Türkiye'de alternatif santral kapasitelerinin ve bölgelere göre dağıtımlarının optimizasyonu

Abstract

Elektrik enerjisine olan ihtiyaç, ekonomik büyüme, nüfus artışı ve sosyal gelişim ile sürekliolarak artmaktadır. Elektrik talep artışının karşılanması, elektrik üretim sistemlerinin kapasitebüyüme problemi olarak adlandırılmıştır. Problem, öneminden dolayı farklı yöntemlerle elealınmış ve çözülmeye çalışılmıştır. Kapasite ilavesinde alternatif teknolojilerin fazla olması vebu alternatiflerin ekonomik ve teknolojik karakteristiklerinin farklılığı, probleminoptimizasyon problemi olarak ele alınmasını gerektirmiştir. Probleme etki edenparametrelerin fazlalığı, kullanılan optimizasyon yöntemlerinin uygulanabilmesi için bazıkabullerin yapılmasına neden olmuştur. Yapılan bu kabuller sonuçların doğruluğunu veuygulanabilirliğini azaltmaktadır. Literatürdeki çalışmalarda kapasite-maliyet ilişkisi, kaynakrezerv kısıtları, kapasiteler için maksimum ve minimum üst sınırlar, hidroelektrik santrallariçin kapasitelerin bölünemeyeceği, tüm kaynakların gerçek değerleri, santralların inşaatsüreleri ve harcama dağılımları ihmal edilmiş yada yönteme uygun olacak şekildedeğiştirilmiştir. Özellikle tüm lineer optimizasyon yöntemlerinde, yük süre eğrisinin yapısıbozularak basamak fonksiyonuna dönüştürülmesi çözümlerde hatalara neden olmaktadır.Ayrıca optimizasyon modellerinde santralların kurulacağı yer karar değişkenleri arasınaalınmamıştır. Halbuki, elektrik üretim ile tüketim yerleri arasındaki uzaklığa bağlı olarakkayıplar artmaktadır. Bu nedenle optimizasyonda arasında santralların kurulacağı yerlerinbulunması gereklidir.Bu çalışmada, literatürdeki çalışmalarda ihmal edilen yada değiştirilen kabullerdenkaynaklanan eksikliklerin giderilmesi amacı ile elektrik üretim sistemlerinin kapasitebüyümesi ele alındı. Kapasite büyüme probleminin sonuçlarına, mevcut santralların yıliçindeki çalışma süreleri ( yük sıraları ) etkilediğinden, mevcut ve ilave santralların yüksıralarının belirlenmesi de karar değişkenleri arasına eklenmiştir. Kapasite büyüme ve yüksıralamasının belirlenmesi için oluşturulan amaç fonksiyonu, mevcut ve ilave santralların birdeğere getirilmiş birim üretim maliyetlerinin ağırlıklı ortalamasının minimum yapılmasınıhedefler. Bu amaçla, santralların inşaat başlangıcı ile ekonomik ömürleri boyunca yapılan tümyatırım, yakıt, işletme ve bakım harcamaları iskonto edilerek, işletmeye alındıkları tarihegetirilmiştir. Bugünkü değere getirilmiş toplam ömür boyu masraflar, santralın ekonomikömrüne eşit seriye dönüştürülerek yıllık eş değere getirilmiş masraf elde edilmiştir. Yıllık eşdeğere getirilmiş masraf, santralın yükleme sıralamasına göre belirlenen elektrik üretimmiktarına dağıtılarak, bir değere getirilmiş birim elektrik üretim maliyeti hesaplanmıştır.Amaç fonksiyonunu gerçekleyen ve kaynak rezerv kısıtlı algoritma hazırlanarak Visual Basic6 dili ile program yazılmıştır. Oluşturulan modelin girdileri, santral tiplerine ait kapasite-yatırım ilişkisi, yakıt tüketim bilgileri, işletme ve bakım bilgileri, ekonomik veriler, kaynaktürleri için kalite ve fiyat bilgileri, yıllık talep miktarları ( yük süre eğrisi) ve mevcut elektriküretim sistemindeki santrallardır. Modelin karar değişkenleri, ilave santralların tipi, kapasitesi,yılı, kurulacağı bölge ve tüm santralların yükleme sıralamasıdır. Modelde santralın kurulacağıbölgeler belirlenemeye çalışıldığı gibi, modelin oluşturulmasında bölgesel planlamalara dauygunluğu sağlanmıştır.Oluşturulan genel modelin bir uygulama çalışması Türkiye elektrik sistemi için yapılmıştır.2000-2010 yılları arasındaki dönemde yapılması uygun olan santral tipleri, kapasiteleri,yılları, bölgeleri ve tüm santralların yük sıraları belirlenmiştir. Türkiye'nin kaynak rezervleri,talep gelişimleri, mevcut elektrik üretim sistemi ve bölgesel tüketim bilgileri geçmiş yıllarınve literatürdeki bilgilerin analizi ile elde edilerek optimizasyon modelinin hesaplamalarıyapılmıştır. Kömür ve doğalgaz fiyatlarında eskalasyon alınmadığı durumda, yapılacak santraltiplerinin tamamı doğalgaz yakıt kullanan kombine çevrim ve basit gaz türbinli santrallarolarak elde edilmiştir. Bu yıllar arasında Türkiye için en düşük birim elektrik üretimmaliyetinin ortalaması 44.72-47.38 arasında mills/kWh değişmektedir. Bu durumdaxiiisantralların yapılacağı bölge analizlerinde toplam tüketim içinde en büyük paya (% 39.2) veen büyük tüketim artış hızına (%14.94) sahip olan Marmara bölgesi ön plana çıkmaktadır. Bubölgede hidroelektrik ve linyit rezervlerinin yok denecek kadar az olması, doğalgaz hatlarınınbu bölge için planlanmasını zorunlu hale getirmiştir. Doğalgazın toplam kurulu güç (2010 yılıiçin %87.8) ve üretim içindeki payının (2010 yılı için %84.3) artması Türkiye'nin gelecekteithal enerji kaynaklarına olan bağımlılığını artıracaktır. Modelin çalıştırılması sonucunda heryıl için elektrik üretim santrallarına yapılması gerekli yatırım miktarları elde edilmiştir.Modelin duyarlılık analizi için doğalgaz fiyatında alınan % 2'lik eskalasyon, linyit yakıtlısantralların planlamada öncelik almasına neden olmuştur. 2007 yılına kadar yerli linyitkapasitesinin tamamı kullanılmış ve bu yıldan sonra doğalgaz yakıtlı santralların kurulmasıgerektiği ortaya çıkmıştır.