Impact Of Renewable Energy On The Power Market

Abstract

Renewable energy sources have become mainstream sources of energy as the concerns for Global Warming grow. Motivated by ambitious international objectives and strong support policies, the installed capacities of renewable energy technologies has shown a large growth in recent years. This growth has raised important questions relating to their impacts on power markets and systems. As part of State energy policies in Turkey, support for the renewable energy as a prime source has been increased. This has led a significant capacity increase in the last years, especially with wind and solar PV investments. Consequently, as in other countries, analyzing the economical impact of renewables and support schemes has become crucial. The thesis aims to show the renewables effect on wholesale electricity prices and retail costs in Turkey. The prevalent and the oldest renewable support mechanism in Turkey is feed-in-tariff (FIT) mechanism. Renewable power plants are subsidized by FIT to cover their investments costs, which are higher than conventional power plants. The incentive cost is taken from electricity retailers in Turkish market. Turkish day-ahead market (DAM) price formation method is merit-order curve which enables low marginal cost plants to produce electricity first instead of high marginal cost plants. Renewable plants with their almost zero marginal costs, enter merit-order curve from the lowest part. Thus, renewable generation replaces the conventional power plants with high marginal costs and decreases wholesale prices, which is called merit-order effect in literature. In this thesis, Turkish electricity market hourly data which belongs to 2014-2017 period is analyzed using a multiple linear regression model. The ex-post analysis explains renewables under FIT mechanism and other main variables effect on historical spot prices. FIT portfolio in Turkey consists of wind, solar, hydropower, geothermal, and biofuel renewable sources. By using regression coefficients of renewables and demand, the model calculates merit-order effect of renewables which belong to FIT portfolio. Then, the merit-order effect is compared with historical FIT costs to find net cost effect of renewables. For the examined term, analysis shows that merit-order effect is less than FIT cost. That means, renewables step-down effect on wholesale prices are less than FIT cost so increases the total retail cost in the period. The calculations show that renewables increased total retail costs by 5.3 billion TL between 2014 and 2017. The thesis calculates main cost components of retailing the power: commodity, FIT, profile and imbalance costs. To show the increasing FIT cost impact on retailers, retail costs in the investigated period are compared with national retail electricity tariff prices which determines an upper limit for retailer prices. It is found that, in 2017 the national retail tariff prices are not high enough, which caused in diminishing retail sales gross margin. Regulation of FIT and other renewable support mechanisms are also explained in the thesis. The regulation of FIT cost calculation method is applied with 2017 realized FIT cost input data such as generation of renewables, FX rates, spot prices. Recalculated monthly FIT costs are found similar to realize the FIT costs. The 2017 FIT calculation model is also used to show USD/TRY exchange rate and renewable generation technologies mix effect on the FIT costs. FIT cost dependency on FX rates makes them unpredictable and volatile. Therefore, some electricity retailers, who work with limited sales margin, make loss because of volatile FIT costs. Thus, a significant part of eligible electricity customers switched to regulated authorized retail company portfolios. Consequently, the belief in private markets is reduced. Policy makers need new actions to rebuild the trust.

Yenilenebilir enerji, Dünya'da elektrik üretimi için en önemli kaynaklardan birisi haline gelmiştir. Henüz, üretilen elektriğin çoğu geleneksel kaynaklardan karşılansa da, son yıllarda yenilenebilir enerjiye dayalı kurulu güç artışı diğer kaynakların önüne geçmiştir. Bu artışın sebebi, ülkelerin güçlü hedefler belirleyerek, bu hedeflere ulaşmak için yenilenebilir destek mekanizmalarını politikaları haline getirmesidir. Böylelikle ülkeler, gelecek nesiller için daha temiz bir Dünya bırakabileceklerdir. Son yıllarda, yenilenebilir enerjinin yayılmasında öncü teknolojiler ise güneş ve rüzgar üretim tesisleri olmuştur. Yenilenebilir enerji santrali kurulum maliyetleri özellikle Çin'in bu konudaki atılımıyla düşmeye devam etse de, hala geleneksel elektrik üretim teknolojilerinin üstündedir. Bu da yatırımcıların, maliyetlerini diğer elektrik santral tiplerine göre daha uzun sürede çıkarmasına sebep olmaktadır. Bu sebeple, hükümetler yatırımcıları yenilebilir enerjiye teşvik edebilmek için yenilenebilir enerji destekleme mekanizmalarını hayata geçirmiştir. Bu mekanizmalardan en yaygın olanı ve çoğu ülkede uygulananı şebekeye satış tarifesidir. Bu tarife ile yenilenebilir enerji üreticileri, ürettikleri elektriğin spot piyasalar yerine önceden belirlenmiş bir tarife fiyatı üzerinden belirli bir süre satışını gerçekleştirirler. Tarife fiyatları spot piyasa fiyat ortalamasından yüksek olduğundan, üreticiler yatırımlarının karşılığını daha kısa sürede alma şansına sahip olurlar. Tarife fiyatları, hükümetlerin yenilenebilir konusundaki agresifliğine bağlı olarak değişmektedir. Bir diğer yenilebilir enerji destekleme mekanizması da yenilenebilir enerji ihaleleridir. Bu ihaleler hükümetler tarafından geniş çaplı yenilenebilir enerji projeleri için yapılmaktadır. Bu ihaleler sonucu ortaya çıkan fiyatlar, şebekeye satış tarifesine göre düşüktür. Bu sebeple, hükümetler son yıllarda bu tarz ihalelelere ağırlık vermektedir. Yenilenebilir enerji teşvik mekanizmaları, devletler için ekonomik bir yük doğurmaktadır. Kimi ülkelerde bu yük doğrudan son tüketiciye yüklenmekte kimilerinde ise perakende elektrik şirketleri veya başka taraflarca yüklenilmektedir. Yüklenen taraftan bağımsız olarak, bu maliyetler doğrudan ya da dolaylı olarak son tüketiciyi etkilemektedir. Bu durum, Dünya'da yenilenebilir enerji maliyetlerinin elektrik piyasalarına etkilerinin sorgulanmasına yol açmış ve konu birçok ülkede analiz edilmeye başlamıştır. Yenilenebilir enerji teşvik mekanizmalarının başlaması üzerine yeterince uzun zaman geçmesi ve bu süre zarfında biriken verinin enerji borsaları tarafından yayınlanmaya başlamasıyla, araştırmacılar bu analizler için daha fazla girdi bulabilmiştir. Türkiye Dünya'daki yenilebilir enerji trendini takip etmektedir. Hükümetin yerli ve milli enerji politikası doğrultusunda Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin Kanun 2005'te yasalaşmıştır. 2010'da ise bu kanunda değişiklik yapan yeni bir kanun ile Yenilenebilir Enerji Kaynakları Destekleme Mekanizması (YEKDEM) hayata geçirilmiştir. YEKDEM kanunu ile birlikte 2011 yılından itibaren şebekeye satış tarifesi hayata geçirilmiştir. Bu tarifeye göre YEKDEM portföyüne dahil olan hidroelektrik, rüzgar, jeotermal, biyokütle ve güneş enerjisine dayalı elektrik üretim tesisleri belirli fiyatlar üzerinden ürettikleri elektriğin satışını on yıl süre ile gerçekleştirebileceklerdir. Tarife fiyatları, yenilenebilir enerji kaynağına göre 73 $/MWh ile 133 $/MWh arasında değişmektedir. Ayrıca, yenilebilir enerji santral yapımında, yerli ürün kullanılırsa tarife fiyatı artış göstermektedir. YEKDEM mekanizması teşvik fiyatları Amerikan Dolarına bağlı olduğundan, son yıllarda kurda yaşanan artış mekanizmayı yenilenebilir enerji üreticileri için daha avantajlı hale getirmiştir. Bunun sonucunda, mevcut yenilenebilir enerji santralleri bu mekanizmaya dahil olmaya başlamıştır. Ayrıca, düşen yatırım maliyetleri ve YEKDEM teşvikiyle beraber, özellikle rüzgar ve güneş santralleri kurulumu yatırımcı için daha makul hale gelmiştir. 2014-2017 yılları arasında hem ciddi yenilenebilir enerji kurulu güç artışı yaşanmış hem de daha önce kurulmuş santrallerin önemli bir kısmı bu YEKDEM'e dahil olmuştur. Bunun sonucu, 2014-2017 arası YEKDEM maliyeti ciddi bir şekilde artmış ve Türkiye ekonomisine ciddi bir yük doğurmuştur. Bu maliyet doğrudan perakende elektrik şirketlerine yansımakta ancak dolaylı olarak son tüketiciyi etkilemektedir. Bu sebeple, diğer ülkelerde olduğu gibi, Türkiye elektrik piyasasında da bu teşvik mekanizmasının getirdiği maliyetlerin ekonomik olarak incelenmesi kaçınılmaz olmuştur. Bu amaçla, bu tezde, Türkiye'de yenilebilir enerjinin toptan satış fiyatlarına ve perakende maliyetlerine etkisinin gösterilmesi amaçlanmıştır. Türkiye gün öncesi elektrik piyasasında fiyat oluşum metodu merit-order eğrisidir. Merit-order eğrisi marjinal (değişken) maliyetleme esasına dayanmaktadır. Burada marjinal maliyet, temelde bir üretim santralinin birim elektrik üretimi için kullandığı yakıt maliyetidir. Bu özelliklerinden dolayı merit-order eğrisi, düşük marjinal maliyetli santrallerin yüksek maliyetli santrallerden daha önce üretim yapmasına olanak sağlar. Böylelikle, toplam üretim maliyetleri en düşük seviyede tutulmuş olur. Yenilenebilir enerji santralleri, sıfıra yakın marjinal maliyetleri ile merit-order eğrisine en düşük noktadan girer. Böylelikle, daha yüksek maliyetli geleneksel santrallerin bir bölümü yerine üretim yapar. Bu da gün öncesi piyasasında oluşan spot fiyatların düşmesine sebep olur. Yenilebilir enerji kaynaklarının yarattığı bu etkiye literatürde merit-order etkisi denmektedir. Tezde, Türkiye elektrik piyasasında 2014-2017 dönemine ait gerçekleşmiş saatlik veriler analiz edilmektedir. Saatlik zaman serisine uygulanan çoklu doğrusal regresyon modeli ile geçmiş veriye yönelik bir çalışma gerçekleştirilir. Bu modelle YEKDEM kapsamındaki yenilenebilir enerji santrallerinin üretimi ve bu üretimin merit-order etkisi incelenir. Ayrıca, model sonucunda piyasa spot fiyatlarına etki eden diğer önemli değişkenlerin etkisi de bulunur. Çoklu doğrusal regresyon modelinin doğru sonuç vermesi için, bu modelde kullanılacak verinin belirli özellikleri sağlaması gerekmektedir. Tezde, hem bu veri hem de model sonuçlarının doğruluğunun gösterilmesi amacıyla gerekli testler uygulanmıştır. 2014-2017 dönemindeki merit-order etkisi aylık olarak geçmiş YEKDEM birim maliyetleri ile kıyaslanır. Böylelikle, yenilenebilirlerin elektrik piyasasındaki net etkisi bulunur. Merit-order etkisi toptan satış maliyetlerindeki düşürücü etkisiyle perakende maliyetlerini düşürürken, YEKDEM birim maliyetleri ise perakende maliyetlerini yükseltmektedir. İncelenen dönem için yapılan analizde, YEKDEM birim maliyetlerinin merit-order etkisine göre daha fazla olduğu bulunmuştur. Analiz edilen 2014-2017 arası dönemde, yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam perakende maliyetlerini 5,3 milyar TL artırdırdığı hesaplanmıştır. Henüz özelleşme sürecini tamamlamayan Türkiye elektrik perakende piyasasında bulunan ulusal perekande elektrik tarifeleri, serbest olmayan ve serbest olma hakkını kullanmayan tüketicilerin elektrik kullanım fiyatlarını belirlemektedir. Bu tarife fiyatları, özel elektrik perakende şirketlerinin satış fiyatları için bir üst sınır oluşturmaktadır. Çünkü tüketiciler her zaman tarifeler üzerinden, kendi bölgelerinde yer alan görevli tedarik şirketi veya iletim şirketi aracılığıyla elektrik alma hakkına sahiptir. Tezde, yükselen YEKDEM birim maliyetlerinin perakende şirketleri üzerindeki etkilerini göstermek için, 2014-2017 arası perakendecilerin maliyetleri ulusal perekande elektrik tarifesi aktif enerji fiyatları ile karşılaştırılmıştır. Ortalama perakende elektrik maliyetleri, temel perakende elektrik maliyet kalemleri olan toptan elektrik, YEKDEM, profil ve dengesizlik birim maliyetleri kullanılarak bulunmuştur. Karşılaştırma sonucu 2017'de devlet tarafından belirlenen tarife fiyatlarının yeterince yüksek olmadığı sonucu ortaya çıkmıştır. Tarife fiyatları ile perakende maliyetleri arasındaki fark giderek düşmekte ve bu durum perakendici için daha sınırlı ve azalan bir satış marjı alanı bırakmaktadır. Bu marj, 2017 yılı için farklı tüketici gruplarında %1 ve %5 olarak gerçekleşmiştir. Bu marjın perakende elektrik şirketleri için yatırım, operasyonel giderleri karşılaması ve ayrıca kar marjı bırakması beklenmektedir. 2017 yılı marjlarına bakıldığında, bu pek mümkün görünmemektedir. Tezde, YEKDEM ve son yıllarda yürürlüğe giren Yenilebilir Enerji Kaynak Alanları (YEKA) ve güneş çatı uygulamalarına dair regülasyonlar anlatılmıştır. Ayrıca, ilgili yönetmeliğe göre YEKDEM birim maliyet hesaplama metodu açıklanmıştır. Tez kapsamında, bu metod ve 2017'ye ait yenilenebilir kaynaklı üretimler, kur ve spot fiyatlar kullanılarak aylık YEKDEM birim maliyetleri hesaplanmıştır. Hesaplanan maliyetler ile gerçekleşen YEKDEM birim maliyetleri kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucu, maliyetler birbirine çok yakın çıkmıştır. Bu sonuç, yayınlanan 2017 YEKDEM birim maliyetlerini doğrulamış ve tezde YEKDEM maliyet girdilerinin etkilerinin incelenmesine olanak sağlamıştır. Amerikan Doları/TL oranı için senaryolar oluşturulmuş ve değişen kur seviyelerine göre YEKDEM birim maliyetinin ne kadar değiştiği görülmüştür. Ayrıca, yenilenebilir enerji kaynak türlerinin her birinin toplam YEKDEM maliyeti içerisindeki etkisi hesaplanmıştır. YEKDEM birim maliyetlerinin Amerikan Doları/TL kuruna bağımlılığı, bu maliyetleri değişken ve öngörülemez yapmaktadır. Halihazırda sınırlı bir marj aralığında, küçük marjlarla satış yapmaya çalışan perakende elektrik şirketleri, YEKDEM birim maliyetlerinin değişkenliğinden ötürü yaptıkları satışlardan zarar edebilmektedir. Son yıllarda, bu sebepten dolayı bazı elektrik perakende şirketleri kapanmış ya da zararı durdurmak için portföylerindeki müşterileri çıkartmak durumda kalmışlardır. Bundan dolayı özel perakendicilerden elektrik alan müşterilerin önemli bir bölümü görevli tedarik şirketlerine geçerek ulusal perakende elektrik tarifeleri üzerinden elektrik almaya başlamıştır. Ayrıca, bazı özel tedarik şirketleri, zararı önlemek için elektriği tüketicilerine sözleşmelerinde yer alan birim fiyatlardan daha yüksek bedellerle fatura etmeye başlamıştır. Bu durum, tüketicinin özel sektör üzerindeki güvenini sarsmıştır. Türkiye elektrik piyasasında 2001'de Elektrik Piyasası Kanunu ile başlayan özelleştirme süreci, perakende piyasayı da kapsayacak şekilde 2008-2013 arası yapılan elektrik dağıtım şirketi özelleştirmeleriyle hız kazanmıştır. Ancak, özellikle 2017 yılında perakende elektrik piyasalarında yaşanan ve yukarıda anlatılmış olan olumsuz gelişmeler özelleştirme sürecine zarar vermiştir. Son olarak, Türkiye elektrik piyasalarında söz sahibi yetkili kişilerin, bu tez sonuçlarını da göz önünde bulundurarak yenilebilir enerji destek mekanizmalarını gözden geçirmesi ve elektrik perakende piyasalarının tam özelleşmesini sağlayacak stratejileri belirleyerek hayata geçirmesi piyasanın geleceği için önem taşımaktadır.