Türkiye'de hibrit elektrik üretim sistemlerinin optimum kapasite ve kaynak türünde kurulumu için çok amaçlı bir karar modeli önerisi
A multi-objective decision model for the installation of hybrid electricity generation systems in Türkiye with optimum capacity and resource type
Yazar: MEHMET YALILI
Danışman: PROF. DR. TAYFUN MENLİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, Türkiye'de 2020 yılı Temmuz ayından itibaren uygulanmakta olan birden çok kaynaklı elektrik üretim modeli kapsamında, optimum kaynak birleşimi ile kurulacak yardımcı kaynak kapasitesinin belirlenmesi amacıyla beş farklı amaçtan oluşan bir çok amaçlı karar verme (ÇAKV) modeli önerilmiştir. ÇAKV modelinde kaynak potansiyelinin kullanım oranı ile yaratılan iş sayısının maksimizasyonu; seviyelendirilmiş enerji maliyeti, yardımcı kaynak ünitelerinin işletmeye geçiş süresi ile hibrit santralde salınan karbon emisyonu miktarının minimizasyonu hedeflenmiştir. Ana kaynak türlerinin GES, RES, JES, HES, BES, TES (Doğal Gaz veya Yerli Kömür) olacağı, yardımcı kaynak türlerinin ise GES, RES, JES, HES veya BES olacağı varsayılmıştır. Model Hedefe Ulaşma Metodu (Goal Attainment Method) uygulanarak MATLAB yazılımının fmincon ve fgoalattain algoritmaları kullanılarak çözülmüş ve elde edilen sonuçlar fiili gerçekleşme durumları ile kıyaslanmıştır. Modelin çözümü sonucunda toplam 13749,58 MWm gücünde yardımcı kaynak kurulumu yapılmasının optimum sonucu vereceği, fiili gerçekleşen durumda ise 2495,49 MWm kurulu güce ilişkin lisans tadil işleminin tamamlandığı görülmüş, bu bağlamda optimum duruma kıyasla hâlihazırda kapasitenin %18,15'inin kullanıldığı, halen tahsisi yapılabilir %81,85 oranına karşılık gelen 11254,09 MWm kapasitenin bulunduğu sonucuna ulaşılmıştır. Buna ilaveten, modele göre %90,8 oranında GES yardımcı kaynak kurulumu öngörülürken gerçekleşen durumda yardımcı kaynak kurulumlarının %99,8 oranında güneş enerjisine dayalı olduğu görülmüştür. Model sonuçlarına göre HES veya JES türünde yardımcı kaynak yatırımı yapılmasının uygun olmadığı, tahsis edilen kapasitenin %76,2 oranında RES+GES konfigürasyonu için yapıldığı, fiili durumda da RES+GES için tahsis edilen kapasitenin toplam kurulumların %65,6'sını oluşturduğu görülmüştür. Bu durumun GES için uygulanan en az %70 kapasite kısıtından, GES ile RES kaynak potansiyellerinin diğer kaynaklara kıyasla daha yüksek ve yaygın olmasından ve daha düşük maliyette olmalarından kaynaklandığı değerlendirilmiştir. Model çözümüne göre termik santrallerde bazı bağlantı bölgelerinde GES, BES veya RES türünde yardımcı kaynak kurulumunun da uygun olacağı sonucu elde edilmiştir. Özetle, bu çalışmada önerilen ÇAKV modelinin belirlenen amaç ve kısıtlar altında çözülmesiyle, Türkiye'de hibrit santrallerin optimum şekilde kurulumunun bölgesel dağılımı elde edilmiş ve hibrit santral yatırım planlamaları kapsamında yapılacak araştırmalara yol gösterici nitelikte sonuçlara ulaşılmıştır.

Abstract:
This study proposes a multi-objective decision-making (MODM) model with five objectives to determine the best resource configuration and auxiliary resource capacity within the multi-source electricity production method that Türkiye has been using it since July 2020. The MODM model aims to minimize levelized costs of energy, construction duration of the auxiliary resource units, and carbon emissions from hybrid power plants while maximizing resource potential use and jobs created. Solar, wind, geothermal, hydroelectric, biomass, and thermal (natural gas or domestic coal) resources are primary resource types, while solar, wind, geothermal, hydroelectric, or biomass will be the auxiliary resource types. The model was solved using fmincon and fgoalattain algorithms in MATLAB by employing the Goal Attainment Method, and results were compared to the real-life data. As a result, it was determined that adding auxiliary resources with a total power of 13749.58 MWm would yield the optimal results, while in the actual case the license amendment process for the installed power of 2495.49 MWm was completed. In this context, 18.15% of the capacity is now being used, compared to the optimum case. It was determined that there is still an allocable capacity of 11254.09 MWm corresponding to the 81.85% of optimum capacity amount. Furthermore, whereas the model anticipated 90.8% solar-based auxiliary unit installation, 99.8% of auxiliary unit installations used solar energy in the actual case. According to the model results, no auxiliary resource units based on hydroelectric and geothermal power are expected to be commissioned, 76.2% of the capacity is allocated for Wind+Solar configuration, and in the actual case, the capacity allocated for this type of resource configuration constitutes 65.6% of the total installations. This situation has been determined to be the result of the minimum 70% capacity constraint imposed on the solar-based capacity allocations, the fact that the resource potentials of solar and wind power are higher and more widespread than that of other resources, and the reduced investment cost. The solution of the model revealed that the installation of auxiliary resources based on solar, biomass or wind in thermal power plants would also be suitable in certain connection regions. In summary, the regional distribution of the optimal installation of hybrid power plants in Türkiye was determined and the results that will guide the research to be conducted within the scope of hybrid power plant investment planning were obtained by solving the proposed MODM model under the objectives and constraints specified in this study.