Okumaya Başlamadan Önce!
PFK mekanizmasının ne olduğu ve nasıl işlediğine dair detaylı bilgi için - Hocam Nedir Bu Yan Hizmetler? - Primer Frekans Kontrolü isimli yazımızı okuyabilirsiniz.
“Türkiye’de Bataryalar ile PFK Katılımı - 2025” adlı bu çalışmamız primer frekans kontrolü hizmeti sağlamak üzere piyasaya teklif vermek isteyen organizasyonların dikkat etmesi gereken temel kavramları tarif etmek ve genel bilgilendirme amacı ile Ratio Enerji uzmanları tarafından hazırlanmıştır. Bu çalışmada yer alan bilgi ve açıklamalardan dolayı Ratio Enerji A.Ş. ye sorumluluk iddiasında bulunulamaz. Enerji mevzuatımızın sık değiştirilen ve farklı anlayışlarla yorumlanabilen yapısı nedeniyle, herhangi bir konuda uygulama yapılmadan önce konunun uzmanlarından profesyonel yardım alınmasını tavsiye ederiz.
Bu yazıda ele alınan PFK katılımı örneği müstakil bir enerji depolama sisteminin ilgili saat için yalnızca PFK hizmetine katılım sağladığı bir senaryoyu baz alır. Rüzgar veya güneş santraline entegre bir depolama ünitesinin PFK’ya katılımı veya aynı anda hem Spot Piyasalar hem de Yan Hizmetler’e katılan bir depolama sistemi için durum buradakinden biraz daha karmaşık seyretmektedir. İlgili mekanizmalar ile ilgili daha kapsamlı bilgi edinmek için ratiosim.com adresimizi ziyaret edebilir ya da contact@ratioenergy.co adresinden uzmanlarımız ile iletişime geçebilirsiniz.
Türkiye’de Bataryalar ile PFK Katılımı
30 Aralık 2024 tarihli Elektrik Depolama Tesislerine Ait Usul Esas ve Teknik Kriterler kapsamında, enerji depolama ünitelerinin Primer Frekans Hizmeti verebilmesi için:
- Madde 7 - (1)
- g) Primer frekans kontrol hizmetine ilişkin olarak, tedarik dönemi boyunca yükümlenilen rezerv miktarını hem pozitif hem de negatif yönlerde sağlayabilecek enerji rezervini depolama sisteminde emre amade bulundurması,
- i) Primer frekans kontrol hizmetinin sağlanacağı her bir saat için enerji kapasitelerinin,rezerv kapasitelerine oranının asgari 1,25 olması
Şartları sağlanmalıdır.
Bu kapsamda TEİAŞ ile yapılan görüşmeler ve dünyada yan hizmetler mekanizmaları örneklerine bakılarak PFK hizmeti verecek bataryaların tutması gereken reserv miktarı örnek bir senaryo üzerinden aşağıdaki şekilde gerçekleşir.
Örnek Senaryo Üzerinden Açıklama:
Örnek olarak PFK’ ya Teklif Edilecek Miktar (Teklif) = 30MW* olarak alalım.
(Dikkat! Frekans piyasalarında teklifler ve uzlaştırma güç kapasitesi üzerinden -MW cinsinden- yapılır.)
1. Çıkış Gücünün PFK Teklifine Etkisi
30MW’lık PFK teklifi, şebeke frekansındaki değişiklik miktarına bağlı olarak depolama ünitesinin:
- +30 MW’a kadar deşarj yönünde güç sağlaması (frekansın düştüğü durumda bataryalar frekansı artırıcı yönde enerji arzı gibi -teknik adı ile Yük Alma yönünde- davranır)
- -30 MW’a kadar şarj yönünde güç sağlaması (frekansın yükseldiği durumda bataryalar frekansı düşürücü yönde enerji talebi gibi -teknik adı ile Yük Atma yönünde davranır)
Daha da detaya inecek olursak, şebeke frekansındaki 200mHz’lik sapma durumunda bataryaların 30MW; 100mHz’lik sapma durumunda 15MW tepki vermesi gerekir. Frekans sapmasına bağlı güç çıkışı oranını belirleyen değer ‘droop rate’ olarak geçer ve detaylı açıklamasını PFK ile İlgili Yazımızda bulabilirsiniz.
Dolayısıyla, 30MW teklif için depolama ünitesinin anlık çıkış gücünün minimumda +30MW ve -30MW’ı desteklemesi gerekir. Bu durumda herhangi bir depolama sisteminde:
Max PFK Teklifi ≤ Tesis Güç Kapasitesi (PCS Efektif Çıkışı)
Olacaktır.
2. Mevzuattaki 1.25 Katsayısının PFK Teklifine Etkisi
Madde 7-(1) - i) kapsamında, PFK’ya teklif edilen güç kapasitesinin %25 fazlasının reserv kapasitesi olarak tutulması istenmektedir. TEİAŞ ile yapılan görüşmeler neticesinde bu maddenin aşağıdaki hesaba karşılık geleceği öngörülmektedir.
Gerekli Minimum Reserv Enerji (MWh) = Teklif Edilen Miktar (MW) x 1.25
= 30 1.25 = 37.5 MWh
Bu 37.5 MWh’nin Madde 7 - (1) - g) kapsamında hem pozitif hem negatif yönde sağlanması gerekmektedir. Buna göre enerji depolama ünitesi içerisinde aynı anda:
- Gerektiğinde (frekans düştüğünde) deşarj yönünde ihtiyaç duyulan reservi şebekeye verebilecek kadar depolanmış enerji olması
- Gerektiğinde (frekans yükseldiğinde) şarj yönünde reserv kapasitesi kadar enerjiyi şebekeden çekebilecek kadar boş yere sahip olması
beklenmektedir.Sektörde en çok kafa karıştıran konulardan birisi burada ortaya çıkmaktadır. Hesaplanan 37.5 MWh Madde-7-(1)-g) kapsamında her iki yöne doğru 37.5MWh mi yoksa 18.75MWh mi kapasite tutulmalıdır?
Yorum 1: Burada pozitif ve negatif yönde sağlanması istenen miktar 37.5 MWh’in tamamıdır. Dolayısıyla enerji depolama ünitesinde +37.5 MWh’lik enerji reservinin istendiğinde şebekeye verilebilmesi ve -37.5 MWh’lik boş kapasiteye ihtiyaç vardır.
Yorum 2: 37.5 MWh’lik reserv kapasitesi reserv bandının tamamını ifade etmektedir. Dolayısıyla, aslında bataryaların içinde, gerektiğinde şebekeye 18.75 MWh enerji verebilecek kadar depolanmış kapasite ve gerektiğinde 18.75 MWh’lik enerjiyi şebekeden şarj edecek kadar kapasite olması yeterlidir.
Son durumda Yük Tevzi ile Yapılan Görüşmelerde Yorum 2’nin doğru olduğu iletilmiştir. Biz de hesaplamalarımızda Yorum 2 üzerinden ilerlemekteyiz.
Bu durumda kağıt üzerinde 18.75 MWh’lık bir şarj seviyesini ve boş alanı sağladığımızda 30 MW’lık PFK teklifi yapılabileceğini görüyoruz. Ancak gerçek hayatta bataryaların verimliliği ve ‘depth of discharge’ kısıtlarından dolayı bu 18.75MWh’in karşılığı biraz daha farklılık gösteriyor.
3. Şarj ve Deşarj Verimliliğinin PFK Teklifine Etkisi
Her elektriksel sistemde olduğu gibi batarya enerji depolama sistemlerinde de bir miktar enerji verimsizlikler nedeni ile teknik kayba dönüşmektedir.
Bataryalar ile spot piyasada yapılan işlemlerde ve basit fizibilite analizlerinde bu kayıp genel olarak ‘Round-Trip Efficiency’ yani döngüsel enerji kaybı olarak ele alınmaktadır. Örnek olarak şebekeden 10MWh enerji çeken bir batarya, şebekeye 9MWh’lik bir enerji verebiliyorsa round-trip efficiency değeri %90 demektir.
Ancak konu frekans tepkisi nedenli çıkış gücü değişimleri ve reserv kapasitesi olduğunda döngüsel enerji yerine, şarj yönündeki verimlilik ve deşarj yönündeki verimliliğin ayrı ayrı ele alınması daha doğrudur. %90 round-trip efficiency’e sahip bir bataryanın şebekeden çektiği 10MWh’lik enerji sonrasında state-of-charge değerinin ne kadar yükseldiğini bilmek için şarj yönündeki verimliliğe ihtiyacımız vardır.
Örneğimize dönecek olursak:
- 30 MW PFK teklifimiz kapsamında 18.75MWh şarj yönünde ve 18.75 MWh deşarj yönünde reserv ayıracağımızı taahhüt etmiştik.
- Depolama sistemimizin round-trip efficiency verimliliğini %90 olarak kabul edelim.
- Ancak bu %90’lık değer; şarj yönünde %96 verimlilik ve deşarj yönünde %93.75 verimlilik olarak ayrılmış olsun.
- Burada önemli bir noktayı vurgulamak gerekiyor. TEİAŞ’ın PFK kapsamındaki ölçümleri aldığı nokta santralimizin bağlantı noktasındaki enerji analizörleridir. Bunun anlamı, 18.75MWh’lik kapasitenin fiili olarak hizmette kullanımı söz konusu olduğunda bahsedilen 18.75MWh’lik miktar şebeke ölçüm noktasından bakıldığında sistem tarafından çekilen enerji miktarı veya şebekeye verilen enerji miktarıdır.
- Bu durumda, şebekeden 18.75MWh enerji çekildiğinde gerçekte şarj edilen miktar:
18.75MWh * 0.96 (şarj yönündeki verimlilik)=18MWh
- Şebekeye 18.75MWh enerjinin deşarj edilebilmesi için harcanması gereken gerçek enerji:
18.75MWh / 0.9375 (deşarj yönündeki verimlilik) = 20 MWh
Olacaktır.
4. Depth of Discharge’ın (DoD) PFK Teklifine Etkisi
Lityum-iyon (Li-Ion) bazlı batarya sistemlerinde, batarya hücrelerinin ömrünü korumak ve güvenli çalışmayı sağlamak amacıyla genellikle minimum ve maksimum State of Charge (SoC) sınırları belirlenir. Örneğin, bir bataryanın datasheet’inde %5 ile %95 SoC aralığında çalışabileceği tanımlanmışsa, bataryanın toplam nominal kapasitesinin sadece %90’lık kısmı efektif olarak kullanılabilir. Bu fark, kullanılabilir enerji kapasitesinin, fabrika çıkışı toplam kapasiteye göre daha düşük olmasına neden olur.
Bu durum, verimlilik hesapları ile birlikte ele alındığında PFK teklifi vermek için batarya SoC değerinin minimumda inebileceği seviye ve maksimumda çıkabileceği seviyenin belirlenmesinde kritik bir durum oluşturmaktadır.
Örneğimize dönecek olursak:
- PFK teklif miktarı = 30MW
- 30MW PFK teklifi için, mevzuat kapsamında ihtiyaç duyulan min enerji reservi = 37.5MWh.
- Kağıt üzerinde ihtiyaç duyulan reserv miktarları şarj yönünde ve deşarj yönünde 18.75MWh.
- Ancak fiili durumda enerji depolama sistemimizde ihtiyaç duyulacak maksimum reserv ve boş alanlar:
- Max ihtiyaç duyulan depolanmış enerji miktarı = 20MWh
- Max ihtiyaç duyulan depolama yapılabilecek boş alan = 18MWh
- Fabrika çıkışındaki batarya kapasitesinin inebileceği minimum seviye %5 SoC.
- Fabrika çıkışındaki batarya kapasitesinin çıkabileceği maksimum seviye %95 SoC.
- %5 SoC üstüne minimumda 20MWh daha enerjiye ihtiyacımız var.
- Bataryanın izin verilen en yüksek doluluk oranı olan %95 SoC’den ise 18MWh daha aşağıda bir noktada olmamız gerekiyor.
Dolayısıyla, minimumda ihtiyaç duyduğumuz batarya kurulu kapasitesini aşağıdaki şekilde hesaplayabiliriz.
%5 SoC + 20MWh + 18MWh = %95 SoC
38MWh = %90 SoC
%100 SoC = 42.2MWh
5. Alternatif Örnekler
Yukarıdaki örnek ile 30MW teklif vermek isteyen bir enerji depolama sisteminin minimumda sahip olması gereken kapasite ve reserv miktarlarını inceledik. Ancak bazı durumlarda enerji depolama sistemimizin %100’ü ile PFK teklifi vermek yerine kısmi teklifler vermemiz gerekebilir. Bu duruma örnek olarak 100MWh enerji kapasitesine sahip bir batarya ile 30MW PFK teklifi vereceğimiz durumu ele alalım.
Örnek Senaryo 2:
- PFK’ya teklif edilecek miktar = 30MW
- Batarya fabrika çıkış kapasitemiz = 100MWh
- Min SoC = %5 , Max SoC = %95
- Şarj verimliliği = %96, Deşarj verimliliği = %93.75
Bu durumda; teklif miktarı, verimlilik ve DoD Örnek 1 ile aynı olduğu için, şarj yönünde 18MWh boşluk ihtiyacı ve deşarj yönünde 20MWh enerji gereksinimi örnek 1’deki ile aynı. Ancak bu sefer bataryalarımızın Min SoC = %5 değeri 5MWh ve Max SoC = %95 değeri 95MWh’e denk geliyor. Bu durumda:
25MWh ≤ e ≤ 77MWh
Aralığında herhangi bir doluluk aralığında 30MW PFK teklifi verebiliriz.