Ülkemiz yerli enerji kaynaklarının yeni teknolojilerle değerlendirilmesi sonucunda oluşacak sera gazı azaltım potansiyelinin belirlenmesi ve maliyet analizleri

Abstract

İklim değişikliği, 21. yüzyılda küresel ölçekte karşılaşılan en önemli ve acil sorunlardan biri olarak değerlendirilmektedir. Bu çerçevede oluşturulan Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi kapsamında 2015 yılında kabul edilen Paris Anlaşması ile, sanayi öncesi düzeye göre küresel ortalama sıcaklık artışını 2°C'nin çok altında, tercihen 1,5°C'de tutmak amacıyla ülkeler sera gazı emisyonlarını azaltmaya davet edilmiştir. Elektrik üretim sektörü antropojenik sera gazı emisyonlarının yaklaşık %34'ünü oluşturduğu için Paris Anlaşması hedeflerine ulaşılması açısından elektrik üretim altyapısının düşük emisyonlu alternatif teknolojiler ile dönüştürülmesi gerekmektedir. Gelişmekte olan bir ülke olarak Türkiye, toplam sera gazı emisyonlarını 2030 yılına kadar beklenen seviyeye kıyasla %41 oranında azaltmayı taahhüt etmiştir. Fosil yakıtlara dayalı elektrik üretimi kaynaklı sera gazı emisyonları Türkiye'nin toplam sera gazı emisyonlarının yaklaşık %25'ine tekabül etmekte olup, elektrik üretim sektöründe yüzyılın ortasına kadar net sıfır hedeflerine ulaşabilmek için ekonomik büyüme ve sosyal kalkınmaya zarar vermeyecek bir planlama yapılmasına ihtiyaç bulunmaktadır. Öte yandan elektrik üretim sektöründe dışa bağımlılığın azaltılabilmesi adına yerli kömür ve biyokütle kaynaklarının değerlendirmesine yönelik temiz teknolojilere yatırımın arttırılması ve güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının arttırılması da önem arz etmektedir. Bu çerçevede elektrik üretim sektöründe yeni yatırımların, hem sera gazı emisyonlarına etkileri hem de yerli enerji kaynaklarının kullanımının arttırılması noktasında değerlendirilmesi ve alternatif politika seçeneklerinin senaryolar bazında ortaya konmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Türkiye'de elektrik üretiminden kaynaklanan emisyonların azaltılmasına yönelik potansiyel yolları araştırmak için, bu çalışma kapsamında TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM System) modelleme aracı kullanılarak bir model geliştirilmiştir. Bu model çerçevesinde, ülkemiz yerel şartlarını yansıtan bir referans enerji sistemi oluşturularak 2055 yılına kadar gerçekleşmesi beklenen elektrik tüketim miktarları ve buna karşılık oluşması beklenen sera gazı emisyon miktarı elektrik üretim kaynakları bazında tahmin edilmiştir. Bu amaçla ilk olarak Türkiye'deki mevcut elektrik üretim altyapısının kapsamlı bir değerlendirmesini yapmak için elektrik üretim sektörünü ve teknoloji alternatiflerini yansıtan ulusal bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bir sonraki aşamada bu veri tabanı kullanılarak TIMES modelinde referans enerji sistemi oluşturulmuş ve sanayi, konut, hizmet ve ulaştırma sektörleri bazında 2055 yılı elektrik tüketim projeksiyonları gerçekleştirilmiştir. 2055 yılı elektrik tüketim tahminleri yapılırken, Türkiye İstatistik Kurumu tarafından yayınlanan ve 2080 yılını kapsayan nüfus projeksiyonları, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı'nca gerçekleştirilen ve 2040 yılına kadar uzanan elektrik enerjisi talep projeksiyonları ve Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü tarafınca Türkiye için 2060 yılına kadar öngörülen Gayri Safi Yurtiçi Hasıla değerleri dikkate alınmıştır. Bu çerçevede referans senaryoda toplam elektrik enerjisi talebinin 2055 yılına kadar 2020 yılına kıyasla 2,6 kat artış göstereceği öngörülmüştür. Öte yandan model kalibrasyonu referans senaryo (REF) bazında, 2015 ve 2020 yılları için gerçekleştirilmiş olup, bu yıllar için modelde elde edilen sonuçlar ulusal istatistikler ile karşılaştırılmıştır. Buna göre, elektrik üretim sektörü kaynaklı toplam sera gazı emisyonları açısından model sonuçları ve ulusal istatistikler arasında ortalama ± %0,2 seviyesinde fark oluşmuş olup, modelin baz yıl olarak seçilen 2015 ve 2020 yılları için uyumlu sonuçlar verdiği ve 2025-2055 yılları arasını kapsayan projeksiyon periyodu boyunca güvenilir sonuçlar ortaya koyabileceği değerlendirilmiştir. Elektrik üretim sektörünün mevcut durumundan yola çıkarak, uygulama ve politikaların değişmeyeceğini öngören referans senaryo sonuçlarına göre 2020 yılında 126,2 Mton CO2e seviyesinde gerçekleşen elektrik üretim sektörü toplam sera gazı emisyonlarının 2055 yılına gelindiğinde yaklaşık 2,7 kat artarak 336,5 Mton CO2e seviyesine ulaşacağı öngörülmüştür. Benzer şekilde elektrik üretim miktarının da 2020 yılındaki 299 TWh seviyesinden, 2055 yılında 820 TWh seviyesine yükselerek 2,7 kat artması beklenmektedir. Elektrik üretim kurulu kapasitesine bakıldığında ise, ithal kömür, linyit ve doğal gaz yakıtlı tesislerin 2020 yılında sırasıyla 9,2 GW, 11,3 GW ve 25,5 GW seviyesinde olan kapasitelerini, 2055 yılında 30,2 GW, 20,4 GW ve 55,5 GW'a yükselteceği ve fosil yakıtların mevcut durumda olduğu gibi gelecekte de toplam kurulu kapasitenin yarısını oluşturacağı öngörülmüştür. Buna karşılık elektrik üretim sektörünce ortaya konan toplam maliyetin 2020 yılındaki 25,3 bin 2022 $USm seviyesinden 2055 yılında 74,3 bin 2022 $USm'a yükseleceği değerlendirilmiştir. Tez çalışması kapsamında alternatif teknoloji seçenekleri ve politikaların sera gazı emisyon azaltımı ve toplam sektörel maliyetler üzerindeki etkisini incelemek adına 10 adet alternatif senaryo oluşturulmuştur. Emisyon limiti senaryoları (CC15, CC25, CC41 ve CC44), yenilenebilir enerji teknolojileri senaryoları (RENL, RENM ve RENH) ve yeni teknolojiler senaryoları (NTEC, NTECH ve NTECHH) olmak üzere üç ana başlık altında gruplandırılan senaryoların sonuçları ortaya konulan toplam sera gazı emisyon miktarı, kaynaklar ve teknolojiler bazında kurulu kapasite ve elektrik üretim miktarı, toplam ve birim maliyetler açısından kıyaslanmıştır. Senaryolar bazında gerçekleştirilen analizlere göre, 2050 yılında referans senaryoya kıyasla %18 ila %80 arasında sera gazı emisyon azaltım potansiyeli bulunmaktadır. Özellikle entegre gazlaştırma, karbon yakalama, biyokütle dönüşümü gibi katı yakıtların işlenmesine ek olarak, açık deniz rüzgar türbinleri, konsantre güneş enerjisi santralleri ve nükleer dönüşüm teknolojileri gibi unsurları dikkate alan NTECH senaryosunda baz senaryoya kıyasla %59 ile nispeten yüksek bir azaltım oranına ulaşılmıştır. Bu senaryoda yenilenebilir ve nükleer enerji teknolojilerinin toplam kurulu gücü 2050 yılında 158,4 GW'a ulaşarak toplam kurulu gücün yaklaşık %60'ını oluşturmuştur. Karbon yakalama ve depolama teknolojisinin entegre edildiği ithal kömür ve doğal gaz santralleri toplam kurulu kapasitesi ise 6,9 GW seviyesine ulaşmıştır. Üretilen elektrik miktarı açısından bakıldığında ise toplam üretimin %67'sinin yenilenebilir ve nükleer enerji santrallerinden geldiği, fosil yakıtların ise 2020 yılındaki %58 seviyesinden 2050 yılında %33 seviyesine gerilediği öngörülmüştür. Bu senaryoya hidrojen enerjisinin dahil edildiği NTECHH senaryosunda ise toplam sera gazı emisyon azaltımı %79,7 seviyesine yükselmiştir. Üretilen elektriğin sera gazı emisyon yoğunluğuna bakıldığında ise, baz yılında 0,419 ton CO2e/MWh seviyesinde gerçekleşen değerin, 2050 yılında emisyon limiti senaryolarında ortalama 0,292 ton CO2e/MWh, yenilenebilir enerji teknolojileri senaryolarında ortalama 0,288 ton CO2e/MWh ve yeni teknolojiler senaryolarında ortalama 0,153 ton CO2e/MWh seviyesine düştüğü görülmüştür. Modelleme çalışmasında, optimizasyon problemi temel olarak toplam sistem maliyetlerini minimize etmeye odaklandığından, her bir senaryo bazında elde edilen toplam ve birim maliyetler de analiz edilmiştir. Senaryolar bazında toplam sistem maliyetinin referans senaryosundan yeni teknolojiler senaryosuna gidildikçe arttığı gözlenmiştir. Elektrik üretim miktarı bazındaki maliyetler açısından ise referans senaryoda 2020 yılında 0,084 2022 $US/kWh seviyesinde gerçekleşen birim maliyetin, 2050 yılında emisyon limiti senaryolarında ortalama 0,087 2022 $US/kWh, yenilenebilir enerji teknolojileri senaryolarında ortalama 0,091 2022 $US/kWh ve yeni teknolojiler senaryolarında ortalama 0,105 2022 $US/kWh seviyesine yükseldiği görülmüştür. Yeni elektrik üretim teknolojilerinin entegrasyonu ve sera gazı emisyonlarına sınırların konulması gibi politika önlemlerinin, elektrik birim maliyetini %20'ye varan oranda arttırdığı ve nihai tüketiciler üzerinde etki oluşturduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, özellikle katı yakıta ve biyokütleye dayalı enerji santralleriyle ilgili geniş bir veri tabanı oluşturmak amacıyla ulusal istatistiklerden elde edilen veriler kullanılarak belirlenmiştir. Ayrıca, inşa halindeki veya işletmeden çıkarma aşamasındaki santrallerle ilgili bilgiler, modelleme çerçevesine dahil edilerek, enerji sistemine ilişkin yakın dönem belirsizliklerin önemli ölçüde azaltılması mümkün olmuştur. Türkiye için TIMES modelleme platformu kullanılarak geliştirilen enerji, ekonomi ve çevre optimizasyon modeli, gelecekte beklenen nüfus ve gayri safi yurtiçi hasıla artışı sonucu ortaya çıkacak elektrik talebini karşılamak için uygun enerji üretim portföyünün belirlenmesine olanak sağlamıştır. Elektrik üretim sektöründe sera gazı emisyonlarının azaltımının yeni teknolojilerin ve yenilenebilir enerji kaynaklarının dahil edilmesi ile mümkün olduğu, öte yandan sistem maliyetlerinin de doğru orantılı olarak artış gösterdiği ortaya konmuştur. Tüketiciler üzerinde ek yük oluşturacak maliyetlerin azaltılabilmesi için, hem ithalat bağımlılığının azaltılmasına hem de sera gazı emisyonlarının azaltılmasına katkıda bulunması beklenen, temiz kömür ve biyokütle teknolojilerinin uygulanmasını destekleyebilecek politika önlemlerinin geliştirilmesi önerilmektedir. Bu tez çalışması kapsamındaki bulgular, yerli enerji kaynaklarının kullanımını geliştirirken enerji sektörü için karbonsuzlaştırma yollarının değerlendirilmesinde karar vericilere yardımcı olacaktır.