Yenilenebilir enerji planlaması için bütünleşik çok amaçlı bir karar modeli önerisi

Hızla artan enerji ihtiyacının, sınırlı rezervleri bulunan fosil kaynaklı yakıtlarla karşılanması her geçen gün güçleşmekte ve enerjide sürdürülebilirliği engellemektedir. Fosil kaynakların kısıtlı doğası, maliyetli yapısı, dışa bağımlılığı artırması ve sera gazı etkisi gibi birtakım dezavantajları yüzünden yenilenebilir enerji kaynaklarına olan farkındalık artmıştır. Sürdürülebilir bir enerji planlaması için yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Yenilenebilir enerji kaynakları yerli kaynak olmaları, enerjide arz güvenliğini sağlamaları, çevresel kaygıları azaltmaları ve Kyoto Protokolü gibi uluslararası anlaşmalara uyum sağlanması bakımından ülkelerin enerji politikalarında büyük bir öneme sahiptir. Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA – "International Energy Agency") göre 2020 yılında dünyada tüketilen enerjinin dörtte biri yenilebilir enerji kaynaklarından sağlanacaktır. Artan enerji ihtiyacının uzun vadeli enerji politikaları gereği yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanması planlanmaktadır. Türkiye'de elektrik tüketimi nüfus, sanayileşme ve gelir seviyesine bağlı olarak sürekli artış göstermektedir. Yapılan tahminlere göre, Türkiye elektrik enerjisi tüketimi on beş yıldan daha kısa bir süre içinde yaklaşık iki kat artacağı öngörülmektedir. Bu yüzden, alternatif enerji politikalarının geliştirilmesine, doğru ve güvenilir talep tahmin çalışmalarının yapılmasına ve uzun vadeli yatırım planlarının oluşturulmasına ihtiyaç vardır. Türkiye yenilenebilir enerji potansiyeli yüksek olan bir ülkedir, elverişli iklim koşulları sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yatırım yapılmasını kolaylaştırmaktadır. Yerli ve çeşitli türde mevcut olan yenilenebilir enerji kaynak potansiyelinin etkin biçimde değerlendirilmesi Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı'nın yayınladığı enerji stratejileri arasındadır ve mevcut enerji planlaması bu doğrultuda gerçekleşmektedir. Enerji planlama, enerjinin üretilmesi, iletilmesi, dağıtılması gibi çeşitli süreçleri kapsayan farklı paydaşların amaçlarını aynı anda iyileştirmeye çalışan karmaşık bir yapıya sahiptir. Böyle karmaşık ve çok boyutlu enerji problemleriyle başa çıkmak güçtür. Enerji planlamasında, enerji sektöründeki politika yapıcılar (karar vericiler, yöneticiler) etkin bir enerji arz zinciri mekanizması oluştururken tüm faydaları ve kayıpları dengelemelidir. Çok amaçlı karar verme yaklaşımları, çelişen amaçlar arasında denge kurulmasına olanak tanır. Bu çalışmada, çok amaçlı karar verme yaklaşımları kullanılarak bir yenilenebilir enerji yatırım planlama modeli önerilmektedir. Önerilen bütünleşik çok amaçlı karar verme modeli uzun vadeli sürdürülebilir enerji hedefleri doğrultusunda toplam elektrik üretim maliyeti, elektrik üretim-tüketim bölgeleri arasındaki mesafe, yenilenebilir enerji kaynak potansiyeli, sosyal-çevresel etki faktörü ve kaçınılan karbon emisyonu gibi çelişen birçok amacı iyileştirmeye çalışmaktadır. Çalışmada mevcut yenilebilir enerji kaynak potansiyelinden maksimum seviyede yararlanılması ve atıl kaynakların değerlendirilerek ülke ekonomisine kazandırılması beklenmektedir. Geliştirilen model, yenilenebilir enerji kaynaklarını teknik, ekonomik, sosyal ve çevresel perspektiften değerlendirerek yirmi bir elektrik dağıtım bölgesine sahip Türkiye örneği üzerinde bir kaynak optimizasyonu oluşturmaktadır. Literatürde enerji planlama çalışmalarının çoğunda fosil enerji kaynaklarının veya fosil ve yenilenebilir enerji kaynaklarının birlikte değerlendirildiği gözlenmektedir. Yalnız yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik çalışmalar son yıllarda artış gösterse de sınırlı sayıdadır ve çalışmaların çoğunlukla Türkiye dışındaki ülkeler için ele alındığı görülmektedir. Dolayısıyla sunulan çalışmalarda enerji planlama modelleri o ülkenin kendi karakteristik özelliklerine, yerel kaynaklarına, bölge halkının istihdam oranına ve yenilenebilir enerjiye gösterdikleri reaksiyona (sosyal kabul faktörü) göre değişiklik göstermektedir. Türkiye gibi gelişmekte olan ülkelerde enerji piyasası yeni şekillendiğinden enerji verilerine ulaşmak kolay değildir. Enerjiyle ilgili farklı kaynaklardan toplanan verilerin sistematik bir yaklaşımla değerlendirilip analiz edilmesi çalışmanın bir diğer katkısı olarak sunulabilir. Çalışmada öncelikle, Türkiye enerji sektörü değerlendirilerek alternatif enerji stratejileri oluşturulmuştur. Buna göre yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji arzı içindeki payının arttırılması önemli bir strateji olarak ortaya çıkmıştır. Ardından Türkiye'nin 2023 yılında (kısa dönem), 2030 yılında (orta dönem) ve 2050 yılında (uzun dönem) ortaya çıkacak elektrik ihtiyacı geleneksel yaklaşımlar, yapay zeka yöntemleri ve hibrid yaklaşımlarla tahmin edilmiştir. Tahmin doğruluğu bakımından yöntemler karşılaştırıldığında probleme özgü geliştirilen hibrid Holt-Winters-Genetik algoritma yöntemi ve başarılı bir makine öğrenme yöntemi olan destek vektör regresyonu ile yapılan tahminlerin daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir. Buna göre elde edilen bölge talep bilgileri geliştirilen matematiksel modelde kullanılmıştır. Bu çalışmada yer alan kriterlerin belirlenmesi ve alternatiflerin değerlendirilmesi enerji sektörünün önde gelen kurum ve kuruluş yetkilileriyle yapılan görüşmeler neticesinde belirlenmiştir. Daha sonra sosyal-çevresel etki faktörü kararsız bulanık TOPSIS yöntemi ile değerlendirilmiştir. Bulanık küme yaklaşımı kesin olmayan ve kısıtlı veri kümesinde, dilsel terimlerle değerlendirmede başarılı sonuçlar sağladığı için tercih edilmiştir. Ele alınan çok amaçlı modelde belirlenen amaçların önem derecesi modelin çözümünde önemli bir etkiye sahiptir. Amaçların önem dereceleri Analitik Hiyerarşi Süreci yöntemiyle hesaplanmıştır. Geliştirilen çok amaçlı karma tam sayılı doğrusal programlama modeli uzlaşık programlama yöntemi kullanılarak GAMS'in CPLEX çözücüsü ile çözülmüştür. Model tutarlılığı ve sonuçların sağlamlığı (gürbüzlüğü) duyarlılık analizi ve senaryo analizleri ile test edilmiş ve modelin başarılı sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Mevcut çalışmalar incelediğinde, talep tahmini, bulanık yaklaşımlar ve çok kriterli/çok amaçlı karar verme yaklaşımlarını bütünleşik bir yapı ile birleştiren, ülke düzeyinde sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmak için geliştirilmiş bir yenilenebilir enerji yatırım planlama modeline rastlanmamıştır. Önerilen çok amaçlı karar verme yaklaşımında, ülkenin mevcut gereksinimleri dikkate alınarak bir yenilenebilir enerji kaynak optimizasyonu sağlanmaktadır. Çalışmanın bilimsel yöntemlere dayanan çok aşamalı deterministik yapısı sayesinde, bu alanda çalışacak araştırmacılara ve politika yapıcılara yol göstermesi beklenmektedir.