Optimization of energy mix considering sustainability characteristics and its application to Turkey.
Sürdürülebilirlik niteliklerini kapsayan enerji mix optimizasyonu ve Türkiye'ye uygulaması.
Yazar: AYBİKE ALKAN
Danışman: PROF. DR. METİN TÜRKAY
Koç Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Artan enerji talebi ve birincil enerji kaynaklarının yol actıgı zararlı gaz salınımı
çevresel sürdürülebilirliğin en önemli problemidir. Eğer enerji politakaları değistirilmezse, bu durum gelecekte daha büyük problemler teşkil edecektir. Birincil enerji kaynaklarının çevresel etkilerini kontrol etmede "enerji mix" üzerinde durulması gereken
en hayati kararlardan biridir. Dikkatli bir enerji mix dizaynı sürdürülebilirlik göstergelerini ve farklı enerji kaynaklarının maliyetini değerlendirme fırsatını sunar. Biz bu tezde elektrik üretim sisteminin gelecegini, CO2, NOx ve SO2 salınımlarını, enerji talep
projeksiyonlarını ve enerji kaynaklarının maliyet tahminlerini göz önune alarak analiz
ettik. Güc üretim sistemi icinde, yedi farklı enerji kaynağını, fuel-oil, dogalgaz,
kömür ve linyit, rüzgar, günes, jeotermal ve hidro enerji olmak üzere inceledik. Optimizasyon modeli çok amaclı tamsayılı-karışık doğrusal programlama problemi olarak
formule edildi. Amaç fonksiyonlar ise talep ve bütçe kısıtları altında maliyet ve
sera gaz salınımı olarak düşünüldü. Elde edilen optimizasyon modeli epsilon kısıt
metodu (epsilon constraint method) kullanılarak çözüldü. Modelin ampirik olarak
test edilebilmesi icin Türkiye'nin güç üretim sistemi vaka çalışması olarak kullanıldı.
Modelin çözümü sonucunda hangi güç teknolojisinin nerede ve ne zaman kurulması
gerektiği ve kömür yakan bir termik santralin yakıtını değistirmenin amaç fonksiyonları
bazında tercih edilebilir olup olmadığı belirlendi. Tayin edilen parametrelerden
birinde yapılacak bir degişikligin optimal sonucu ne derece etkilediğini görebilmek
amacıyla bir duyarlılık analizi yapıldı. Rüzgar türbininin güç katsayısının, yatırım
miktarının ve doğal gaz fiyatının etkileri analiz kapsamında incelendi.

Abstract:
Increasing energy demand and harmful emissions from primary energy sources are
the most important problems for environmental sustainability. If energy policies do
not change, this problem is poised to create dramatic problems in the future. Energy
mix is one of the crucial decisions to take into consideration in controlling environmental
effects of primary energy sources. A careful design of energy mix gives the opportunity to consider sustainability indicators and cost of different energy sources.
In this thesis, we analyse the power generation systems considering CO2;NOx; and
SO2 emissions, energy demand projections into the future and cost estimates for the
primary energy sources. We consider seven different energy sources; oil, natural gas,
coal & lignite, wind, solar, geothermal and hydro energy. The optimization model
is formulated as a Multi-Objective Mixed Integer Linear Programming (MOMILP)
problem. We consider two main objectives: cost and GHG emissions under demand
and budget constraints. The resulting bi-objective optimization model is solved using
the epsilon-constraint optimization method. The solution of the model suggests
which energy sources, when and where should be built over a long term planning
horizon and whether shifting the fuel to natural gas in a coal power plant is a right
move in terms of cost and emission objectives. The Turkish power generation system
provides a real case study to test our model empirically. A sensitivity analysis is performed to determine how the optimum solution is sensitive to a change in one of the
parameters assigned for real life application. The effect of wind turbine power coefficient, investment level, natural gas prices are examined within the scope of sensitivity analysis.