Enerji Verimliliğinde Modelleme Çalışmaları

Transkript

1 TEMİZ ENERJİ GÜNLERİ Şubat 2012 Enerji Verimliliğinde Modelleme Çalışmaları Ebru Acuner İTÜ Enerji Enstitüsü Enerji Planlaması ve Yönetimi ve A.B.D. İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi, İdris Yamantürk Konferans Salonu

2 Sistem Model Senaryo Simülasyon Sistem belirli bir ortam ve zaman sürecinde faaliyet gösteren ve bir hedefe ulaşma doğrultusunda birbirleri ile etkileşimli, ilişkili veya bağımlı olarak birlikte hareket eden (çalışan) elementler veya parçalar, Model belirli bir zaman veya ortam içerisindeki bir sistemin daha iyi anlaşılmasına yönelik yapılan, gerçek sistemin basitleştirilmiş halinin temsili, Senaryo - mevcut durumu yansıtıp anlaşılır kılarak geleceğe yönelik strateji, politika v.b çalışmalarında yol gösterici analizler Simülasyon belirli bir zaman veya ortam içerisinde faaliyet gösteren sistemi temsil eden modelin kullanımı. Enerji Verimliliği-2020 Yenilenebilir Enerji Seragazı salımları %20-30 %20 %20

3 Herhangi bir ülkenin enerji politikaları açısından değerlendirilmesi: Enerji ile ilgili stratejilerin, senaryoların geliştirilmesi ve uygulanmasının makro düzeyde incelenmesi En etkin enerji stratejileri içeren senaryoların uygulamalarının mikro düzeyde değerlendirilmesi Elde edilen sonuçların benzer ülkeler ile kıyaslanması

4 Senaryoların etkinliği Amaç Varsayımlar ve belirsizlikler Temel değişkenler ve ilişkileri Geliştirilen alternatif stratejiler Hedef zaman periyodu İleriye dönük hedefler

5 Herhangi bir ülkenin enerji politikaları açısından değerlendirilmesi Örnek Amaç: Enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji stratejilerinin talep tarafı yönetimi ve iklim değişikliğine etkilerinin gözlemlenebilmesi Değerlendirilebilecek başlıca değişkenler: enerji tüketim hızı, ekonomik büyüme hızı, piyasa fiyatları, gerekli yatırım miktarları, nüfus, birincil/toplam enerji yoğunluğu, alternatif yenilenebilir enerji kaynaklarının teknolojik gelişme faktörleri ve karbondioksit (CO 2 ) emisyon değerleri olarak sıralanabilir. Hedef zaman periyodu: Orta (2020, 2030) veya uzun dönemli (2050) değerlendirme. Gerçekçi hedefler, güvenilir veriler ve uygun modelleme yaklaşımları

6 Enerji Modelleri Enerji Modelleri Talep Tahmin Enerji kaynaklarına olan taleplerin, en düşük maliyetle ve en kaliteli biçimde karşılanması, Arz ve çevre güvenliğinin sağlanması. Politika Analiz Ülkelerde uygulanmakta olan veya uygulanması düşünülen enerji stratejilerinin ve politikalarının ekonomik, çevresel ve sosyal etkilerinin incelenmesi.

7 Başlıca Enerji Modelleri Model Amaç Ayırt edici özellikler Dünya geneli MESSAGE POLES Orta ve uzun dönemli enerji planlamaları, enerji politika analizleri ve senaryo geliştirme Dünya enerji piyasası modeli, birbiri ile ilişkili moduler yapı ile uluslararası enerji piyasaları, bölgesel enerji dengeleri ve ulusal enerji talep analizlerinin yapılması. Prometheus Enerji arz-talebi, sera gazı salımları, uluslararası yakıt fiyatları, elektrik üretim santrallerinin kapasiteleri, pertol ve doğalgaz rezervleri gibi değişkenlerin ve bu değişkenlerden oluşan fonksiyonlar için riskler ve olasılıklar üzerine stratejik ve analitik analizlerin yapılması. Alternatif teknolojilerin zaman aralığında değerlendirilebilmesi,. Tüm teknolojilerin; enerji girdi-çıktı, yatırım-işletme maliyetleri, ekonomik ömürleri, birim salım miktarları, piyasaya giriş süreleri gibi parametrelerle açıklanması,. 32 ülkede kullanılmakta (46 olması hedeflenmekte). Enerji talep, büyük-ölçekli elektrik üretimleri, yeni ve yenilenebilir enerji teknolojileri ile ilgili analizlerin yapılması,. Petrol, doğal gaz ve kömür fiyatlarının içselleştirilmesi.. Tek olarak kullanılabilen (self-contained) stokastik model olması,. Teknolojik gelişim dinamiğinin stokastik ilişkilerle açıklanması.

8 Başlıca Enerji Modelleri Model Amaç Ayırt edici özellikler Avrupa MARKAL Farklı senaryolar ile uzun dönemli enerji denge analizinin yapılması.. Esnek fiyatlı talep analizi,. En düşük maliyetli sistem çözümü. TIMES-EE Teknolojik gelişmelerin ve iklim değişikliği ile ilgili önlemlerin Avrupa elektrik sektörüne etkilerinin incelenmesi.. Detaylı elektrik üretim, denge analizlerinin yapılması,. Kojenerasyon ve elektrik üretiminde tasarruf olasılıklarının değerlendirilmesi, PRIMES Senaryo oluşturma, tahmin analizlerinin yapılması ve farklı politikaların etkilerinin değerlendirilmesi.. AB 25 ve İsviçre de kullanılması,. Detaylı ulusal ve uluslararası enerji sistem (arz-talep) analizlerinin yapılması,. Sanayi, bina, ulaşım sektörleri enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji kaynakları gibi alternatif yakıt kullanımı ve iklim değişikliği stratejilerinin değerlendirilmesi,

9 Enerji Modellerinin Karşılaştırılması Top-down Bottom-up Piyasa dengeleme Bütünleşik yaklaşım Optimizasyon Mühendislik/teknolojik detaylar Enerji arz-talep parasal ifade Enerji arz-talep orijinal birimler Yakıt/teknoloji fiyatları gibi makro ekonomik parametrelerin içsel olarak açıklanması Yakıt kompozisyon değişimlerinin, politika analizlerinin etki analizleri

10 Model Sonuçlarının Güvenilirliği Kullanım amacına uygun modelleme yaklaşımlarının uygulanmasına, Modellerin değişkenler arası ilişkileri gerçekçi olarak ortaya koyabilmelerine, Yapılan varsayımların doğruluklarına, Verilerin güvenilirliklerine.

11 Dünya Geneli World Energy Outlook 2010: Senaryolar Mevcut Politikalar Senaryosu (Current Policies Scenario): Referans olarak da tanımlanan bu senaryo kapsamında sadece 2010 yılında mevcut strateji ve politikaların devamlılığı öngörülmektedir. Yeni Politikalar Senaryosu (New Policies Scenario): CO 2 emisyonlarının azaltılması amaçlı 2020 yılına kadar öngörülen politika önlemlerinin ve uygulama stratejilerinin gerçekleştirileceği temel varsayımına dayanmaktadır. 450 ppm Senaryosu (450 Scenario): 2035 yılında CO 2 emisyonlarının 450 ppm seviyelerinde tutulabilmesini ve küresel sıcaklığın sadece 2 0 C yükselmesini sağlamak amacıyla, 2020 den sonraki dönemde de alternatif politika önlem ve stratejileri uygulamalarının devam edeceği varsayılmaktadır. (Acuner&Onaygil,2011)

12 Dünya Geneli World Energy Outlook 2010: Değişkenler Değişken Mevcut Politikalar Yeni Politikalar 450 ppm Nüfus Gayri Safi Hasıla (GSH) 2008 yılında 6,7 milyar olan dünya nüfusunun yılda ortalama %1 büyüme hızı ile 2035 yılında 8,5 milyara ulaşması yılları arasında yıllık ortalama artış hızı %3,2 (OECD üyesi olmayan ülkeler ve özellikle Çin, Hindistan ve Orta Asya da yüksek ekonomik büyüme) Petrol fiyatları Petrole olan talep artışı hızı yüksek 2009 fiyatları ile: 2020 de 99 $/varil 2035 te 113$/varil Petrole olan talep artış hızı düşük Doğalgaz fiyatları Kömür fiyatları Petrol talep artış hızına göre daha düşük Hem petrol hem doğalgaz talep artışına göre daha düşük Talepte düşüş Birincil enerji talebi artışı Yıllık ortalama %1,4 Yıllık ortalama %1,2 Yıllık ortalama %0,7 (Acuner&Onaygil,2011)

13 Dünya Geneli World Energy Outlook 2010: Sonuçlar (Acuner&Onaygil,2011)

14 Avrupa Birliği Senaryolar RE-thinking 2050 A 100% Renewable Energy Vision for the EU, European Renewable Energy Council (EREC), 2010 Roadmap % renewables by 2050 Energy [r]evolution, Greenpeace and the European Renewable Energy Council (EREC) - 80% renewables by 2050 Energy Technology Perspective 2010, International Energy Agency (IEA), 2010 Power choices and Roadmap for low carbon power sector by 2050, EURELECTRIC - 38% renewables by 2050 (Acuner&Onaygil,2011)

15 Avrupa Birliği Örnek Analiz The role of energy efficiency in the framework of the EU energy and climate strategy a policy-based scenario analysis (Lechtenböhmer ve diğerleri, 2009). A M A Ç Avrupa Birliği (AB) için BAU ve %30 P&M senaryolarının karşılaştırılması BAU senaryosu: enerji ve iklim değişikliği ile ilgili mevcut politika ve önlemlerin devam etmesi %30 P&M senaryosu: toplam sera gazları salım miktarının %30 oranında azaltılmasına yönelik politika ve önlemleri Teknoloji temelli sektörel (technology oriented, sectoral) bottom-up enerji modeli Expert-based simulation yeni teknolojik gelişmelerin piyasaya dahil olma potansiyelleri. GSYİH ve nüfus, enerji tasarruf potansiyelleri ve yenilenebilir enerji teknolojileri ve maliyetleri (Acuner&Onaygil,2011)

16 Avrupa Birliği Örnek Analiz Nihai enerji tüketim sektörlerinin modellenmesi: Konutlar, Ticari binalar, Sanayi Ulaşım Birincil ve toplam enerji tüketimleri üzerinden sera gazı salım değerlerinin hesaplanması Metan (CH 4 ) ve azot di oksit (N 2 O) salımları sektörel emisyon faktörleri kullanılarak belirlenmiş. Alternatif senaryoda uzun vadeli gerçek faiz oranları (%3 ve %5) ve yatırımın ekonomik ömrü boyunca ortalama enerji fiyatları dikkate alınmış. (Acuner&Onaygil,2011)

17 Avrupa Birliği Örnek Analiz Sera gazları salım azaltım değerlerine göre % 30 P&M ve BAU senaryolarının karşılaştırılması (Acuner&Onaygil,2011)

18 Avrupa Birliği Örnek Analiz 2020 yılı için BAU referans senaryosuna göre alternatif senaryoda; Sanayi, konut ve ticari bina sektörlerinde sağlanan toplam enerji tasarrufu 175 MTEP: Nihai Enerji Tüketimi ve Enerji Hizmetleri, Yenilenebilir Enerji Kaynakları, Eko-tasarım, Enerji Tüketen Ürünler, Binaların Enerji Performansı ve Kojenerasyon direktifleri. Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talebin artışı: 2/3 oranında yatırımların yenilenebilir teknolojilere yönlenmesi ve 2020 yılında diğer yakıtlar içinde yenilenebilir enerjinin payı %18,6 ya yükselebilmesi. 1/3 oranında, enerji verimliliği ile yenilenebilir enerji stratejilerinin birbirini kuvvetlendirici etkisi ve 2020 yılı için yenilenebilir enerji kullanım payının %23,1 lere çıkarabilmesi. Sinerji etkisi: hedeflenen yenilenebilir enerji kaynak kullanım oranına ulaşılırken, yenilenebilir teknolojilere yapılması gerekli olan yatırım miktarı da azalmakta! (Acuner&Onaygil,2011)

19 Avrupa Birliği Almanya Almanya nın düşük karbonlu ekonomiye geçiş ile ilgili enerji senaryoları ve ülkenin genel görünümü Genel Hedefler Sera gazı emisyonlarında %40 azalma Sera gazı emisyonlarında minimum %80 azalma

20 Avrupa Birliği Almanya 2050 için temel göstergeler Gösterge Elektrik Üretimi Senaryolar CO 2 emisyonları(v s. 1990) Yıllık ortalama verim artışı ( ) YEK payı YEK payı Nükleerin payı CCS ile birlikte fosil yakıtların payı Lead Scenario (BMU 2009) Innovation Scenario without CCS (WWF 2009) Innovation Scenario with CCS (WWF 2009) Plan B (Greenpeace 2009) Scenario 3 (EnBW et al 2009) Energy Concept Scenarios (German Government 2010) - 80% 2.2% 50% 85% % 2.8% 76% 97% % 2.8% 59% 73% 0 22% - 92% n.s. 90% 100% % 2.4% 36% ~ 50% ~ 12% ~ 3% - 85 % ~ 2.2% ~ 50% 77 81% 0 2.6% 8 9%

21 Türkiye - Senaryolar Enerji Strateji Planı Enerji alanında stratejik amaçlar, hedefler ve öngörülen stratejileri Mavi Kitap 2009 Enerji ve ilgili sektörlerdeki mevcut durum ve ileriye yönelik yapılan projeksiyon çalışmaları

22 Türkiye Stratejik EV Hedefleri Birincil enerji yoğunluğunun azaltılması 2008 e göre % e göre %20

23 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 2: Yenilenebilir enerji kaynaklarının payının arttırılması Hedef 1. Yapımına başlanan 5000 MW lık hidroelektrik santralların 2013 yılı sonuna kadar tamamlanması. Performans Göstergesi: 2013 Yılı Sonuna Kadar Tamamlanması Planlanan Hidroelektrik Kurulu Gücü (MW)

24 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 2: Yenilenebilir enerji kaynaklarının payının arttırılması Hedef da 802,8 MW olan rüzgar enerjisi kurulu gücünün, 2015 yılına kadar MW a çıkarılması. Performans Göstergesi: Rüzgar Enerjisi Kurulu Güç Gelişimi (MW) Hedef da 77,2 MW olan jeotermal enerjisi kurulu gücünün, 2015 yılına kadar 300 MW a çıkarılması. Performans Göstergesi: Jeotermal Enerji Kurulu Güç Gelişimi (MW)

25 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 3: Enerji verimliliğinin arttırılması Birincil enerji yoğunluğunun 2008 yılına göre, 2023 yılına kadar %20 oranında düşürülmesi!

26 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 3: Enerji verimliliğinin arttırılması Hedef 1. Yürütülen enerji verimliliği çalışmaları çerçevesinde, 2015 yılına kadar birincil enerji yoğunluğunda 2008 yılına göre %10 azalma sağlanması. Performans Göstergesi: Enerji yoğunluğunda azalma oranı

27 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 3: Enerji verimliliğinin arttırılması Hedef 2. Mevcut kamu elektrik üretim santrallarında yeni teknolojiler kullanılarak verimi yükseltmek ve üretim kapasitesini artırmak için yapılan bakım, rehabilitasyon ve modernizasyon çalışmalarının 2014 yılı sonuna kadar tamamlanması. Performans Göstergesi: Bakım, Rehabilitasyon ve Modernizasyonu Planlanan Kamu Elektrik Üretim Santralları

28 Türkiye Stratejik Hedefler AMAÇ 7: Enerji ve tabii kaynaklar alanlarındaki faaliyetlerin çevreye olan olumsuz etkilerini en aza indirmek Ülkemizin ekonomik gelişmişlik düzeyi, enerji sektörünün büyüme potansiyeli ve bu doğrultuda enerji arzındaki ihtiyaçların ortak fakat farklı sorumluluklar ilkesi temelinde ele alınması. Enerji verimliliğinin geliştirilmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının artırılarak yaygınlaştırılması, temiz kömür yakma teknolojilerinin yaygınlaştırılması ve nükleer enerjinin elektrik enerjisi üretim seçeneklerine dahil edilmesi enerji ve çevre ilişkisi çerçevesinde temel stratejilerin değerlendirilmesi. Hedef yılından sonra enerji sektöründen kaynaklı sera gazı emisyon artış hızında azalma sağlanması. Performans Göstergesi: Enerjiden kaynaklı toplam sera gazı emisyon artış hızında değişim (%)

29 Türkiye Stratejik Hedeflerin Maliyetleri Stratejik plan amaçlarına göre tahmini maliyetler: Amaçlara ulaşılması için gerekli maliyetler belirlenirken, Bakanlık bütçesinin (tahmini bütçe) tamamının ilişkili olduğu amaç ve hedeflere göre dağıtılması sağlanmış. Kırmızı ile seçili olan rakamlar, ilgili hedeflere yönelik faaliyetlerin, hedef için öngörülen gerçekleşme tarihinden sonraki yıllarda da devam ettirilecek olması nedeni ile ihtiyaç duyulacağı öngörülen maliyeti göstermekte.

30 Türkiye Veriler yılları arası birincil enerji kaynakları tüketimi (Acuner&Onaygil,2011)

31 Türkiye Veriler yılları arası sektörel enerji tüketimleri (bin TEP)

32 Türkiye Veriler Türkiye Elektrik Enerjisi Üretiminin Üretici Kuruluşlara Dağılımı, İthalat, İhracat ve Arzının Yıllar İtibariyle Gelişimi ( )

33 Türkiye Veriler Türkiye Elektrik Enerjisi Brüt ve Net Üretimleri, İthalat, İhracat ve İletim Kayıplarının Yıllar İtibariyle Gelişimi

34 Türkiye Modeller MAED Model for Analysis Energy Demand Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (UAEA) tarafından geliştirilmiş, 1984 yılında Dünya Bankası tarafından önerilmiş, Türkiye Enerji Talep Tahmini modeli. ENPEP Energy and Power Evaluation Program UAEA ve ABD Argonne Ulusal Laboratuarı tarafından geliştirilmiş, MAED, BALANCE, IMPACTS ve ELECTRIC modüllerini içermekte, Türkiye enerji-ekonomi-çevre ilişkileri temelinde politika analiz modeli.

35 Türkiye Projeksiyonlar yılları arasında birincil enerji kaynakları talep projeksiyonu

36 Türkiye Projeksiyonlar yılları arasında sektörel genel enerji talep projeksiyonu

37 Türkiye Projeksiyonlar yılları arasında öngörülen elektrik enerjisi arz-talep dengesi

38 Türkiye Modeller MAED Model for Analysis Energy Demand enerji-ekonomi ilişkilerinde, arz-talep ve fiyat etkilerinin yeterince ayrıntılı bir şekilde yansıtılamaması, ekonomiden enerjiye tek yönlü olarak tanımlanması, yüksek tahminler üretilmesi. ENPEP Energy and Power Evaluation Program Modüller arası ilişkilerin tek yönlü kalması ve bütünleşik bir sistem oluşturulamaması, Modüllerinden bir tanesinin MAED olması, Enerji-ekonomi ilişkilerinin kısıtlı göstergelerle açıklanması,

39 Türkiye deki Mevcut Durum Kaynakları kısıtlı, Dışa bağımlı, Hızlı değişen piyasa koşulları, Uluslararası anlaşmalar, Daha sağlıklı yatırım kararları, EV, YEK alternatif stratejileri, Ulusal enerji-ekonomiçevre bütünleşik modeli...

40 Sistem Analizi - Sistem Davranışı, Neden-etki, Geribeslemeler Tüm sistem davranışları, sistem içerisindeki değişkenler arasındaki neden (cause) ve etki (effect) ilişkileri ile belirlenmekte. Nedenler ve etkiler gözlemlenerek sistem içerisindeki geribeslemeler (feedback) ortaya konulmakta, Geribesleme; bir başlangıç nedeninin sistem içerisindeki bir dizi neden ve etkiler sonrasında tekrar etkilenme prosesi. İki çeşit geribesleme; kuvvetlendirici (reinforcing) dengeleyici (balancing)

41 Sistem Analizi - Nedensel Döngü Göstergeleri Problemin/sistemin basitleştirilmiş şeklini göstermekte. Karmaşık sistemi anlamamızı ve yapılandırmamızı kolaylaştırmakta: Neden ve etki ilişkileri, Geribeslemeleri (feedback), Genel sistem davranışı.

42 Nedensel Döngü Analizi

43 Türkiye de Yeni Enerji-Ekonomi-Çevre Modellemesi Yaklaşımı