Isıl Depolamada Enerji ve Maliyet Tasarrufunu Yakalamak için En Önemli 4 Yol

Yazan: Khalil Kairouz, Ph.D., P.E. and Vincent Priolo, CEM
Çeviren: Meriç Noyan Karataş

Küresel ısınma endişelerinin giderek arttığı günümüzde dünya çapında kamu hizmeti şirketleri, kullanıcılar için enerji depolamayı daha uygun maliyetli hale getirmektedirler. İlk başta enerji depolama müşterinin enerji maliyetini düşürmek için geliştirildi. Fakat şu anda kamu hizmeti şirketlerinin faydasına olan çok daha fazla sorun bulunmaktadır, bu yüzden sunulan iskonto ve teşvik programları ile müşteri enerji depolamaya sevkedilmeye çalışılmaktadır.

Bu sorunlar içerisinde; azaltılmış su tüketim hedefleri, azaltılmış karbon ayakizi hedefleri, LEED sertifikasyonu ve daha fazla yenilenebilir enerji tipi kullanabilmek için şebeke elektriğinin stabilizasyonu sayılabilir. Enerji depolamadan tasarruf sağlayabilmenin birçok yolu vardır, fakat burada enerji depolamadaki sermaye kârlılığını göstermek için bu tasarrufların sağlanmasında en başta gelen 4 yolu ele alıyoruz.  

Alan 1 – Kamu Teşvikleri

Dünya çapındaki kamu hizmeti şirketlerinin her birinin kendine özgü enerji depolama teşvikleri bulunmaktadır, fakat uygulanmış olanlar talep düşükken üretilen ve depolanan enerjiyi teşvik etmektedirler. Kaliforniya’da bu teşvikler, büyük ölçüde daha değişik biçimlerdeki yenilenebilir enerjinin şebeke elektriği sistemine dâhil edilmesine yardımcı olmak için geliştirilmiştir. Enerji depolaması yenilenebilir enerjinin bulunmadığı veya kapasitesini yitirdiği durumlarda (tipik olarak hafta içi öğleden sonra en yüksek talep görüldüğünde) şebekenin dengelenmesine yardımcı olur. Yatırımcısı tarafından sahip olunan kamu hizmeti şirketleri $/kW bazında bir teşvik sağlayacaktır ve bu değer, pik yaz dönemi enerji fiyatları ($) ile pik soğutma gününün yükünü (kW) baz alacaktır. Bu da genellikle öğleden sonra 12:00 ilâ akşam 18:00 arasındadır. Bu sistemin temeli, binanın var olan enerji faturalarına kW ve kWh bazında kalibre edilmiş bir enerji modeline dayanır.

Enerji depolamada teşvik veya iskontolar için başvurulacağı zaman, tecrübeli bir profesyonel ile çalışılmasını önemle tavsiye ederiz. Basit bir süreç değildir ve doğru prosedür takip edilmediğinde teşvikler reddedilebilir. Örneğin, eğer sizin yerel kamu hizmeti şirketiniz teşvik sağlıyor ise, başvuru inşaat başlamadan önce onaylanmalıdır. Teşviklerin amacı, müşterilerin daha fazla enerji tasarruflu ve elektrik şebekesi dostu sistemlere ekstra para harcamaları için onları desteklemektir. Bu da sonrasında gerçekleştirilen iskontoların aksine bir durumdur. Unutulmamalıdır ki teşvikler, kamu hizmeti şirketi tarafından onaylanmalıdır ve bu da genellikle proje başlatılmadan önce 3. şahıs bir mühendis tarafından yapılmaktadır.

Kamu teşviki hesaplanırken, bazı temel varsayımlar kullanılarak yapılan basit hesaplamalar uygun bütçe rakamları vermektedir. Bu örnek için enerji depolamada Southern California Edison (SCE) teşvikini ($875/kW)  ve 500 ton yükle soğutan chiller’lar ile Calmac buz depolama sistemi kullanacağız. SCE kamu hizmetleri şirketi hava soğutmalı klimaların 1.2 kW/ton’da ve su soğutmalı klimaların 0.5 kW/ton’da çalıştığını varsaymıştır. Biz de hesaplamalarımızda bu varsayımları kullanacağız.

Örnek 1: Hava soğutmalı chiller’in tam depolaması için enerji depolama teşviki

Kabuller

• 500 ton pik yük
• Azaltılan kW başına $875 teşvik
• 1,2 kW/ton’luk hava soğutmalı chiller
• Tam depolama, chiller pik anlarda kapalı

Hesaplama

Pik yük (ton) * birim verimlilik (kW/ton) * teşvik müktarı ($) = teşvik miktarı ($)

500 ton * 1,2 kW/ton * $875/kW = 525.000 $

Örnek 2: Su soğutmalı chiller’in tam depolamada enerji depolama teşviki

Kabuller:

• 500 ton pik yük
• Azaltılan kW başına $875 teşvik
• 0,7 kW/ton’luk chiller
• Tam depolama, pik anlarda chiller kapalı

Hesaplama:

Pik yük (ton) * birim verimlilik (kW/ton) * teşvik müktarı ($) = teşvik miktarı ($)

500 ton * 0,7 kW/ton * $875/kW = $306.250

Bu teşvik seviyelerinin, tipik bir chiller santrali dizayn maliyeti ile karşılaştırıldığında ek proje maliyetlerine gözle görülür seviyede etkisi olacaktır. Bu örnekler tam depolama içindir, yani pik saatler süresince chiller’lerin tamamıyla kapalı olduğunu kabul eder. Kısmi depolamada, ısıl depolamanın soğutma yükünün 2/3’ünü karşıladığı, kalan 1/3’lük soğutma yükünün de chiller tarafından karşılandığı seçenekler bulunmaktadır. Bu oran genellikle sisteme bir tam kapasite ısıl depolama sisteminin ve tabii ki full kapasite chiller’in eklenmesinin sonucu olan yatırım maliyetinin en basit şekilde geri ödemesini sağlayacaktır. Bir enerji servis ekibi ile çalışmak, sizin projeniz için bunun en tutarlı çözüm olup olmadığının belirlenmesinde faydalı olacaktır. Örnek 3 ve 4 kısmi depolama yapan sistemlerin, 1 ve 2. örneklerdeki tam depolama sistemleri ile karşılaştırıldıklarında ortaya çıkan olası avantajları göstermektedir. 

Örnek 3: Hava soğutmalı chiller’in kısmi depolamada enerji teşviki

Kabuller

• 500 ton pik yük
• Azaltılan kW başına $875 teşvik
• 1,2 kW/ton verimlilikteki hava soğutmalı chiller
• Kısmi depolama, chiller pik saatlerde kısmi yükte (% 33). % 66 azaltma.
• Tam depolama için ek yatırım maliyeti: $650.000
• Kısmi depolama için ek yatırım maliyeti: $435.000
• Pik saatlerde tam depolama için yıllık maliyet tasarrufu: $25.550 (Enerji modellemesi sonucu)
• Pik saatlerde kısmi depolama için yıllık maliyet tasarrufu: $20.250 (Enerji modellemesi sonucu)

Hesaplama

Tam depolama teşviki: 500 ton * 1,2 kW/ton * 875 $/kW = $525.000

Kısmi depolama teşviki: 500 ton * (0,66) * 1,2 kW/ton * 875 $/kW = $175.000

Tam depolama için yatırımın geri ödeme hesabı

(Ek yatırım maliyeti – teşvik) / yıllık maliyet tasarrufu = yatırımın geri ödeme süresi

($650.000 - $525.000) / $25.550 = 4,9 yıl

Kısmi depolama için yatırımın geri ödeme hesabı

(Ek yatırım maliyeti – teşvik) / yıllık maliyet tasarrufu = yatırımın geri ödeme süresi

($435.000 - $350.000) / $20.250 = 4,2 yıl

Örnek 4: Su soğutmalı chiller’in kısmi depolamada enerji teşviki

Kabuller

• 500 ton pik yük
• Azaltılan kW başına $875 teşvik
• 0,7 kW/ton verimlilikteki su soğutmalı chiller
• Kısmi depolama, chiller pik saatlerde kısmi yükte (%33). %66 azaltma.
• Tam depolama için ek yatırım maliyeti: $450.000
• Kısmi yük için ek yatırım maliyeti: $285.000
• Pik saatlerde tam depolama için yıllık maliyet tasarrufu: $24.450 (Enerji modellemesi sonucu)
• Pik saatlerde kısmi depolama için yıllık maliyet tasarrufu: $16.000 (Enerji modellemesi sonucu)

Hesaplama

Tam depolama teşviki:

500 ton * 0,7 kW/ton * 875 $/kW = $306.250

Kısmi depolama teşviki:

500 ton * (0,66) * 0,7 kW/ton * 875 $/kW = $204.167

Tam depolama için yatırımın geri ödeme hesabı

(Ek yatırım maliyeti – teşvik) / yıllık maliyet tasarrufu = yatırımın geri ödeme süresi

($450.000 - $306.250) / $24.450 = 5,9 yıl

·         Kısmi depolama için yatırımın geri ödeme hesabı

(Ek yatırım maliyeti – teşvik) / yıllık maliyet tasarrufu = yatırımın geri ödeme süresi

($285.000 - $204.176) / $16.000 = 5,1 yıl

Bu örnekler, kısmi depolamanın daha çekici bir geri ödeme süresi olduğunu göstermektedir. Yıllık maliyet tasarruf miktarı azdır fakat yatırım maliyeti de az olacaktır. Bu tip enerji projeleri sunulurken, projenin nasıl değerlendirileceğinin belirlenmesi önemlidir. Tam depolamayı daha çekiciymiş gibi göstermenin başka yolları vardır fakat yukarıdaki kabul ve hesaplamaları kullanarak enerji depolama projelerindeki teşvik miktarları öngörülebilir.

Alan 2 – Vergi Teşvikleri

Devlet tarafından düzenlenmiş birçok çeşitli finansal teşvik bulunmaktadır. ABD’de, federal hükümet enerji tasarrufu projeleri için vergi indirimi sağlamak amacı ile 2005 Enerji Politikası Yasası’nı (ePact) yürürlüğe koymuştur. Bu kredi, vergi levhasından yapılan indirim şeklindedir. Genellikle uygulanan miktar $1.80/ft²’dir ve bu miktar enerji kullanımının ASHRAE 90.1 2001/2007 Standardına kıyaslanmasının baz alınması ile belirlenmiştir.

ePact vergi oranının tümünü elde etmek için, enerji maliyetinin ASHRAE Standardının belli bir yüzde oranının altında olduğunu (tam $1.80/ft² için % 50 altında olmalı)  göstermek için tasarlanmış bir enerji modeli oluşturulmalıdır. Bu, 3 enerji tasarruf alanına bir ilavedir. Isıl depolamadan gelen pay ile maksimum $0.60/ft² vergi indirimi alınabilir, fakat aydınlatma ve bina zarfının alınabilecek en yüksek vergi indirim miktarı olan (tam vergi indirimi) $1.80/ft²’ye erişmek için gereklilikleri yerine getirdiğini göstermenizi sağlayabilecek bir vergi uzmanı ile çalışmak faydalı olabilir. Aşağıda Energy Tax Savers’da Yeminli Mali Müşavir olarak çalışan Raymond Kumar’dan ufak bir örnek sunuyoruz.

“195.000 dolarlık ısı depolama projesini hayata geçiren bir ticari binayı ele alalım. Bina 83.334 ft² ve tam vergi indirimi olan $1.80/ft² faydalanmakta (buna $0.60/ft² ısı depolama ve $1.20/ft² aydınlatma ve bina zarfı dahil). Bu da 150.000 dolarlık bir vergi indirimine eşit (83,334 ft² * $1.8/ft²). Genellikle, bina sahipleri 39 yıl boyunca yıllık $5,000 vergiden düşerler, fakat ePact programı ile, birinci yılda $150.000 ve sonraki 39 yılda geri kalan 45.000 doları düşebilirler.”

Alan 3 – Enerji Kullanımı

İlk 4 örneğimizde enerji depolamadan elde edilen yıllık enerji tasarrufunu gösterdik. Bu tasarrufları tam olarak elde edebilmek için yapılabilecek en iyi şey enerji modellemesi kullanmaktır. Kamu hizmetleri ücret tarifelerinin ortalamasını kullanarak tasarruf hesaplamanın basit yolları vardır, fakat bu metot enerji depolamanın avantajını göz ardı etmektedir. Talep ücretleri ve günün belirli saatindeki enerji ücretleri yüzünden, gündüz ve gece enerji maliyetleri arasında çok büyük fark vardır. Birçok ticari bina için yaz aylarında gündüz elektrik maliyeti gece maliyetinin 4 katıdır ve kış aylarında yaklaşık 2 katı daha fazladır. Bir günlük elektrik maliyetinin hesaplanmasında ortalaması alınmış tarife kullanmak maliyetteki bu büyük gece/gündüz farkını göz ardı etmek demektir.

Kaliforniya’nın Southern California Edison (SCE) tarife yapısını bir örnekte kullanacağız fakat bu yapı ticari müşteriler için neredeyse evrenseldir. SCE’nin günün saatlerine ve yılın aylarına dayalı 3 ayrı ücretlendirmesi vardır. Bu, şebeke elektriği talebine ve elektriğin hangi güç kaynağından üretileceğine bağlıdır. Aşağıda SCE TOU-8 programından bir örnek yapı sunulmuştur.

Elektrik maliyeti yaz aylarında; pik saatlerde yaklaşık $0.20/kWh iken, gece yoğun olmayan saatlerde elektrik maliyeti yaklaşık $0.05kWh. Gece termal depolama sistemini çalıştırarak tasarruf sağlamak ve gün içerisinde depolanmış enerjiyi kullanabilmek için, bu zamanların her biri için maliyet ayrı ayrı hesaplanmalıdır. Bunu yapmanın en doğru yolu bir enerji modeli kullanmaktır. Enerji modeli sistemleri kullanıcının kullanım zamanlarına göre tarife yapısının girilmesini sağlar ve yazılım her zaman dilimi için harcanan enerjiyi hesaplar. Yaygın olarak kullanılan programların bazıları Trace 700, eQuest ve MATLAB’dir, fakat daha birçok güvenilir program bulunmaktadır.

Alan 4 – Enerji Talebi

Talebe dayalı fiyatlardan doğan tasarrufların yansıtılması, enerji kullanımından doğan yıllık maliyet tasarrufunun yansıtılması kadar (hatta daha fazla) önem arz etmektedir. Talebe bağlı fiyatlar, enerji kullanımına dayalı fiyatlardan farklı şekilde hesaplanır.  Talebe dayalı enerji ücreti her ay, en yüksek kW talep ortalamasına 15 dakika için uygulanır. İki çeşit talep enerji ücreti vardır. Bir tanesi pik periyotu baz alırken, diğeri bir günün herhangi bir zaman diliminden bağımsızdır. Bu genellikle bir enerji depolama sisteminin birincil yıllık maliyet tasarrufudur.

Bir binanın kW talep piki genellikle gün içerisinde bina doluyken gerçekleşir. Çoğu ticari bina için bu durum öğleden sonra için geçerlidir. Bu, iç aydınlatma, priz yükleri ve klima sisteminin bir birikimidir. Pik zamanda klima sisteminin bir kısmı kapatıldığı zaman, toplam kW azalmış olur. Aşağıda Örnek 5’te Örnek 1 ve 4’teki hesaplamalara benzer bir bina örneği (biraz daha geniş olarak) gösterilmektedir.

Örnek 4 talep maliyet tasarrufunun, termal depolama sisteminden sağlanan yıllık tasarrufun önemli bir parçası olabileceğini göstermektedir. Enerji maliyeti için ortalama bir tutar kullanmak, bu tasarrufları ortaya çıkarmayacaktır ve projeyi mali açıdan daha az çekici olan bir enerji depolama projesi olarak gösterecektir.

Bataryalar veya diğer direkt enerji depolama sistemlerini kullanırken; enerji depolama sistemi elektrik şebekesinden çekilen pik kW’ı azaltmak için pik talep zamanlarında tüketilecektir. Tasarruf sağlayabilmek için enerji depolama sisteminden kullanılan kW direkt olarak kW ücreti ile çarpılacaktır. Eğer bu klima sisteminin bir kısmının kapatıldığı sürelerde, termal depolar kullanılırsa, kW talebi ciddi oranda azaltılabilir ve büyük tasarruf sağlanabilir.

Geliştirilmiş kontrol desteği ve karbon kredisi satışından elde edilen bakım periyotlarının artması gibi tasarruf sağlamanın daha fazla yolları vardır, fakat yukarıda verilen 4 yol tasarruf için en çok tercih edilen yollardır. Termal deposu olan bir şirket ile ortaklık kurmak, projenizin daha rayında gitmesini ve maliyetlerin düşürülmesi için tüm çeşitli yolların denenmesini sağlayacaktır.