Meteorolojik şartların (baz, sulak ve kurak senaryolar) 2022-2031 yılları arasında Türkiye'deki kurulu güç kaynak bazlı enerji üretimine olan etkisi ve üretim projeksiyonu
The effect of meteorological conditions (base, wet and dry scenarios) on installed power source-based energy generation in Turkey between 2022-2031 and the production projection
Yazar: BAHADIR KARABEKİROĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Enerji piyasası = Energy market ; Enerji üretimi = Energy generation ; Güç kaynakları = Power sources ; Meteoroloji = Meteorology

Özet:
İnsanoğlu var olduğundan itibaren temel ihtiyaçları olan barınma, giyinme ve beslenme içgüdüsü ile hareket etmiştir. Çağ öncesi dönemlerden itibaren, insanoğlunun komün hayata geçme eğilimi ve temel ihtiyaçlarını yardımlaşarak karşılayabildiğini anlaması, toplumların var olmasına ve üretim bilincine doğru evrilmiştir. İnsanoğlu, ateşin icadından bu yana her daim enerjiye ihtiyaç duymuştur. Gelişen toplumlar beraberlerinde üretim alanlarını da geliştirmişlerdir. Sanayi Devrimi ile hayatımıza giren ve 20. yy itibariyle günümüze kadar durmadan ilerleyen teknolojik değişimler, enerji kavramının anlaşılabilmesini ve artan enerji ihtiyaçlarının karşılanabilmesi için yeni kavramlar ve teknolojiler türetilmesini sağlamıştır. Artan nüfus miktarı ve beraberinde gelen medeniyetleşme ile var olan yöntemlerle enerji ihtiyaçları karşılanmakta zorlanılmıştır. Enerji ihtiyacı yüksek olan teknolojik faaliyetlerin ilerlemesi ve teknolojik yönden yeni enerji üretim kaynaklarının bulunulması ile de dünya artık bambaşka bir noktaya gelmiştir. 
Enerji üretim kaynakları fosil yakıtlı ve yenilenebilir kaynaklı olarak ikiye ayrılmıştır. Yıllar içerisinde artan talebi karşılayacak türlü enerji üretim kaynaklarının verimliliği de başka bilim dallarının konusu haline de gelmiştir. Meteoroloji bilimi, yenilenebilir enerji kaynaklarının temelinde yer aldığı kadar aslında enerji talebinin tahmininde de ve keza fosil kaynaklı enerji santrallerinin üretim planlamasını da etkiler hale gelmiştir. Gelişen ve değişen enerji üretim kavramları ile talep tahminin önem kazanması da ülkelerin, ulusal enerji piyasalarını ve küresel enerji piyasalarını oluşturmuştur. 
2016 yılında özelleştirilmeye başlayan piyasalar neticesinde, sektör paydaşları tarafından hem enerji üretim planlamalarının hem de enerji tüketim tahminlerinin gerçekleşene en yakın şekilde yapılabilmesi amaçlanmaktadır. Bu husus dikkate alındığında ise meteoroloji biliminin önemi sektörde iyiden iyiye kendisini hissettirmeye başlamıştır. Örneğin, yenilenebilir enerji kaynakları dikkate alındığında, rüzgâr enerjisi türbini için rüzgâr yönü ve hızı, güneş enerjisi santrali dikkate alındığında güneşlenme süresi ve hava sıcaklığı, hidroelektrik santral dikkate alındığında yağış miktarı ve kar erimeleri gibi meteorolojik parametreler bir hayli önemlidir. 
Türkiye Enerji Piyasası'nın tüm dinamikleri ve meteoroloji biliminin kaynak bazlı enerji üretim santrallerine olan etkisi ele alınmaya çalışılmıştır. Tezin yazılması ve kurgulanması amacında anafikir olarak öne sürülen meteorolojik koşulların tespit aşamasında kullanılan ECMWF, GFS, Meteociel, EURO-4 anomali haritalarının incelenmesi sonucunda, tezde bahsi geçen kurak, mevsim normalleri ve sulak senaryoların talebe etkisi senaryolaştırılmıştır. Ayrıca, meteorolojik şartlar aynı zamanda arz tarafını da etkilediğinden dolayı rüzgâr enerjisi üretim potansiyelleri, güneş enerjisi üretim potansiyelleri ve özellikle sistemi etkileyen hidroelektrik enerji üretim potansiyelleri için profil atamaları yapılmıştır. Yapılan profil atamaları geçmiş yılların ağırlıklı üretim ortalamalarına göre beklenen meteorolojik şartlara göre farklılıklar gösterilerek hesaplanmıştır. 
Tezin yazılmasındaki uğraş esnasında araştırma modeli olarak belirlenen durum çalışması ve bilgisayarlı ortamda PLEXOS programı yardımıyla durum çalışmasının çeşitlendirilmesi üzerinde durulmuştur. 
Tezin hazırlanmasının temel motivasyonu, Türkiye enerji toplam üretime katkıda bulunan kaynak tipine göre ayrılmış enerji üretim santrallerinin, mevsimsel ve meteorolojik senaryolardan (kurak, sulak ve mevsim normalleri senaryoları) nasıl etkilediğini ve bu etkinin Türkiye enerji üretim projeksiyonuna kaynak tiplerine göre ayrılmış santrallerin nasıl katkı yaptığını ve üretim projeksiyonlarının nasıl değişiklik gösterdiğine dikkat çekmektir. Örneğin, 2019 yılında sulak bir dönem geçiren Türkiye'de akarsu tipi hidroelektrik santraller fazlaca üretime katılmış ve barajlı santraller su tutarak, özellikle yaz aylarında -turizm etkisi ile- artan talebi fazlası ile karşılamıştır. Böylece, Türkiye enerji talebi çoğunlukla hidroelektrik santrallerden karşılanabilmiş ve doğalgaz ile enerji üreten santrallere çok da ihtiyaç kalmamıştır. Tezde simüle edilmeye çalışılan temel husus da Türkiye'nin geleceğe dönük hangi kaynak tipli santralin ne kadar üretime katkı yapacağı ve bu duruma sebebiyet veren meterolojik koşulların ilişkilendirilmesi üzerinedir. 
Çalışmada kullanılan veriler gerçekleşmiş üretim verileri, gerçekleşmiş talep verileri, kaynak tipine göre sınıflandırılmış santral kurulu güç ve teknik özellik bilgileri, Uluslararası Para Fonu'nun (IMF) Türkiye için açıkladığı ve öngördüğü (2031 yılına kadar) gayri safi milli hasıla, tüketici fiyat endeksi, üretici fiyat endeksi, asgari ücret endeksi, popülasyon (nüfus miktarı), Euro ve Dolar kurlarıdır.
Yapılan tez çalışması, atmosfer bilimleri ile etkileşim içerisinde olan ve enerji meterorolojisi dinamikleri barındıran uzun dönem Türkiye kaynak bazlı arz projeksiyonuna meteorolojik şartların etkisini anlamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Buna göre, yenilenebilir enerji kaynaklarının arz projeksiyonundaki payını anlamlandırmak ve toplam üretime olan etkisini anlamaya çalışmak için veri analizi, anomaly haritaları okuma teknikleri kullanılarak PLEXOS programı yardımıyla çeşitli meteorolojik senaryolar baz alınarak çalışma yapılmıştır. Veri analizlerinde EPİAŞ şeffaflık verileri, geçmiş dönem gerçekleşmiş TEİAŞ verileri ve Yük Tevzi Bilgilendirme Sistemi verilerinden faydalanılmış olup, yenilenebilir enerji kaynaklarına meteorolojik beklenti senaryolarına göre profil atamaları yapılmıştır.
Özellikle, yenilenebilir enerjiden doğan karmaşanın meteoroloji biliminden faydalanılarak çözülmeye çalışılması adına bu tezde çeşitli meteorolojik senaryolar altında modeller oluşturulmuştur. Mevsim normalleri, sulak, kurak senaryolarının baz, düşük ve yüksek talep senaryoları ile modellenmesi sağlanmıştır. Model kurulurken karmaşık tamsayı programlama yapılmış, çıkan sonuçların gerçekleşen veriler ile kıyaslanarak başarı yüzdeleri görülmüştür. Akabinde, başarı yüzdesini artırabilmek adına program normal dağılım fonksiyonlarından çıkan hata paylarına göre düzenlenmiş ve yeniden çalıştırılmıştır. Bu sayede, programın başarı oranı artırılmıştır.
Yapılan yüksek lisans tez çalışmasında, meteorolojik etkenlerin Türkiye kurulu gücü kaynak bazlı üretim üzerine olan etkileri gözlemlenmeye çalışılmıştır. Çalışma yapılırken PLEXOS programından yardım alınmış ve model sonuçları TEİAŞ'ın yayınladığı 10 yıllık arz ve talep projeksiyonları ile kıyaslanmıştır. Çalışmanın sonucunda PLEXOS model çıktılarının arz güvenliğini göz önünde bulundurduğu ve talep projeksiyonu ile arz projeksiyonunun tutarlı olduğu gözlemlenmiştir. Enerji meteorolojisinin dinamiklerinden faydalanılmış ve özellikle manuel harita okuma tekniklerinin ne denli önemli olduğu görülmüştür. Ayrıca, enerji sektöründe uzman görüş sahibi ve meteoroloji biliminden fayda sağlayan Meteoroloji Mühendislerinin stokastik temelli paket programlara müdahale edebileceği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Since its existence, human beings have acted with the instinct of shelter, clothing and nutrition, which are their basic needs. Since the pre-age era, the tendency of human beings to live in communes and the understanding that they can meet their basic needs by helping each other have evolved towards the existence of societies and production consciousness. Mankind has always needed energy since the invention of fire. Developing societies have also developed production areas with them. Technological changes, which entered our lives with the Industrial Revolution and progressed continuously until today as of the 20th century, enabled the concept of energy to be understood and the derivation of new concepts and technologies in order to meet the increasing energy needs. With the increasing amount of population and the civilization that comes with it, it has been difficult to meet the energy needs with the existing methods. The world has come to a completely different point with the advancement of technological activities with high energy needs and the discovery of new energy production sources in terms of technology.
Energy production sources are divided into fossil fuel and renewable sources. The efficiency of various energy production resources to meet the increasing demand over the years has also become the subject of other branches of science. The science of meteorology has become the basis of renewable energy sources, as well as in the estimation of energy demand and also influencing the production planning of fossil-based power plants. Developing and changing energy production concepts and demand estimation gaining importance also created the national energy markets and global energy markets of the countries.
As a result of the markets that started to be privatized in 2016, it is aimed that both energy production planning and energy consumption forecasts can be made as close to the real thing by the sector stakeholders. Considering this point, the importance of meteorology has started to make itself felt in the sector. For example, when renewable energy sources are considered, meteorological parameters such as wind direction and speed for wind energy turbine, sunshine duration and air temperature when solar power plant is considered, precipitation amount and snow melts when hydroelectric power plant is considered are very important.
All the dynamics of the Turkish Energy Market and the effect of meteorology on resource-based power generation plants have been tried to be discussed. As a result of the examination of the ECMWF, GFS, Meteociel, EURO-4 anomaly maps used in the determination of the meteorological conditions, which were suggested as the main idea for the purpose of writing and constructing the thesis, the effect of the arid, seasonal normals and wetland scenarios on the demand was scripted. In addition, profile assignments have been made for wind power generation potentials, solar power generation potentials and especially hydroelectric power generation potentials affecting the system, since meteorological conditions also affect the supply side. The profile assignments made are calculated by showing differences according to the expected meteorological conditions according to the weighted production averages of the previous years.
During the writing of the thesis, the case study, which was determined as the research model, and the diversification of the case study with the help of the PLEXOS program in the computerized environment were emphasized.
The main motivation for the preparation of the thesis is how the power generation plants that contribute to the total energy production in Turkey, separated by source type, are affected by seasonal and meteorological scenarios (dry, wet and seasonal normal scenarios) and how this effect contributes to the energy production projection of Turkey according to source types, and how This is to draw attention to how projections have changed. For example, in Turkey, which had a wet period in 2019, river-type hydroelectric power plants participated in production and the power plants with dams met the increasing demand, especially in summer, with the effect of tourism. Thus, Turkey's energy demand was mostly met by hydroelectric power plants and there was no need for power plants producing energy with natural gas. The main issue that is tried to be simulated in the thesis is to correlate which source type power plant will contribute to how much production in Turkey and the meteorological conditions that cause this situation.
The data used in the study are realized production data, realized demand data, power plant installed power and technical specification information classified according to source type, gross national product announced and predicted by the International Monetary Fund (IMF) for Turkey (until 2031), consumer price index, producer price index, minimum wage index, population (population amount), Euro and Dollar rates.
The thesis study was carried out in order to understand the effect of meteorological conditions on the long-term Turkey resource-based supply projection, which interacts with atmospheric sciences and contains energy meteorology dynamics. Accordingly, in order to make sense of the share of renewable energy resources in the supply projection and to try to understand their effect on total production, a study was conducted based on various meteorological scenarios with the help of PLEXOS program using data analysis and reading anomaly maps. In data analysis, EPİAŞ transparency data, previous TEİAŞ data and Load Dispatch Information System data were used, and profile assignments were made to renewable energy sources according to meteorological expectation scenarios.
In this thesis, models were created under various meteorological scenarios in order to try to solve the complexity arising from renewable energy by making use of meteorological science. Seasonal normals, wet and dry scenarios were modeled with base, low and high demand scenarios. While the model was being set up, complex integer programming was done, the results were compared with the actual data and the success percentages were seen. Afterwards, in order to increase the success percentage, the program was arranged and re-executed according to the margins of error obtained from the normal distribution functions. In this way, the success rate of the program has been increased.
In the master's thesis study, the effects of meteorological factors on resource-based production in Turkey's installed capacity were tried to be observed. During the study, assistance was obtained from the PLEXOS program and the model results were compared with the 10-year supply and demand projections published by TEİAŞ. As a result of the study, it has been observed that the PLEXOS model outputs take into account the security of supply and that the demand projection and supply projection are consistent. The dynamics of energy meteorology has been utilized and it has been seen how important manual map reading techniques are. In addition, it has been observed that meteorologists who have expert opinion in the energy sector and benefit from meteorology can interfere with stochastic-based package programs. It has been demonstrated that meteorologists are valuable in the energy sector.