Entegre elektrik ve karbon ticareti sisteminde maliyet minimizasyonu odaklı bir karar verme mekanizmasının geliştirilmesi
Minimizing cost for production under integrated electricity and carbon trading system
Yazar: EDANUR TAŞ
Danışman: PROF. DR. OZAN ERDİNÇ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE KÜBRA ERENOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Son yıllarda küresel ısınmanın hızla artması, acil önlemler alınmasını zorunlu
kılmıştır. Küresel ısınmanın başlıca nedeni, yüksek endüstriyel karbon
emisyonlarıdır. Bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla Kyoto Protokolü
çerçevesinde endüstriyel karbon emisyonlarının azaltılması için çeşitli piyasa
mekanizmaları önerilmiştir. Bu mekanizmalardan biri karbon ticaretidir. Elektrik
ticareti, endüstrinin karbon emisyonları ile güçlü organik bağları olan bir alan
olduğundan, entegre karbon ve elektrik ticareti kavramı ortaya çıkmıştır. Çimento
endüstrisi, yüksek karbon emisyonları ve bu emisyonların önemli bir kısmının
kullanılan enerjiden kaynaklanması nedeniyle, bu bağlamda kritik bir sektördür.
Yüksek emisyonların azaltılması amacıyla, son yıllarda PV paneller, enerji
depolama sistemleri ve hidrojen yakıtı gibi yeni teknolojiler kullanılmaya
başlanmıştır. Bu özellikleri ile çimento üretim prosesi ve endüstrisi, entegre karbon
ve elektrik ticaretinin incelenmesi ve uygulanması açısından önemli bir alandır.
Bu çalışma, PV kaynakları ve hidrojenle çalışan döner fırınlar kullanan çimento
fabrikaları grubunu kapsayan bir ortak karbon-elektrik ticaret sistemi içinde karbon
kredileri, elektrik ve yakıt tüketimini ele alan maliyet minimizasyonu optimizasyon
modelini tanıtmaktadır. Çalışmanın amacı, kullanıcıların entegre karbon ve elektrik
ticaret sistemi içinde üretim maliyetlerini azaltmalarına yardımcı olmaktır. Model,
emisyon ticareti için bir üst sınır ve ticaret şeması kullanmakta olup saatlik elektrik
fiyatları, karbon kredi fiyatları, üretim için elektrik tüketimi, şebekenin saatlik
elektrik karışımı, üretim sırasında karbon emisyonları, elektroliz için elektrik
tüketimi ve çimento döner fırın işlemleri için gereken yakıt gibi faktörleri dikkate
almaktadır. Karışık Tam sayılı Doğrusal Programlama çerçevesinde modellenen
optimizasyon problemi için rolling horizon yöntemi kullanılarak önerilen konsept,
çimento fabrikalarında karbon, elektrik ve yakıt tüketiminin yönetimi yoluyla, artan
yenilikçi endüstriyel ortamda önemli maliyet azaltımı sağlamaktadır.

Abstract:
In recent years, the rapid increase in global warming has necessitated urgent
measures. The primary cause of global warming is high industrial carbon emissions.
To address this issue, various market mechanisms for reducing industrial carbon
emissions have been proposed under the Kyoto Protocol. One of these mechanisms
is carbon trading. Since electricity trading is an area with strong organic links to
industrial carbon emissions, the concept of integrated carbon and electricity trading
has emerged. The cement industry is a critical sector in this context due to its high
carbon emissions, a significant portion of which result from the energy it consumes.
In recent years, new technologies such as PV panels, energy storage systems, and
hydrogen fuel have been adopted to reduce high emissions. With these
characteristics, the cement production process and industry are of great importance
for examining and implementing integrated carbon and electricity trading.
This study introduces a cost minimization optimization model that addresses carbon
credits, electricity, and fuel consumption within a common carbon-electricity
trading system encompassing a group of cement factories using PV sources and
hydrogen-fueled rotary kilns. The study aims to help users reduce production costs
within an integrated carbon and electricity trading system. The model employs a
cap-and-trade scheme for emission trading and considers factors such as hourly
electricity prices, carbon credit prices, electricity consumption for production,
hourly electricity mix of the grid, carbon emissions during production, electricity
consumption for electrolysis, and fuel required for cement rotary kiln operations.
The proposed concept, modeled within the framework of Mixed Integer Linear
Programming and using the rolling horizon method for the optimization problem,
provides significant cost reductions in the increasingly innovative industrial
environment by managing carbon, electricity, and fuel consumption in cement
factories.