Türkiye'de rüzgar enerjisi santralları için teşvik uygulamaları ve bilgisayar programı ile irdelenmesi
The analysis of wind energy support mechanisms in Turkey and the evaluation by computer program
Yazar: İBRAHİM HALİL KILIÇ
Danışman: PROF. DR. ASİYE BERİL TUĞRUL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Teşvikler = Incentives ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Enerjinin üretimi, dağıtımı ve tüketimi ancak bir ihtiyacın karşılanması durumunda anlam kazanmaktadır. Mekanik güç ihtiyacı, termik ihtiyaçlar, hammadde ihtiyaçları ve aydınlanma ihtiyaçlarının karşılanması için enerji önemli argüman olmaktadır. Bu bağlamda, enerji kaynakları da enerji politikaları içinde önemli bir yer tutmaktadır.
Enerji konusunda yaşanan herhangi bir sıkıntı toplumların hem üretim kapasitesi ve çeşitliliğinde hem de hayat kaliteleri üzerinde direkt olarak etkisini göstermektedir. Bu nedenle enerji arzı konusu devlet yöneticilerinin gündemlerini devamlı meşgul ederken aynı zamanda uluslararası ilişkilerin şekillenmesinde de başat rol sahibi olmaktadır. Bu bağlamda, enerji arz güvenliği, kimi zaman sıcak çatışma sebebi olarak kimi zaman da zorunlu işbirliği sebebi olarak karşımıza çıkmaktadır. 1970'li yıllarda yaşanan petrol krizi esnasında ortaya çıkan kaos ve sonrasında kendini gösteren yeni dünya düzeni bu durumun en iyi bilinen örneğini oluşturmaktadır. Bugüne gelindiğinde fosil yakıtların iklim açısından sürdürülebilirlik problemi ve yenilenebilir enerji teknolojilerindeki büyük gelişmelerin devletler muvazenesindeki uluslararası dengeleri değiştirmesi beklenmektedir.
Bilinen en eski çağlardan itibaren sürekli artış gösteren dünya nüfusu, sanayileşme oranları, gelişen teknoloji ve modern toplumların enerji yoğun bir hayat tarzını benimsemeleri global enerji tüketiminde sürekli bir artış trendi oluşmasına neden olmuştur. Çeşitli kurumlarca bu trendin devam edeceği öngörülmektedir. Bu öngörülere göre 2008-2035 aralığında yıllık enerji talep artış oranı OECD ülkeleri için % 0,6 , OECD'ye üye olmayan ülkeler için % 2,3 , dünya genelinde ise %1,6 olarak gerçekleşmesi beklenmektedir. 
Dünyada çevresel etkiler ve sürdürülebilir kalkınma için farkındalık arttıkça, yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi de engellenemez şekilde artmaktadır. Ayrıca, yenilenebilir enerjinin popüler bir konu olması, enerji sektörüne özgü olmayan birçok yatırımcıyı da yenilenebilir enerji yatırımı yapmaya çekmektedir. 
2014 sonu itibarıyla, yenilenebilir enerji sektörüne yapılan yatırımlarda önemli bir toparlanma yaşandığı görülmektedir. Son 3 yıl boyunca küresel yeni yatırımlar yükseliş trendine girerek 2014 yılında 2013 yılına göre %17'lik bir artışla toplam 270 milyar $'a ulaşmış bulunmaktadır. Gelişmekte olan ekonomilerde yapılan yatırımlar, %36'lık bir artışla, neredeyse bu konuda sadece %3 artış kaydedebilen gelişmiş ekonomilerdeki toplam yatırıma ulaşmıştır.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan yenilenebilir enerji kaynakları; hidrolik, rüzgar, güneş, jeotermal, dalga ve biyokütle enerjisidir. Bu enerji kaynaklarının, enerjinin üretimi ve dönüştürülmesi sırasında çevresel sorunları minimum düzeye indirgemesiyle kullanımı her geçen gün artmaktadır. Önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de rüzgar enerjisidir. Yer değiştiren hava kütlesinin iş yapabilme yeteneği bağlamında rüzgar enerjisi potansiyelinden bahsedilebilir.
İklim değişikliği ile mücadele ve aynı zamanda tüm ülkeler için kendi enerji arz güvenlikleri için önemli rol oynayan rüzgar enerjisi 2000 yılından itibaren önem kazanarak diğer yenilenebilir enerjiler içinde kayda değer bir pozisyona sahip olmuştur. 2000 yılında 17 GW olan toplam kapasite sadece on beş yıl içinde yaklaşık 25 kat artarak 2015 yılında 432 GW'a yükselmiştir. Bu artış, yaklaşık yıllık % 25 büyüme anlamına gelmektedir.
Dünyada yenilenebilir enerji yatırımlarını teşvik etmek için yapılan uygulamalara baktığımızda özellikle elektrik üretimini destekleyen tarifeler yoluyla mali teşviklerin (feed-in-tariff) ve şirketlerin elektrik üretim portföyünde yenilenebilir enerji kaynaklarına zorunlu pay vermesini sağlayan düzenlemelerin (renewable-portfolio-standarts) ön plana çıktığı görülmektedir. 
Türkiye'de sektöre uygulanan en belirgin teşvik özel belirlenmiş tarifeler yoluyla yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilecek elektriğe USD bazlı ve uzun vadeli alım garantisi verilmesi olmaktadır. Ayrıca, yenilebilir enerji üretimi yatırımları için kullanılan ekipmanlar Türkiye menşeli ise, özel tarife artırılarak uygulanmaktadır. 
Günümüzün artan enerji talebi çerçevesinde, her ülke için öz kaynak durumunda olan ve yenilenebilir enerji kaynağı olması açısından tercih edilen en önemli kaynaklardan birisi de rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisinin elektrik tüketimindeki payında artışın sağlanması için sürdürülebilir teşvik mekanizmaları kaçınılmazdır. Bu çalışmada, APLUS Bilgisayar Programı ile Türkiye Elektrik Piyasası'ndaki rüzgar santralarının teşvik mekanizması irdelenerek farklı senaryolar kapsamında elektrik fiyatları analiz edilmiştir.
APLUS Bilgisayar programı kapsamlı bir yazılım olup tüm algoritmalar APLUS Enerji tarafından geliştirilmiştir. Türkiye Elektrik Sektörünün modellenmesi, analizinin yapılması, gelecek öngörülerinin analiz edilmesi ve piyasa izlemesine yönelik çift yönlü analiz yapılmasına olanak veren bir programdır. APLUS Bilgisayar Programı ile sektör analizi, elektrik fiyat tahmin modellemesi, elektrik talebi tahmin modellemesi, işletme rejimi optimizasyon modelleri, portföy optimizasyon modelleri analiz edilebilmektedir.
Programın metodolojisi çift yönlü model anlayışı üzerine geliştirilmiş olup ilgili saatte arz ile talebin kesiştirildiği noktada marjinal fiyat esasına dayalı olarak spot fiyatın belirlenmesine olanak tanımaktadır. Bu bağlamda öncelikle yıllık talep tahmini yapılmaktadır. Talep tarafı yıllık olarak tahmin edilip saatlik profillere kırıldıktan sonra arz tarafı için üretim tahmini yapılmaktadır. Bu kapsamda, öncelikle ithalat ve ihracata ilişkin kapasite faktörleri ile rüzgar, jeotermal, nehir tipi hidro, biyokütle gibi yenilebilir tipli santrallerin kapasite faktörleri dikkate alınarak üretim tahmini yapılmaktadır. Daha sonra Yap İşlet Devret, Yap İşlet tipli santrallerin öngörülen üretimleri ve puant saatlerde üretim yaptığı varsayılan rezervuar tipli hidrolik santrallerin tahmini üretimleri hesaplanmaktadır. Gelecek yıllara ilişkin öngörülen bu üretim tahminleri toplanarak talep tahmininden düşürülmektedir. Geriye kalan talep miktarı ise marjinal maliyet esasına göre sıralanan termik santrallerin ilgili saatte piyasaya sundukları emre amade kapasitesi ile eşleştirilmektedir. Böylelikle, talep ile arzın kesiştiği noktada bulunan ilgili santralin marjinal maliyeti o saatteki spot market fiyatını oluşturmaktadır.
Türkiye'de yenilenebilir enerji kullanımının artırılması ve enerji verimliliğinin geliştirilmesi yönünde yasal düzenlemeler getirilmiştir. 2020 yılına kadar işletmeye girecek olan rüzgar santralları için, santralın işletmeye giriş tarihinden itibaren 10 yıl boyunca 73 $/MWh'lik teşvikli alım garantisi verilmektedir. Ayrıca, rüzgar türbinlerinde kullanılan mekanik ve/veya elektromekanik aksamın tamamının yerli üretim olması halinde sabit alım fiyatının üzerine 5 yıl süre ile ek teşvikler uygulanmaktadır.
Rüzgar enerjisinden elektrik üretiminin teşvik edilmesinin elektrik piyasasına etkisini incelemek amacıyla 2016-2025 tarihleri arasında kurulu güç artışının değişimi öngörülmüş olup, devreye alınacak rüzgar enerjisi santralleri için alım garantisi teşviğinin 4 farklı senaryoda analizi yapılarak spot elektrik piyasası fiyatlarının değişimi gözlenmiştir.
Alım garantili teşvik kapsamında, rüzgar enerjisi kurulu gücünün, toplam kurulu güçteki payının artması spot elektrik piyasası fiyatlarını aşağı yönlü baskılayıcı etki göstermektedir. Elektriğin temiz, kaliteli, ucuz ve sürekli üretimi açısından yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik üretiminde artış göstermesi olumlu karşılanabilir. Ancak, rüzgar, güneş gibi doğal kaynaklar üretkenlik bakımından değişkendir. Güneşin parladığı ya da rüzgarın estiği günler ülkede elektrik talebinin yüksek olduğu günlerle eşleşmezse beklenmedik enerji kesintileri yaşanabilir. Bu sebeple, kesintisiz ve sürdürülebilir bir enerji portföyü içinde yenilenebilir enerjinin rolü baz yük elektrik santrallerini destekleyici şekilde planlanmalıdır.
Bu yüksek lisans tezi kapsamında Türkiye Elektrik Piyasası'nda rüzgar enerjisinden üretilen elektrik enerjisine verilen alım garantili teşviklerin farklı senaryolar altında spot piyasadaki elektrik fiyatlarına 2016-2025 yılları arasında etkisi APLUS Bilgisayar Programı ile simule edilmiştir. Sonuç olarak yenilenebilir enerji kaynakları için sürdürülebilir teşvik mekanizmasının uygulanması gerekliliği öngörülmüştür.

Abstract:
Production, distribution, and consumption of energy only gains meaning when a need is met. Energy is an important argument for the means of to meet the needs for mechanical power, thermal requirements, raw material needs, and lighting requirements. Therefore, energy resources have also an important role in the energy policy.
Any problem experienced in the issue of energy shows the effect of societies both directly in the capacity and variety of production and on quality of life. For this reason, the issue of power supply plays a lead role in the forming of international relations while at the same time occupying the agendas of state administrators, and even confronts us sometimes as a cause for hot conflicts and at others a cause of mandatory cooperation. The chaos that came out of the oil crisis of the 1970s and the new world order that showed itself afterwards is the best example of this situation. Today, the sustainability problem of fossil fuels with regards to climate and large developments in renewable energy changing international balances in the equilibrium between states is expected.
Global population, which has shown continuous grown beginning from the earliest known ages, rates of industrialization, technological development and modern societies adopting an energy intensive lifestyle have caused a constant growth trend in global energy consumption. It has been predicted by various organizations that this trend will continue. According to these predictions, the rate of increase of annual energy demand will be 0.6% for OECD countries, 2.3% for non-OECD countries, and 1.6% for the world in general.
At the end of 2014, a substantial recovery has been experienced in investments made in the renewable energy sector. In the last 3 years, global new investments entered an increase trend and reached $270 billion in 2014 with an increase of 17% compared to 2013. With an increase of 36%, investments made in developing economies have reached the total investments in developed economies that have only recorded an increase of 3% on this issue.
Renewable energy sources that are used prevalently today are hydro, wind, solar, geothermal, and biomass energy. The use of these energy sources increase each passing every day together with the reduction of environmental problems to minimum levels during the production of energy and their conversion. One of the most important sources of renewable energy is wind energy. The work ability of the moving air masses represent the wind energy potential.
Wind energy, which plays an important role in the fight against climate change and at the same for countries in the security of their power supply, has possessed a significant position amongst the other renewable energies by gaining importance since 2000. The total capacity, which in the year 2000 was 17 GW, has in just 15 years increased roughly 25 times and has been able to reach 432 GW in 2015. This increase means an annual increase of around 25%.
When looking at practices for making to encourage renewable energy investments in the world, we see that financial incentives through tariffs (feed-in-tariff) that support electricity production in particular and regulations (renewable-portfolio-standards) that ensure that companies give a mandatory share to renewable energy sources in their electricity production portfolios are coming into prominence.
The most significant incentive application to the sector in Turkey is the giving of long-term, USD-based guarantees of purchase for electricity to be produced from renewable energy sources through specially determined tariffs. Furthermore, a special tariff is increasingly being applied if equipment used for renewable energy production investments is made in Turkey.
In the scope of the rising demand for energy today, one of the most important sources that is a core source for every country and is preferred with regards to it being a renewable energy source is wind energy. The sustainable incentive mechanisms for ensuring the increase of wind energy in the share of electricity consumption are inevitable. In this study, electricity prices were analysed in the scope of different scenarios with incentive mechanisms of wind plants in the Electricity Market of Turkey being investigated through the APLUS Computer Program.
The APLUS Computer Program is a comprehensive piece of software and all algorithms were developed by APLUS Energy. It is a program that enables the modeling of the Electricity Sector of Turkey, the carrying out of analysis, the analysis of predictions for the future, and dual analysis for following the market. With the APLUS Computer Program, sector analysis, estimation modeling of electricity prices, estimation modeling of electricity demand, administration regime optimization models, and portfolio optimization models can be analyzed.
The methodology of the program was developed on the fundamental model understanding and facilitates the determination of the spot price based upon the marginal price foundation at the point where supply and demand are crossed at the relevant time. In this context, annual demand predictions are made in particular. After demand definitions are predicted annually and broken down to hourly profiles, the production estimation is made for the supply definition. In this scope, production estimations are made by taking the capacity factors of renewable type plants like wind, geothermal, river-type hydro, and biomass, with capacity factors related in particular to import and export into consideration. After this, the predicted production of Build Operate Transfer and Build Operate type plants and the estimated production of reservoir-type hydro plants assumed to produce at peak hours are calculated. These production estimations predicted for coming years are collected and taken from estimations of demand. The remaining demand amount is matched with the capacity at disposal that thermal plants ordered according to a marginal price basis offer to the market at relevant times. In this manner, the marginal cost of the relevant plant at points when supply crosses demand creates the spot market price for that hour.
Legislative regulations have been brought in directed at increasing the use of renewable energy in Turkey and improving energy efficiency. For wind plants that are to go into operation before 2020, a 10-year promotional purchase guarantee of 73 $/MWh starting from the date the plant commences operation is being given. Furthermore, if all the mechanical and/or electromechanical parts to be used in the wind turbines are made domestically, additional incentives are being implemented for a 5-year period on the fixed purchase price.
With the aim of examining the effect of the encouraging of electricity production from wind energy on the electricity market, change in the increase of the installed capacity between 2016 and 2025 is being predicted and it has been observed in the forecast that if the purchase guarantee incentives would change for wind energy plants that are to be brought into operation is to continue that spot electricity market prices are effected. 
In the scope of the purchase guarantee incentive, the increasing of the share of the installed capacity of wind energy in the total installed capacity shows a supressing effect in lowering spot electricity market prices. With regards to clean, quality, cheap, and continuous production of electricity, the increase of renewable energy sources in electricity production can be received positively. However natural resources such as wind and the sun are variable in terms of productivity. If days when the sun shines and winds blow do not match days when the demand for energy in the country is high, unexpected power cuts can be experienced. For this reason, it must be planned for the role of renewable energy to support base load electricity plants in a continuous and sustainable energy portfolio.
As a result, so long as the purchase guarantee incentives given for electrical energy produced from wind energy continue in the Turkish Energy Market, it has been simulated with the APLUS Computer Program based on the different scenarios that electricity prices in the spot market will be effected between the years 2016 and 2025. A dynamic mechanism is needed for the sustainable incentive mechanism.