ev sahiplerinin eski şebekelerine aşırı yükleme konusunda endişelenmeden elektrikli sürüşün avantajlarından faydalanmalarını sağlar.

Kısıtlı mühendislik kapasitesi ve yasal gereklilikler, kırsal şebeke güçlendirmesinin olması gerekenden daha fazla zaman almasına neden olur. Bu da enerji ağlarının, hızla artan talebe ayak uydurmasını zorlaştırabilir.

Uzun bekleme süreleri olan veya şarj noktası ağları güvenilir olmayan bölgelerde yapılan araştırmalar, elektrikli taşıtların kullanımına yönelik talebin çok daha düşük düzeyde kaldığını gösteriyor. Örneğin Kuzey İrlanda’da^[18], halka açık şarj cihazı istasyonu yatırımlarının az olması ve düzenleyici kurumların işleri ağırdan alması neticesinde tüketicilerde güven kaybolmuş durumda ve dünyada elektrikli araçların en çok kullanıldığı Norveç’teki %17’lik orana kıyasla %0,4’lük gibi düşük bir kullanım oranı görülüyor.

Şarj standartlarının olmaması

Elektrikli araçların piyasaya baskın gelmesini engelleyebilecek bir diğer faktör de küresel şarj standartlarının olmaması.

Elektrikli araç sahipleri için üç şarj seviyesi mevcut:

• AC 1. Seviye: Bu, standart bir 110 V priz kullanarak bir araca saatte 5 millik şarj sağlar. 
• AC 2. Seviye: Araçlarını evde şarj eden kişiler için en popüler şarj türüdür. 240 V priz kullanarak saatte 10 ila 30 millik şarj sağlar.
• DC Hızlı Şarj (3. Seviye): Ticari veya endüstriyel ortamlarda en yaygın olanıdır. Hızlı şarj cihazları bir saatte 150 millik şarj sağlayabilir.

Hızlı şarj, kamuya açık şarj cihaz istasyonları için “altın standart” olarak görülüyor. Ancak dünya genelinde her biri farklı konektörler kullanan dört ayrı (ve rakip) hızlı elektrik şarj protokolünün varlığı, gerçek tabloyu daha karmaşık hale getiriyor:

1980’lerdeki Betamax/VHS “video savaşları” gibi uzun vadede, bir veya iki standardın baskın olması kaçınılmaz. Ancak kısa vadede elektrikli araç sahipleri, üreticileri ve düzenleyiciler tarafından dikkate alınması gereken bir diğer faktör de bu. Aynı zamanda, kamuya açık şarj altyapısına yatırım akışlarında küresel olarak gözlemlenen bir tutarsızlık var. Kamuya açık şarj cihazlarının (hem hızlı hem de yavaş) tüm pazarlarda gün geçtikçe daha hızlı bir şekilde piyasaya sürülmesine rağmen, [19] 2021’de 1,8 milyona ulaşan kamuya açık şarj noktası rakamlarında ülkeler arasında önemli ölçüde farklılıklar var. Örneğin, AB’deki çoğu ülke 2020 yılında kamuya açık şarj cihazı sayısının elektrikli araç sayısına oranı için önerilen hedeflerini yakalayamadı[20].

Elektrikli araç kullanmak, üst düzey bir deneyim

Tüm zorluklara rağmen, dünyanın dört bir yanındaki hükümetler, zararlı karbon bazlı sera gazları yayarak insan faaliyetlerinin iklime zarar vermediği bir geleceğe ulaşmaya kararlılıkla kendini adamış durumda. Yeni filizlenen alternatif yakıt endüstrisinin büyüme isteği, tüketicilerin elektrikli araçları gün geçtikçe daha fazla benimsemesi ve daha çeşitli yakıt kaynaklarının ortaya çıkması, hepimiz için iyi gelişmeler. Peki, bireysel araç sahipleri için kişisel düzeyde ne gibi yenilikler var?

Geleneksel olarak, tüketicilerin elektrikli araçlara olan güveni “menzil kaygısı”, uygun şarj noktalarının olmaması ve satın alma fiyatı gibi endişelerden dolayı sarsılıyor^[21]. Ancak teknolojideki ilerlemeler, daha fazla yatırım ve elektrikli araç dostu yasal stratejilerle tüm bu engeller aşılabiliyor.

Elektrikli araçlar, yalnızca gezegenin kurtarılmasına yardımcı olarak iyi hissetmenizi sağlayacak bir karar değil. Tüketiciler, elektrikli araç kullanmanın benzin veya dizelden çok daha iyi bir deneyim olabileceğini ve sürekli olarak daha iyi hale geldiğini fark ediyor. Sürüş daha akıcı ve sessiz, frenleme daha keskin ve daha hızlı, hızlanma ise “gittikçe artan” bir ivmeye sahip; böylece bu dönüşüm için “eğlence odaklı” bir motivasyon da söz konusu.

Elektrikli motorlar, içten yanmalı muadillerinden daha küçüktür ve bataryalar aracın zeminine sığacak şekilde tasarlanmıştır, bu nedenle elektrikli otomobillerin içi daha geniştir. Daha az hareketli parça, daha az arıza anlamına gelir. Ve şarj edilecek güvenilir bir yer bulduğunda şoförlerin gün içinde aracı kolayca prize takabilmeleri nedeniyle, yakıt doldurmak için benzinlikte durma sıkıntısı da ortadan kalkar.

Batarya fiyatlarının hızla düşmesi, devlet sübvansiyonlarıyla yeni elektrikli araçların maliyetinin geleneksel muadillerine yaklaşması ve hem yakıt hem de bakım maliyetlerinin çok daha az olması, elektrikli araçların kullanım ömrü boyunca toplam maliyetinin yıllar öncesinden beri petrolün altında olduğunu gösteriyor^[22].

Ev tipi hızlı şarj cihazları veya kamuya açık hızlı şarj cihazları^[23] iş yerlerinde veya otoparklarda henüz büyük ölçekli olarak konuşlandırılmamış olsa bile, elektrikli araç sürücülerinin %1’den daha azı benzinli veya dizel araçlara geri dönme eğilimi gösteriyor. Elektrikli araçları deneyimleyen sürücüler, bu tür bir araca sahip olmanın gerçekten daha iyi olduğunu fark ediyor. Bu araçların tüketici açısından çekici olması, elektrikli araç teknolojisinin hızlı bir şekilde benimsenmesini sağlıyor ve elektrik şebekesine yeni talepler getiriyor.

Sanal enerji santralleri

Sabit depolama, akıllı şarj ve araçtan şebekeye enerji aktarımı gibi özelliklerin bir araya gelerek yarattığı sanal enerji santralleri, hükümetlerin karbon hedeflerini aşmadan elektrikli araçlara enerji tedarik etmelerini sağlayarak enerji altyapısında önemli bir bileşen olmuştur. Merkezi planlama ve büyük endüstriyel enerji üretiminden küçük özerk birimlere, döngüsel ekonomi planlamasına ve akıllı dağıtıma yönelik paradigma kaymasının neden olduğu bu geçiş, tepe değer için enerji santrallerine olan ihtiyacı ortadan kaldıracak ve gerçek sıfır karbon salınımlı e-ulaşımın gerçekleşmesine olanak tanıyacaktır. Bu dönüşüm, kablosuz şarj veya pil değişiminden araç kullanırken aracınızı şarj eden tavandaki güneş panellerine ve yollara kadar heyecan verici yeni elektrikli araç şarj teknolojilerinden destek alacaktır.

Hükümetler karbon hedeflerine ulaşıyor, elektrik şirketleri yeni elektrik santralleri inşa etme masrafından kurtuluyor ve tüketiciler planlama ve akıllı mühendisliğin gücü sayesinde daha düşük bir maliyetle daha güvenilir ve esnek bir enerji kaynağına sahip oluyorlar. Sıfır karbonlu sürdürülebilir bir gelecek sadece arzu edilebilir değil, aynı zamanda erişebileceğimiz bir hedeftir.

Elektrikli araç satışlarının patlaması, elektrikli araçların dönüşü olmayan bir şekilde benimseneceğini gösteriyor. Planlama ve imalatçılar, enerji üreticileri, distribütörler ve en önemlisi yerel hükümetler arasındaki iş birliği sayesinde bu büyük ulaşım değişimi; hem tüketicilerin hem de gezegenin büyük faydalar sağlayabilmesi için sorunsuz ve kesintisiz bir şekilde gerçekleştirilebilir.

[1] https://global.toyota/en/prius20th/evolution/

[2] https://www.ey.com/en_gl/energy-resources/as-emobility-accelerates-can-utilities-move-evs-into-the-fast-lane

[3] https://www.scmp.com/business/china-business/article/3163005/electric-cars-account-over-20-cent-chinas-new-vehicle-sales

[4] https://www.oica.net/category/sales-statistics/

[5] https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/oil/111820-factbox-uk-brings-forward-ban-on-new-ice-cars-to-2030

[6] https://www.euractiv.com/section/electric-cars/news/denmark-to-ban-petrol-and-diesel-car-sales-by-2030/

[7] https://www.ford.co.uk/vans-and-pickups/e-transit

[8] https://www.thetimes.co.uk/article/electric-van-maker-arrivals-big-plan-to-start-small-ch3cb9s2q

[9] https://www.commercialfleet.org/news/truck-news/2021/11/03/volta-zero-revealed-in-production-ready-form

[10] https://electrek.co/2018/05/10/chargepoint-2-mw-charger-electric-aircraft-and-semi-trucks/

[11] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[12] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[13] https://time.com/6124079/germany-government-green/

[14] https://octopus.energy/go/

[15] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666792421000652

[16] https://new.abb.com/news/detail/46325/the-future-of-the-power-grid-in-the-coming-era-of-e-mobility

[17] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-potential-impact-of-electric-vehicles-on-global-energy-systems

[18] https://www.assemblyresearchmatters.org/2021/11/02/are-electric-cars-a-realistic-alternative-to-petrol-and-diesel-in-northern-ireland-today/

[19] https://vehiclefreak.com/ev-statistics/

[20] https://iea.blob.core.windows.net/assets/ed5f4484-f556-4110-8c5c-4ede8bcba637/GlobalEVOutlook2021.pdf

[21] https://today.yougov.com/topics/consumer/articles-reports/2020/10/23/whats-stopping-americans-buying-electric-cars

[22] http://evtc.fsec.ucf.edu/research/project6.html

[23] https://www.energylivenews.com/2022/01/12/ev-drivers-have-no-interest-in-returning-to-petrol-or-diesel/#:~:text=Less%20than%201%25%20of%20electric,cars%20and%20lower%20running%20costs.