Elektrik üreticileri perspektifinden uzun dönem elektrik üretimi yatırımlarının planlanmasına yönelik bir karar destek modeli

Merkezi bir yapıda elektrik arzının güvenli bir şekilde sağlanabilmesi için araştırmacılar; pek çok elektrik üretimi genişleme planlaması modelli geliştirmişlerdir. Bu modellerde, genellikle, ekonomik kriterler göz önüne alınarak, 10-30 yıllık bir planlama ufkunda, güvenirlik kriterleri dahilinde talep artışını karşılayacak ilave kurulu güç kapasitelerin inşası için en uygun teknolojiyi, kapasite boyutunu, yatırımın zamanlamasını en düşük maliyetle belirleyecek bir kapasite planı elde edilmektedir. Fakat günümüzde, elektrik piyasalarının serbestleştirilerek rekabete açılması, elektrik enerji sistemlerinin işletilmesinde ve organizasyonunda büyük değişimler yaratmıştır. Serbestleştirilmiş elektrik üretim sektörünün genişleme planlamasını, iki aşamada ele almak mümkündür. İlk aşamada bireysel yatırımcılar, yatırım planlarını karlarını maksimize edecek şekilde piyasa yapısına uygun olarak gerçekleştirmektedir. Planlama sürecinin ikinci aşamasında ise genellikle mevcut iletim kaynakları bilgilerine erişimi olan, kuralları belirli bağımsız sistem işletmecisi, yatırımcıların bireysel yatırım planlarını değerlendirmektedir. Sistem işletmecisinin sorumluluğundaki ikinci aşamayı yatırım planlarının onaylanması ve koordinasyon süreci şeklinde adlandırmak mümkündür. İkinci aşamanın sonucunda önerilen yatırımlar onaylanır veya reddedilir. Bazı durumlarda bireysel yatırımcıların yatırım tekliflerini revize etmelerine bir fırsat sağlamak amacıyla iki aşama arasında tekrarlı mekanizmalar olabilir. Dünyadaki elektrik piyasası serbestleştirme eğilimlerine paralel olarak, Türkiye elektrik piyasasında 2006 2009 yılları arasında yaşanan geçiş sürecinin ardından merkezi yapıdan liberal bir yapıya geçiş için büyük adımlar atılmıştır. Türkiye gibi serbestleşme sürecinin devam ettiği elektrik piyasalarında; bireysel yatırımcının bakış açısıyla modellenmiş, yatırımcının halihazırda mevcut santrallerinin ve yeni yatırımlarının karlılıklarını dikkate alacak, yatırım planlama modellerine ihtiyaç vardır. Bu nedenle doktora tezinin odak noktası; serbestleştirilmiş bir elektrik piyasasında, elektrik üretim şirketlerinin bağımsız sistem operatörüne sunacakları bireysel yatırım planlarını oluşturdukları elektrik enerjisi üretimi genişleme planlamasının birinci aşamasıdır. Yürütülen kapsamlı literatür taraması sonucunda, serbestleştirilmiş elektrik piyasaları için geliştirilen modellerin; elektrik üretimi genişleme planlaması problemlerinin çözümünde, spot elektrik piyasasındaki fiyatları dikkate aldığı tespit edilmiştir. Fakat Türkiye elektrik piyasası yeniden yapılandırılırken Pennsylvania New Jersey Maryland, New York, New England ve Kaliforniya elektrik piyasaları gibi dünyada pek çok örneği bulunan, elektrik ticaretinin ikili anlaşmalar ve organize piyasalar ile yürütüldüğü melez bir piyasa yapısı hedeflenmiştir. Farklı elektrik toptan satış piyasalarının bir arada bulunduğu melez elektrik piyasalarında, elektrik üretimi genişleme planlaması problemlerinde hangi piyasadaki fiyata göre planlamanın yapılacağı önemlidir. Çünkü uzun dönemde, fiyatlar benzer artış eğilimi gösterse de farklı seviyelerde seyretmektedirler. Bu durumda seçilen fiyata göre yatırımın fizibilitesi farklılık göstermektedir. Doktora tezinde, serbest elektrik enerjisi üreticisinin bireysel yatırım planlarını oluştururken karşılaştığı optimizasyon problemi; güç satışının ikili anlaşmalar ve Gün Öncesi Piyasası aracılığı ile gerçekleştirildiği bir elektrik toptan satış piyasasında, yatırım kararlarıyla birlikte üreticinin halihazırda mevcut üretim birimlerine ilişkin iyileştirme kararları verilebilecek şekilde modellenmiş ve çözüm önerileri sunulmuştur. Serbest elektrik enerjisi üreticilerinin farklı elektrik toptan satış piyasalarındaki faaliyetlerini dikkate alarak bireysel yatırım karar problemlerini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamış olması tezin özgün değerlerinden biridir. Serbest elektrik enerjisi üreticisi perspektifinden ele alınan uzun dönemli yatırım karar probleminde; üreticinin faaliyetlerini gerçekleştirirken hidroelektrik, rüzgar, doğalgaz ve linyit kaynaklı olmak üzere dört farklı elektrik enerjisi üretim teknolojisini kullanacağı kabul edilmiştir. Diğer elektrik enerjisi üretim teknolojileri de değerlendirmeye alınmak istendiği durumlarda, tezde yer alan uzun dönemli yatırım planlama modellerine, ilgili teknolojilerin elektrik enerjisi üretimini etkileyen teknolojik kısıtları ilave edilebilir. Bu durumda üretim portföyüne dahil edilmesi düşünülen farklı santral türüne ait teknolojik kısıtlar haricinde modellerin temel yapısı aynı kalacaktır. Bu çerçevede, 10 yıllık planlama ufku için üç farklı uzun dönemli yatırım planlama modeli geliştirilmiştir. Tez içerisinde 'Serbest elektrik enerjisi üreticisi için yatırım planlama modeli' şeklinde adlandırılan ilk model; planlama ufku boyunca bir yıllık periyotlarla aday üretim birimi yatırım kararlarının ve ekonomik ömrünü dolduran üretim birimlerine ilişkin iyileştirme kararlarının verilebildiği karma tamsayılı doğrusal programlama modelidir. Modelin karma tamsayılı yapısı sayesinde elektrik enerjisi üretim teknolojilerinin kesikli doğası dikkate alınabilmektedir. Serbest elektrik enerjisi üreticisinin halihazırda mevcut üretim birimlerinin ve yeni yatırımlarının karlılıkları ve farklı elektrik toptan satış piyasasındaki işlemleri geliştirilen bu modele dahil edilmiştir. Doktora tezi kapsamında geliştirilen ikinci model 'serbest elektrik enerjisi üreticisi için orta vadeli planlamaları dikkate alan yatırım planlama modeli' şeklinde adlandırılmıştır. Planlama ufkunda kısa alt dönemlerin varlığı planlama riskini, özellikle Türkiye gibi değişim ve dönüşümün devam ettiği elektrik piyasalarında, azaltmaktadır. Tezde yer alan ilk modele ek olarak, önerilen ikinci modelde planlama ufku yıl ve ay olmak üzere iki alt periyottan oluşmaktadır. Geliştirilen bu modelde planlama ufkunun bir aylık kısa alt dönemlere ayrılmış olması; serbest elektrik enerjisi üreticisinin uzun vadeli yatırım planlarıyla birlikte toplam karın beklenen değeri üzerinde etkili orta vadeli bakım çizelgeleme ve satış stratejisi çerçevesinde oluşturulmuş orta vadeli satış planlama kararlarının değerlendirilmesine imkan vermektedir. Yürütülen literatür taraması sonucunda serbest elektrik enerjisi üreticilerinin uzun dönemli yatırım planlama kararlarıyla birlikte orta vadeli satış planlama ve bakım çizelgeleme karar problemlerini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamış olması tezin özgün değerlerinden bir diğeridir. Doktora tezinin amacı doğrultusunda geliştirilen son model, 'serbest elektrik enerjisi üreticisi için bulanık yatırım planlama modeli' şeklinde adlandırılmıştır. Serbest elektrik enerjisi üreticisi ve üreticinin uzun dönemli yatırım kararları içinde bulunduğu çevreden bağımsız düşünülemez. Ekonomik çevredeki ve elektrik enerjisi endüstrisindeki değişimler, serbest elektrik enerjisi üreticisinin optimal amaç fonksiyonu değerini etkileyecektir. Böyle bulanık bir çevrede serbest elektrik enerjisi üreticisinin mevcut karlılığını ve mevcut maliyet durumunu iyileştirmek amacıyla, amaç fonksiyonunu maksimize veya minimize etmek yerine, kesin olarak tanımlanamayan bir amaç fonksiyonu istek düzeyine ulaşmasının modellenmesi daha gerçekçi olacaktır. Ekonomik çevredeki ve elektrik enerjisi endüstrisindeki bulanıklıklara ek olarak; serbest elektrik enerjisi üreticisinin faaliyet gösterdiği coğrafyada doğa koşullarındaki değişim, özellikle yenilenebilir kaynakları kullanan santrallerin elektrik enerjisi üretim miktarını etkilemektedir. Türkiye küresel iklim değişikliğinden, özellikle su kaynakları bakımından ciddi şekilde olumsuz etkilenmesi beklenen Akdeniz Havzası'nda bulunmaktadır. İklim değişikliğinin yarattığı yaz sıcaklıklarındaki artış, kış yağışlarındaki azalış ve yüzey sularının kaybı nedeniyle, Türkiye'nin hidroelektrik potansiyelinin önemli bir bölümünün bulunduğu Güney, Güneydoğu ve Batı bölgelerinde kuraklık gibi aşırı hava olaylarının sıklığının, şiddetinin ve süresinin artması beklenmektedir. Ayrıca, yatırımcılar gerekli görüldüğünde kredi olanaklarını kullanarak veya öz sermayeleri ile yatırım bütçelerinde belirli bir artışa tolerans gösterebilecek şekilde planlamalarını yapmaktadırlar. Serbest elektrik enerjisi üreticisinin amaç fonksiyonu ile hidroelektrik güç çıktısı ve bütçe kısıtlarındaki bulanıklıklar nedeniyle, doktora tezi kapsamında, son olarak, bulanık amaç fonksiyonlu ve bulanık kısıtlayıcılı orta vadeli planlamaları dikkate alan uzun dönemli yatırım planlaması modeli geliştirilmiş ve Zimmermann yaklaşımı kullanılarak çözülmüştür. Literatürde iklim değişikliğinin hidroelektrik üretim miktarı ve planlanan hidroelektrik yatırımların finansal performansı üzerindeki potansiyel etkileri incelenmiştir. Fakat literatür taraması sonucunda, iklim değişikliğinin oluşturduğu tehdit karşısında hidroelektrik yatırımlarının diğer elektrik enerjisi üretim teknolojileri ile ikamesini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır. Hidroelektrik üretim birimlerinin güç çıktı miktarına ilişkin bulanıklık, diğer bir deyişle kuraklık beklentisi arttıkça serbest elektrik enerjisi üreticilerinin uzun dönemli yatırım planlama karalarındaki değişimin incelenmesi tezin özgün değerlerinden bir diğeridir. Tez kapsamında geliştirilen modeller GAMS 23.5 programında kodlanmış ve serbest elektrik enerjisi üreticisinin uzun dönemli yatırım planlama modelinin farklı parametre değerleri için koşularak senaryo analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, GAMS 23.5 programında CPLEX Academic Studio 12.0. 1 çözücüsü kullanılarak elde edilen çözüm sonuçları sayesinde serbest elektrik enerjisi üreticisinin karar verici mercilerine: hangi aday üretim birimine ne kadar kapasiteyle ne zaman yatırım yapılması, ekonomik ömrünü dolduran hangi üretim biriminin iyileştirileceği, hangi üretim biriminin ne zaman ne kadar güç üretmesi, üretilen gücün ne kadarının hangi elektrik toptan satış piyasasında satılması ve hangi üretim biriminin ne zaman bakıma alınması gibi stratejik planlama sorularının yanıtları sunulabilmektedir.