Türkiye için temiz enerjiye geçiş sürecinde bir optimizasyon model önerisi
An optimization model proposal for clean energy transition in turkey
Yazar: YAĞMUR TORUL YÜREK
Danışman: DOÇ. DR. BAHAR ÖZYÖRÜK
Gazi Üniversitesi / Bilişim Enstitüsü / Yönetim Bilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Dünya nüfusunun hızla artması ve teknolojik ilerlemelere bağlı olarak artan yaşam standartları sonucunda enerji ihtiyacı da giderek artmaktadır. Doğal gaz ve petrol, küresel enerji talebini sağlayan iki temel fosil yakıt türüdür. Ancak küresel iklim değişikliği ve artan çevre sorunları nedeniyle fosil yakıt ikamelerinin geliştirilmesi gerekliliği giderek acil hale gelmiştir. Bu anlamda yenilenebilir enerji kaynakları uygun bir alternatif olarak değerlendirilebilir. Bu nedenle birçok ülke tarafından yenilenebilir enerjiye geçişe yönelik planlar, düzenlemeler ve hedefler geliştirilmektedir. Bunlardan biri, AB tarafından 2019'da açıklanan (Green Deal) "yeşil mutabakattır". Yeşit mutabakat çerçevesinde AB, 2050 yılına kadar net sıfır emisyona ulaşmayı hedeflemiş ve bu çerçevede son derece iddialı yenilenebilir hedefler konulmuştur. Benzer şekilde, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi (COP21) 2015 yılında Paris'te kabul edilmiş ve bu kapsamda, tüm ülkelerin katkı sağlaması gereklilik olarak belirlenmiştir. Paris Anlaşması'nı imzalayan ülkelerden biri olan Türkiye, bu kapsamda ulusal emisyon katkısını beyan etmiş ve ayrıca Yeşil Mutabakat Eylem Planı geliştirerek enerji dönüşümü hedeflerini arttırmıştır. Ancak temiz enerji kaynaklarına geçiş, uzun vadeli güçlü bir enerji stratejisinin oluşturulmasını ve verimli kaynak planlamasının yapılmasını gerektirmektedir. Sürdürülebilir enerji planlarının uygulanabilirliği sosyal ve çevresel faktörlerden büyük ölçüde etkilenmektedir. Bu nedenle bu planlama, yenilenebilir enerji kaynaklarının sadece teknik ve ekonomik özelliklerini değil aynı zamanda toplum ve çevre üzerindeki etkilerini de dikkate almalıdır. Bu çalışmada, birden fazla çelişen hedeflerin üstesinden gelmek için tüm hedefleri aynı anda dikkate alabilen çok amaçlı optimizasyon teknikleri kullanmaktadır. Çalışmada, 2022-2030 planlama ufku için, enerji üretimini hem mevcut hem de depolama entegreli enerji santralleri dahil olmak üzere 13 enerji santrali alternatifine tahsis etmek için çok amaçlı bir doğrusal programlama modeli önerilmektedir. Sistem esnekliğine ve kararlılığına katkılarından dolayı bu alternmatif tesislere hibrit sistemler ve batarya depolama sistemleri dahil edilmiştir. Önerilen modelin dört ana hedefi, çalışmada belirlenen alternatif tesis tipleri için maliyetleri en aza indirmek, sosyo-politik indeksi en üst seviyeye çıkarmak, sürdürülebilirlik indeksini en üst seviyeye çıkarmak ve pik yük tepkisini en büyüklemek olarak belirlenmiştir. Sosyo-politik ve sürdürülebilirlik indeksleri sosyal, politik, ekonomik ve çevresel konuları aynı anda dikkate alan kapsamlı bir değerlendirme sağlamaktadır ve en çoklanacak hedefler olarak belirlenmiştir. Çalımada ayrıca bu iki indeks değerleri ÇKKV tekniklerinden AHP ve TOPSIS yöntemlerinin Pisagor bulanık setlerle entegre edilmesi yaklaşımıyla hesaplanmıştır. Araştırmanın bulgularına göre rüzgar ve güneş enerjisi, üretilen toplam elektriğin %34'ünü oluşturmaktadır. Bu durum, son yıllarda rüzgar ve güneş enerjisinin daha popüler hale geldiği ve artan maliyet rekabetçiliği nedeniyle önemli yatırımların yapılmakta olduğu küresel trendlerle uyumludur. İkinci sırada yer alan hidroelektrik kaynaklar ise üretimin yüzde 30'unu sağlanmaktadır. Ayrıca hibrit alternatifler de üretim kapasite tahsis planlamasına öne çıkmaktadır. Bu sonuç, hibrit alternatiflerin mevcut tesislere ilave edilmesinden kaynaklanan, diğer alternatiflere göre nispeten daha düşük birim üretim maliyetleriyle açıklanmaktadır. Ayrıca model, çoğunlukla mali nedenlerden dolayı, yeni tesislerin geliştirilmesi yerine halihazırda faaliyette olan santrallerden elektrik üretiminin tercih edildiğini göstermektedir. Depolama sistemlerinin (batarya enerji depolama sistemleri) sıralamada daha geride kalması ise, daha düşük sosyo-politik ve sürdürülebilirlik indeks puanlarının yanı sıra daha yüksek birim üretim maliyetlerinden kaynaklanmaktadır. Her ne kadar üretimin çoğunluğu mevcut ve hibrit tesislerden sağlansa da, batarya enerji depolama sistemlerinin Türkiye'de nispeten yeni bir teknolojiyi temsil ettiğini ve gelecekte sistem dayanıklılığını artırma potansiyeline sahip olduğunu belirtmek önemlidir.

Abstract:
The need for energy is increasing as the world's population grows rapidly and living standards rise as a result of technological advancements. Natural gas and petroleum are the two main types of fossil fuels that provide the global demand for energy. However, the necessity to develop fossil fuel substitutes is become increasingly urgent due to global climate change and growing environmental issues. In that sense, renewable energy sources can be considered a viable alternative. Plans, regulations, and targets for the green energy transition are therefore being generated by many countries. One of them is the EU's green agreement, which was unveiled in 2019. The EU intends to achieve net-zero emissions by 2050 and has set extremely ambitious renewable targets within the framework of the Green Agreement. In a similar vein,  COP21 was adopted in Paris in 2015, implying that contributions from all countries were necessary. As a signatory to the Paris Agreement, Turkey has established emission targets and increased its energy transformation goals by developing a Green Deal Action Plan. However ,switching to clean energy sources calls for the creation of a strong long-term energy strategy and efficient resource planning. The viability of sustainable energy plans is greatly influenced by social and environmental factors, thus this planning must take into account not just the technical and economic characteristics of renewable energy resources but also their effects on society and the environment. This paper investigates the use of multi-objective optimization techniques, which are renowned for their capacity to concurrently take into account several objectives, in order to overcome these issues. For the planning horizon of 2022 to 2030, we provide in this study a MOLP (multi objective linear programming) model to distribute the generation of energy among 13 power plant alternatives, including both current and storage-integrated power plants. Because of their contributions to system flexibility and stability, hybrid systems with two source of  renewable energy and battery energy storage systems were included in the selection of these solutions. The four main goals of the proposed model are to minimize costs, maximize the socio-political index, maximize the sustainability index, and respond to peak loads for the alternatives that are presented. Socio-political and sustainability indexes provide a comprehensive assessment that simultaneously takes into account social, political, economic and environmental issues and have been identified as the targets to be maximized. In the study, these two index values were also calculated by integrating AHP and TOPSIS methods, which are MCDM techniques, with Pythagorean fuzzy sets. According to the study's findings, wind and solar energy account for 34% of the total electricity generated. This is consistent with a global trend in which wind and solar energy have become more popular and have attracted significant investments as a result of their rising cost competitiveness in recent years. Thirty percent of the generation comes from hydroelectric resources, which come in second. Storage systems and two-source hybrid alternatives also play important roles. This result can be explained by the comparatively reduced unit production costs that come from hybrid alternatives' ability to utilise already-existing resources. In addition, the model shows that, mostly due to financial reasons, electricity generation from currently operating power plants is preferred over the development of new facilities. Notably, poorer rankings for storage systems—battery energy storage systems—come from lower socio-political and sustainability index scores as well as higher unit generation costs. Even though the majority of generation presently comes from existing and hybrid facilities, it is crucial to keep in mind that battery energy storage systems represent a relatively new technology in Turkey, with the potential to improve system resilience in the future.