Türkiye'de elektrik kesintilerinin maliyeti: Tüketicilerin ve dağıtım şirketlerinin kesinti maliyetlerinin hesaplanması ve geleceğe yönelik tahminler
Electricity interruption cost in Turkey: Calculation of customer and distribution company interruption cost and forecastings for the future
Yazar: BURAK DİNDAR
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER GÜL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik dağıtım sistemleri = Electric distribution systems ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Makine öğrenmesi = Machine learning

Özet:
Son yıllarda meydana gelen gelişmeler ile birlikte elektrik enerjisi, ekonomik ve sosyal hayatın vazgeçilemez bir parçası olmuştur. Bu nedenle elektrik enerjisinin tedarikinde meydana gelen problemler, ekonomik ve sosyal hayatı etkilemekte ve önemli kayıplar yaşanmasına neden olmaktadır. Farklı ülkelerde yapılan araştırmalar ile elektrik kesintilerinin milyarlarca liralık maliyetlere neden olduğu tespit edilmiştir. Literatürde, farklı gelişmişlik düzeyinde çok sayıda ülke için kesinti maliyetleri ile ilgili pek çok çalışma bulunmasına rağmen ülkemizde kesinti maliyetlerine ilişkin kapsamlı çalışmalar bulunmamaktadır.
Kesinti maliyetlerini belirleyen en önemli faktör, şebeke tedarik sürekliliği performansıdır. Düşük tedarik sürekliliği performansına sahip ülkelerde kesintiler nedeniyle ortaya çıkan maliyetler çok daha yüksek olmaktadır. Tedarik sürekliliği performansı bir ülkenin gelişmişliğini belirleyen önemli kriterlerden biridir. Gelişmiş ülkelerin, gelişmişlik düzeyleri ile tedarik sürekliliği performansları arasında önemli benzerlikler olduğu gözlemlenmesine rağmen, ülkemizin gelişmişlik düzeyi ile tedarik sürekliliği performansı arasında benzer bir ilişki bulunmadığı gözlemlenmektedir. Dünyada gelişmiş ülkeler sırlamasında ilk yirmi içerisinde yer alan ülkelerden biri olan Türkiye, tedarik sürekliliği incelendiğinde daha az gelişmiş ülkelerden bile düşük performans sergilemektedir.
Ülkemizin tedarik sürekliliği performansının birçok gelişmiş ülke ile kıyaslanamayacak kadar düşük olmasının bir sonucu olarak kesintilerden kaynaklanan ekonomik kayıpların oldukça yüksek olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle, ülkemizde öncelikli olarak tedarik sürekliliği performansının iyileştirilmesine ve enerji sektöründe yer alan paydaşların yaşadığı kayıpların azaltılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Tedarik sürekliliği performansının arttırılması ve bunun sonucunda kesinti maliyetlerinin azaltılması için yenileme yatırımları ile mevcut şebekenin iyileştirilmesi gerekmektedir. Fakat ülkemizde, elektrik şebeke yatırım kararlarında kesinti maliyetleri yeteri kadar dikkate alınmadığından şebekede gerçekleştirilen yenileme ve iyileştirme yatırımları yetersiz kalmaktadır. Ülkemizde karar vericilerin yatırım kararlarında kesinti maliyetlerini dikkate alması ve yatırım kapsamlarının arttırılması ancak kesinti maliyetlerinin belirlenmesi ve enerji sektöründe yer alan paydaşların farkındalıklarının arttırılmasıyla mümkün olacaktır.
Yatırım planlarında kesinti maliyetlerine yeteri kadar yer verilmemesinin en önemli etkenlerinden biri de kesinti maliyeti hesaplamalarının getirdiği ilave iş yükü ve maliyettir. Ülkemizdeki 21 dağıtım bölgesinde yapılacak kesinti maliyeti hesaplamalarında önemli bir iş gücüne ve ekonomik kaynağa ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle kesinti maliyetlerinin karar alma süreçlerinde efektif olarak dikkate alınması için bu hesaplamaların mümkün olduğu kadar hızlı, az iş gücü gerektirecek ve ekonomik bir şekilde gerçekleşmesi gerekmektedir. 
Tüm bunların yanı sıra, kesinti maliyetlerine karar alma süreçlerinde yer verilememesinin etkenlerinden biri de yatırım planlarının geleceğe yönelik gerçekleştirilmesi fakat kesinti maliyetlerinin geçmiş veriler kullanılarak hazırlanıyor olmasıdır. Kesinti maliyetlerinin yatırım planlarında dikkate alınması için karar vericilerin, kesinti maliyetlerinin gelecekte nasıl değişeceğini öngörebiliyor olması gerekmektedir. Geleceğe yönelik kesinti maliyetlerinin bilinmesi durumunda, kesintilerden en fazla etkilenen şebeke bölümleri belirlenebilir ve gerekli yenileme ve iyileştirme yatırım planları oluşturulabilir. Bilgiye dayalı yatırım planlarının oluşturulması, kısıtlı yatırım kaynakları ile kesinti sayı ve süresinin etkili biçimde azaltılması için etkin bir strateji olacaktır.
Literatürde kesinti maliyetlerinin hesaplanmasına ilişkin çok sayıda farklı yöntem bulunmaktadır.  Araştırmacılar bu yöntemler arasından en çok anket yöntemini tercih etmektedir. Anket yönteminde kesintilerin farklı tüketici gruplarına maliyetleri, doğrudan kesintilerden etkilenen tüketiciler ile iletişime geçerek elde edilmektedir. Bunun yanı sıra kullanılan bir diğer yöntem, örnek olay yöntemidir. Bu yöntemde ise kesinti maliyetleri, şebekede gerçekleştirilen büyük bir kesintinin ardından yine tüketiciler ile iletişime geçerek hesaplanmaktadır. Bu yöntemler ile güvenilir sonuçların elde edilmesi için tüketici ile doğrudan iletişim kurulması ve tüketicinin konu hakkında önceden eğitilmesi gerekmektedir. Bu yöntemlerin uygulanmasında çok fazla zaman ve iş gücüne ihtiyaç duyulduğundan yöntemlerin maliyeti yükselmektedir. Bu tez çalışmasında ise kesinti maliyeti hesaplamalarında dolaylı analitik yöntemlerin kullanılması tercih edilmiştir. Dolaylı analitik yöntemler ile kesinti maliyetleri halihazırda var olan yıllık elektrik enerjisi tüketimi, gayrı safi yurtiçi hasıla gibi istatistiksel veriler kullanılarak elde edilmektedir. Bu nedenle kesinti maliyeti hesaplamaları, oldukça ekonomik, hızlı ve az iş gücü gerektirecek şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Ayrıca doğrudan tüketiciler ile iletişime geçilen yöntemlerde milyonlarca tüketici arasından erişilebilen tüketici sayısı sınırlı olduğundan çalışmaların kapsamları da yeteri kadar genişletilememektedir. Bu nedenle tüketici ile iletişime geçilen yöntemlerin karar alma süreçlerinde kullanılması efektif değildir. Bu tez çalışmasında kesinti maliyetlerinin dolaylı analitik yöntemler ile elde edilmesi ile karar vericilerin ihtiyaç duyduğu çözümler geliştirilmiştir.
Tüm bunların yanı sıra karar vericiler, kesinti maliyetlerine yatırım planlarında yer verebilmek için geleceğe yönelik tahminlere (forecasting) ihtiyaç duymaktadırlar. Fakat şebekede meydana gelen kesintiler, farklı zamanlarda elektriksel ya da dışsal birçok farklı nedenden kaynaklanabilmektedir. Deterministik yöntemler ile kabul edilebilir hata sınırları içerisinde kesinti nedenlerinin analiz edilmesi ve geleceğe yönelik tahminlerin gerçekleştirilmesi hemen hemen imkansızdır. Bu nedenle kesinti maliyetleri ile ilgili tahminlerin gerçekleştirilmesinde yapay zeka yöntemlerinin kullanılması uygun bir yaklaşım olmaktadır.
Bu tez çalışmasında iyileştirme ve yenileme yatırım kararlarında elektrik kesinti maliyetlerinin kapsamlı şekilde dikkate alınmasını sağlamak amacıyla kesintilere ilişkin çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bu doğrultuda öncelikle ülkemizde enerji kesintilerinden en çok etkilenen paydaşlar olan tüketicilerin ve elektrik dağıtım şirketlerinin kesintiler nedeniyle maruz kaldığı kayıplar araştırılmıştır.  Çalışmalar sonucunda, kesinti kaynaklı kayıpların milyarlarca lira seviyesinde olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra ülkemizde yer alan dağıtım şirketleri kesinti maliyeti performansları dikkate alınarak değerlendirilmiş ve yüksek, ortalama ve düşük performans gösteren dağıtım şirketleri belirlenmiştir. Kesinti maliyeti değerlendirmeleri, literatürdeki çalışmaların aksine yalnızca normalize edilmiş değerler kullanılarak değil, normalize edilmiş değerler ve toplam kesinti maliyetleri birlikte kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Böylece değerlendirmelerin yüksek verimlilikle gerçekleşmesi sağlanmıştır. Kesinti maliyetlerinin elde edilmesi ve değerlendirilmesinin ardından şebekede gerçekleştirilen yatırım miktarları kesinti maliyetleri ve şebekenin elektriksel özellikleri dikkate alınarak incelenmiştir. İncelemelerde yatırımlar, doğrudan yatırım miktarları kullanılarak değil birim değerler kullanılarak değerlendirilmiştir. Değerlendirmeler sonucunda yatırımlar ile kesinti maliyetleri arasında yüksek bir ilişki tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında şebeke yatırım planlarında kesinti maliyetlerinin mutlaka dikkate alınması gerektiği sonucuna varılmıştır.
Elektrik kesinti maliyetleri incelenirken karar vericilerin ülke çapında analizlere ihtiyaç duyduğu gerçeği dikkate alınarak maliyet analizlerinin ekonomik ve hızlı bir şekilde gerçekleştiği yöntemler kullanılmıştır. Ayrıca, elektrik kesinti maliyetlerinin elde edilmesi ile de paydaşların farkındalıklarının arttırılmasına katkı sağlanacaktır. 
Bu tez çalışmasında, elektrik kesinti maliyetlerinin tahmin edilmesinde kullanılmak üzere, çalışmada belirlenen üç dağıtım şirketine ait kesinti istatistikleri, zaman serisi analizleri ve makine öğrenmesi tabanlı modeller ile incelenerek karar vericilerin geleceğe yönelik tahmin ihtiyaçlarına çözüm geliştirilmiştir.
Kesintilerin rastlantısallığı, gerçek verilerin incelenmesi ve kesintilerdeki ani artış ve azalışlara rağmen tahmin modelleri ile oldukça yüksek başarımlar elde edilmiştir.  Sonrasında günlük kesinti sayıları tahminlerden elde edilen sonuçlar kullanılarak incelenen dağıtım şirketlerine ait yıllık OKSÜRE değerleri hesaplanmıştır. Bu hesaplamalarda da mevcut pek çok zorluğa rağmen yüksek başarımlar elde edilmiştir. Tahminlerde yüksek başarımların elde edilmesi ile karar vericileri destekleyici nitelikte, yatırım planlarında ihtiyaç duyulan geleceğe yönelik tahmin modelleri oluşturulmuştur.
Bu modellerin kullanılması ile elde edilen bir diğer önemli avantaj, tahmin modellerinin tekrarlanabilir olmasıdır. Kesinti maliyeti hesaplamalarında kullanılan anket yöntemi gibi yöntemlerin yeniden gerçekleştirilmesi, önemli maliyetlere neden olmaktadır. Diğer yöntemlerin aksine yapay zeka çözümleri ile elde edilen modellerin tekrarlanması ise düşük maliyetlerle gerçekleştirilebilmektedir.
Bu tez çalışmasında gerçekleştirilen analizler ile birlikte elektrik kesinti maliyetlerinin karar vericilerin yatırım planlarında yer almasını kolaylaştırıcı çözümler geliştirilmiştir. Bu çözümler ile şebekede gerçekleştirilecek yatırımların sayısı ve kapsamı attırılabilecektir. Böylece ülkemizin tedarik sürekliliği performansı arttırılacak ve enerji sektöründe yer alan paydaşların kesintiler nedeniyle maruz kaldığı kayıplar azaltılacaktır.

Abstract:
With the developments in recent years, electrical energy has become an indispensable part of economic and social life. Therefore, the problems that occur in the electricity supply affect the economic and social life and cause significant losses. Research performed in different countries have shown that electricity interruptions costs reach billions of dollars. In the literature, although there are many studies on electricity interruption costs for many countries at different development levels, there are no comprehensive studies on electricity interruption costs in our country.
The most important factor determining the interruption costs is supply continuity performance of the grid. In countries with low supply continuity performance, the costs incurred due to electricity interruptions are much higher. Supply continuity performance is one of the important criteria that determine the development level of a country. Although there are significant similarities between developed countries' development levels and supply continuity performances, it is observed that there is no similar relationship between the development level of our country and supply continuity performance. Turkey which is one of the top twenty developed countries has low performance even compared with undeveloped countries, when the supply continuity performances are examined.
As a result of the fact that our country's supply continuity performance is incomparably lower than many developed countries, economic losses due to the electricity interruptions are estimated to be quite high. For this reason, in our country, first there is a need to improve the supply continuity performance and decrease the economic losses suffered by the stakeholders in the energy sector. To increase the supply continuity performance and consequently decrease the interruption costs, the existing grid needs to be improved with renewal investments. However, in our country, renewal investments in the grid are inadequate as the interruption costs are not sufficiently taken into account in electricity grid investment decisions. To consider the interruption costs in the investment decisions by the decision-makers and to increase the scope of the investment as a result are possible, only by determining the interruption costs and increasing the awareness of the stakeholders in the energy sector.
One of the most important factors for not having sufficient attention on the interruption costs in investment plans is the additional workload and cost brought by the interruption costs calculations. An important labour force and economic resources are needed in the calculation of the interruption costs to be made in 21 distribution regions in our country. For this reason, these calculations need to be made as quickly as possible, required less labour force and economic resources in order to take the interruption costs effectively into account in decision making processes.
In addition to these, one of the factors of not being able to include interruption costs in decision making processes is that the investment plans are performed for the future, but interruption costs are prepared using past data. In order to take the interruption costs into account in the investment plans, decision makers need to be able to predict how the interruption costs will change in the future. In case the future interruption costs are known, the grid parts that are most affected by the interruptions can be identified and the necessary renewal investment plans can be created. Creating information-based investment plans will be a good strategy for effectively decreasing the number and duration of interruptions with limited investment resources.
In the literature, there are many different methods to calculate the interruption costs. Researchers mostly prefer the survey method, among these methods. In the survey method, different customer groups' interruptions costs are obtained by communicating customers directly affected by the interruptions. In addition, another method used in the calculations is the case study method. Also in this method, the interruption costs are calculated by communicating the customers after a major blackout in the grid. In order to obtain reliable results with these methods, direct communication with the customers and training the customers on the subject in advance are necessary. Since a lot of time and labour force are needed in the implementation of these methods, the cost of the methods increases. In this thesis, indirect analytical methods are preferred on interruption cost calculations. With indirect analytical methods, interruption costs are obtained by using existing statistical data such as annual electrical energy consumption and gross domestic product. For this reason, the interruption cost calculations can be performed in a way that is very economical, fast and requires less labour force. In addition, the scope of the studies cannot be extended sufficiently in the methods that directly communicated with the customers. Because the number of customers that can be reached among millions of customers are limited. Therefore, it is not effective to use these methods in decision making processes. In this thesis, the solutions needed by decision makers are developed with obtaining the interruption costs by using indirect analytical methods.
In addition, decision makers need forecastings in order to include interruption costs in investment plans. However, interruptions in the grid can occur from many different  electrical or external causes at different times. It is almost impossible to analyze the interruption causes and make forecastings within acceptable error limits by using deterministic methods. Therefore, it is an appropriate approach to use artificial intelligence methods in performing the forecastings about the interruption costs.
In this thesis, various studies related to interruptions are performed in order to ensure that electricity interruption costs are taken into account in renewal investment decisions. Accordingly, the losses suffered by customers and electricity distribution companies, who are the most affected stakeholders by interruptions in our country, are investigated. As a result of the study, it is determined that the losses due to the interruptions are at the level of billions of Turkish Liras. In addition, the distribution companies in our country are evaluated by taking into account their interruption cost performances and the distribution companies with high, average and low performance are determined. Unlike the studies in the literature, the interruption cost assessments are performed not only by using normalized values, but by using total interruption costs together with normalized values. Thus, the evaluations are performed with high efficiency. After obtaining and evaluating the interruption costs, the amount of investment made in the grid is analyzed taking into account the interruption costs and the electrical properties of the grid. Investments are evaluated using unit values, not direct investment amounts. As a result of the evaluations, a high relationship is determined between investments and interruption costs. In the light of the obtained results, it is concluded that the interruption costs must be taken into consideration in the grid investment plans.
The fact that decision makers need countrywide analyses should be taken into account when analyzing electricity interruption costs. Therefore, the methods in which cost analysis are performed economically and quickly are used in the study. In addition, contribution will be made to increase the awareness of stakeholders by obtaining electricity interruption costs.
In this thesis, the interruption statistics of the three distribution companies that specified in the study are analyzed to be used in forecasting the electricity interruption costs. Interruption statistics are analyzed with time series analysis and machine learning models, and a solution is developed for the forecasting needs of decision makers.
Despite the randomness of the interruptions, the examination of the actual data and the sudden increases and decreases in the interruptions, very high accuracy are achieved with the forecasting models. Afterwards, the annual SAIDI values of the distribution companies are calculated using the results obtained from the forecastings of the daily interruption numbers. Despite the many difficulties present in these calculations, high accuracy is achieved. With the achievement of high accuracy, forecasting models, which are supportive to the decision makers and needed in investment plans, are created.
Another important advantage achieved by using these models is that the forecasting models are generic. Repetition of interruption cost calculation methods such as the survey method causes significant costs. Unlike the other methods, repetition of artificial intelligence methods can be performed at low costs.
Along with the analyses performed in this thesis, solutions that facilitate the inclusion of electricity interruption costs in the investment plans of decision makers are developed. With these solutions, the number and scope of investments to be made in the grid can be increased. Thus, the supply continuity performance of our country will be increased and the losses suffered by the stakeholders in the energy sector due to interruptions will be reduced.