Bu çalışma; rüzgâr, güneş, karbon yakalamalı gaz türbini, batarya depolama, esnek elektrik yükleri ve elektrikten gaza dönüşüm ekipmanlarını bir araya getiren kaynak-şebeke-yük-depolama parkının elektrik ve karbon piyasalarında birlikte işletilmesi için çok zaman ölçekli bir optimizasyon modeli geliştirmiştir. Model, gün öncesi elektrik piyasası, gün içi elektrik piyasası, gerçek zamanlı elektrik piyasası, yan hizmetler piyasası ve karbon kotası piyasasını aynı karar yapısında birleştirmektedir.

Araştırmacılar işletmeyi üç ardışık katmana ayırmıştır. Gün öncesi aşamada 24 saatlik plan 1 saatlik zaman adımlarıyla oluşturulmakta; gaz türbininin açma-kapama kararı, elektrik alım-satımı, yedek kapasite ve kaydırılabilir yükler belirlenmektedir. Gün içi aşamada 2 saatlik hareketli pencere 15 dakikalık çözünürlükle yeniden optimize edilmekte; tahmin sapmaları, azaltılabilir yükler ve gün içi elektrik işlemleri düzeltilmektedir. Gerçek zamanlı aşamada ise 15 dakikalık hareketli pencere 5 dakikalık adımlarla çözülerek elektrik alım-satımı, batarya, karbon yakalama sistemi ve elektrikten gaza ekipmanı denge amacıyla ayarlanmaktadır.

Temel senaryoda gün öncesi toplam işletme maliyeti 88,51×10³ yuan, gün içi maliyet 75,53×10³ yuan ve gerçek zamanlı maliyet 69,20×10³ yuan olarak hesaplanmıştır. Gün öncesinden gerçek zamana geçişte maliyet yaklaşık %21,82 azalmıştır. Bu azalma, tahminlerin zaman yaklaştıkça güncellenmesi ve işletme kararlarının katmanlar hâlinde düzeltilmesiyle ilişkilendirilmiştir.

Karşılaştırma sonuçları, yan hizmetler piyasasından çekilmenin gerçek zamanlı maliyeti %2,89 artırdığını göstermektedir. Karbon piyasası kaldırıldığında gerçek zamanlı maliyet 69,20×10³ yuandan 95,29×10³ yuana çıkmış; artış yaklaşık %37,70 olmuştur. Park yalnızca gün öncesi elektrik piyasasına katılıp gün içi ve gerçek zamanlı düzeltme yapmadığında ise gerçek zamanlı maliyet 128,62×10³ yuana yükselmiş; temel senaryoya göre yaklaşık %85,87 artmıştır.

Yalnızca gün öncesi planın kullanıldığı karşılaştırma senaryosunda tahmin sapmaları iç kaynaklarla giderilememiş; gün içi ve gerçek zamanlı aşamalarda rüzgâr-güneş kısıntısı ile karşılanamayan yük oluşmuştur. Gerçek zamanlı tabloda yenilenebilir enerji kısıntı maliyeti 21,23×10³ yuan, karşılanamayan yük maliyeti ise 8,28×10³ yuan olarak hesaplanmıştır.

Çalışma ayrıca karbon kotasının elektrik işletme kararlarıyla birlikte değiştiğini göstermektedir. Temel senaryoda parkın hesaplanan karbon salımı gün öncesi aşamada 79.025,12 kg, gün içi aşamada 47.959,98 kg ve gerçek zamanlı aşamada 52.923,00 kg’dır. Aynı aşamalarda karbon piyasasında satılabildiği varsayılan fazla kota sırasıyla 314.232,73 kg, 319.658,11 kg ve 312.130,01 kg’dır.

Bu sonuçlar gerçek bir sanayi parkından değil, araştırmacıların oluşturduğu sayısal örnekten elde edilmiştir. Model, park içindeki bütün bileşenleri tek bir güç dengesi etrafında koordine etmekte; ancak elektrik şebekesinin gerilim, hat kapasitesi, güç kaybı ve güvenlik sınırlarını ayrıntılı biçimde çözmemektedir. Dolayısıyla çalışma, ekonomik enerji yönetimi modeli sunmakta; ayrıntılı dağıtım şebekesi doğrulaması sunmamaktadır.

Türkiye açısından olası önemi

Çalışmada Türkiye’ye ait elektrik fiyatı, karbon fiyatı, sanayi yükü, rüzgâr-güneş üretimi veya piyasa kuralı kullanılmamıştır. Buna rağmen gün öncesi planlama, gün içi sapma düzeltmesi ve gerçek zamanlı dengelemenin aynı enerji yönetim sisteminde birleştirilmesi; organize sanayi bölgeleri, enerji yoğun tesisler, kampüsler, limanlar ve karma üretim-depolama tesisleri için yöntemsel olarak uyarlanabilir niteliktedir.

Türkiye’ye aktarım için çalışmadaki Çin’e özgü serbest karbon kotası, karbon fiyatı, şebekeden satın alınan elektriğin emisyon katsayısı, yan hizmet ödeme yapısı ve iletim-dağıtım ücretlerinin tamamen değiştirilmesi gerekir. Bunun yanında yerel şebeke bağlantı kapasitesi, trafo ve hat sınırları, üretim lisansları, depolama kuralları, piyasa katılım koşulları ve gerçek tesis ölçümleri modele eklenmelidir.

Çalışmadaki 69,20×10³ yuan maliyet, %21,82 düşüş veya yüzlerce tonluk kota satışı Türkiye’deki herhangi bir sanayi parkı için beklenen sonuç değildir. Bunlar yalnızca araştırmacıların kurduğu sistem, fiyat dizileri, serbest kota mekanizması ve ekipman kapasiteleri altında elde edilen benzetim çıktılarıdır.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Yüksek miktarda rüzgâr ve güneş üretiminin kullanıldığı enerji parklarında üretim ile tüketim sürekli olarak aynı yönde değişmez. Güneş üretimi gün ortasında yükselirken elektrik talebi akşam saatlerinde zirve yapabilir. Rüzgâr üretimi tahmin edilenden yüksek veya düşük gerçekleşebilir. Elektrik fiyatı da gün öncesi planlandıktan sonra gün içi ve gerçek zamanlı piyasalarda değişebilir.

Bu sistem yalnızca gün öncesi tahmine göre işletilirse ilerleyen saatlerde oluşan sapmalar ya pahalı elektrik alımıyla ya yenilenebilir enerji kısıntısıyla ya da yükün karşılanamamasıyla sonuçlanabilir. Batarya, esnek yük, gaz türbini ve P2G gibi kaynakların farklı tepki sürelerine sahip olması da tek zaman ölçekli bir optimizasyonu yetersiz bırakabilir.

İkinci sorun, elektrik işlemleriyle karbon işlemlerinin çoğu modelde ayrı yürütülmesidir. Oysa şebekeden elektrik satın alınması, gaz türbininin çalıştırılması, karbon yakalamanın enerji tüketimi ve yenilenebilir üretimin kullanılması parkın net karbon pozisyonunu değiştirmektedir. Karbon kotasının fiyatı da elektrik üretim ve alım kararlarının ekonomik sıralamasını etkileyebilir.

Araştırmacılar bu iki problemi birleştirerek şu soruya yanıt aramıştır: Elektrik ve karbon piyasaları ortak bir maliyet fonksiyonunda, farklı ekipmanların tepki hızlarına uygun gün öncesi–gün içi–gerçek zamanlı katmanlarla yönetildiğinde parkın maliyeti, karbon pozisyonu ve işletme esnekliği nasıl değişir?

Kaynak-şebeke-yük-depolama parkının yapısı

Çalışmanın 6. sayfasındaki Şekil 2, parkın enerji ve bilgi bağlantılarını göstermektedir. Parkın temel bileşenleri şunlardır:

Park elektrik piyasasında bir fiyat alıcı olarak kabul edilmiştir. Başka bir ifadeyle parkın kendi işlemleri piyasa fiyatını değiştirmemektedir. Model, tahmin edilen elektrik ve karbon fiyatlarına bakarak üretim, tüketim, elektrik alım-satımı, yedek kapasite ve karbon kotası miktarını seçmektedir.

Elektrik ve karbon işlemleri nasıl bağlanmaktadır?

Çalışmanın 4. sayfasındaki Şekil 1 iki tür bağlantıyı göstermektedir. Birinci bağlantı, elektrik ve karbon kararlarının birlikte verilmesidir. Geleneksel sıralı yöntemde önce elektrik işlemleri tamamlanmakta, ardından bu işlemlerin oluşturduğu salım üzerinden karbon kotası hesaplanmaktadır. Önerilen yöntemde ise elektrik alım-satımı ve karbon kotası kararı birbirini karşılıklı olarak etkilemektedir.

İkinci bağlantı zaman ölçekleri arasındadır. Elektrik piyasası gün öncesinde saatlik, gün içinde 15 dakikalık ve gerçek zamanda 5 dakikalık kararlar üretmektedir. Çalışmada karbon fiyatı değiştirilmeden aynı zaman dilimlerine ayrılmaktadır. Böylece her elektrik karar aralığında karşılık gelen karbon maliyeti de amaç fonksiyonuna eklenmektedir.

Bu yaklaşım, aynı karbon fiyatının daha ince zaman dilimlerinde kullanılması anlamına gelmektedir. Dolayısıyla yüksek frekanslı gerçek karbon fiyatı tahmin edilmemekte; elektrik programının karbon etkisi daha sık yeniden hesaplanmaktadır.

Üç zaman ölçeği nasıl çalışmaktadır?

Gün öncesinde belirlenen bazı kararlar sonraki aşamalara sabit veri olarak aktarılmaktadır. Gaz türbininin açma-kapama durumu gün içinde ve gerçek zamanda değiştirilememekte; yalnızca gücü ve karbon yakalama donanımının çalışma oranı daha ince biçimde ayarlanmaktadır.

Gün içi model her 15 dakikada bir ilerletilerek bir sonraki 2 saat yeniden hesaplanmaktadır. Gerçek zamanlı model ise her 5 dakikada bir ilerletilerek önündeki 15 dakikayı çözmektedir. Bu yapı model öngörülü kontrol yaklaşımının enerji piyasası uygulamasıdır.

Rüzgâr ve güneş üretimi

Rüzgâr ve fotovoltaik üretim, tahmin edilen kullanılabilir gücün üzerinde olmayacak biçimde sınırlandırılmıştır:

\[ 0\leq P_t^{wt}\leq \theta_{\max}^{wt}P_0^{wt} \]

\[ 0\leq P_t^{pv}\leq \theta_{\max}^{pv}P_0^{pv} \]

\(P_t^{wt}\) ve \(P_t^{pv}\) ilgili zaman dilimindeki üretimi, \(P_0\) kurulu gücü, \(\theta_{\max}\) ise tahmine veya kullanılabilirliğe bağlı azami üretim oranını göstermektedir.

Örnek parkta rüzgâr kurulu gücü 50 MW, fotovoltaik kurulu güç 26,60 MW’dır. Şekil 5–7’de zaman ölçeği kısaldıkça üretim ve yük tahminlerinin daha dalgalı ve ayrıntılı hâle geldiği görülmektedir.

Karbon yakalamalı gaz türbini

Gaz türbininin net elektrik çıkışı, brüt üretimden karbon yakalama sisteminin elektrik tüketiminin çıkarılmasıyla hesaplanmıştır:

\[ P_t^{ccgt}=P_t^{gt}-P_t^{cc} \]

Karbon yakalama donanımının tüketimi, sabit tüketim ile yakalanan karbondioksit miktarına bağlı değişken tüketimin toplamıdır. Sistem ayrıca baca gazının ne kadarının yakalama donanımından geçirileceğini belirleyen bir bölme oranına sahiptir.

Gaz türbininin doğrudan atmosfere kalan net salımı:

\[ E_{CO_2,t}^{ccgt} = \left(1-\beta^{cc}\theta_t^{cc}\right) \delta_{CO_2}^{gt}P_t^{gt}\Delta t \]

şeklinde modellenmiştir. \(\beta^{cc}\) yakalama verimini, \(\theta_t^{cc}\) yakalamaya yönlendirilen baca gazı oranını ve \(\delta_{CO_2}^{gt}\) gaz türbininin salım katsayısını göstermektedir.

Örnekte gaz türbininin nominal gücü 17,81 MW, karbon yakalama donanımının nominal tüketim gücü 1,61 MW, yakalama verimi %90 ve baca gazı bölme oranı %15–%85 aralığındadır.

Esnek yük modeli

Yük üç sınıfa ayrılmıştır. Temel yük zaman bakımından değiştirilememektedir. Kaydırılabilir yük, toplam günlük enerji korunarak düşük fiyatlı saatlere taşınmaktadır. Azaltılabilir yük ise kullanıcıya ödeme yapılması karşılığında geçici olarak düşürülmektedir.

Toplam yük:

\[ P_t^{load}=P_t^{cl}+P_t^{sl}+P_t^{rl} \]

olarak verilmiştir. Burada \(P_t^{cl}\) temel, \(P_t^{sl}\) kaydırılabilir ve \(P_t^{rl}\) azaltılabilir yükü göstermektedir.

Kaydırılabilir yükün parası gün öncesi fiyat sinyaliyle yönetilmektedir. Çalışmada yükün içeri alınabileceği saatler 00.00–08.00, dışarı aktarılabileceği saatler ise 10.00–12.00 ve 17.00–22.00 olarak belirlenmiştir.

Azaltılabilir yükün kullanıcı ödemesi:

\[ C^{rl}=\sum_t \alpha^e\lambda_t^e\Delta P_t^{rl} \]

şeklindedir. \(\alpha^e=0{,}8\) teşvik katsayısıdır. Maksimum yük 50 MW, kaydırılabilir yük oranı sınırı %60 ve azaltılabilir yük oranı sınırı %50’dir.

Enerji depolama modeli

Bataryanın enerji dengesi çalışmada şu biçimde verilmiştir:

\[ E_t^{es} = E_{t-1}^{es} + P_t^{chr-es}\Delta t - \frac{P_t^{dis-es}\Delta t}{\eta_{dis}} \]

Batarya aynı anda şarj ve deşarj edememekte, enerji seviyesi alt ve üst sınırlar arasında tutulmakta ve gün sonundaki enerji başlangıç değerine eşitlenmektedir.

Örnek bataryanın gücü 15,32 MW, enerji kapasitesi 30,64 MWh, deşarj verimi %90 ve tam şarj-deşarj süresi 2 saattir. Ayrı bir şarj verimi verilmediği için denklem şarj sürecini kayıpsız kabul ediyor görünmektedir.

Elektrikten gaza dönüşüm

Yenilenebilir üretim fazlası olduğunda P2G ekipmanı elektrik tüketerek gaz üretmektedir:

\[ Q_t^{pg}=\eta_{pg}P_t^{pg} \]

Modelde üretilen hidrojen, karbon yakalama sisteminden gelen karbondioksitle tepkimeye girerek metana dönüştürülmektedir. Örnek P2G gücü 1,63 MW ve dönüşüm katsayısı 0,15 m³/kWh’dır.

Model metan üretimi için malzeme dengesi içermekle birlikte hidrojen ara depolaması, elektrolizör başlangıç süresi, basınçlandırma enerjisi ve kısmi yük verim değişimi bulunmamaktadır.

Karbon ticareti maliyeti

Gün öncesi karbon işlemi şu yapıyla hesaplanmıştır:

\[ C_{da}^{CO_2} = \sum_t \lambda_t^{CO_2} \left[ \left( \delta_{CO_2}^{grid}P_{da,t}^{b,e} + \frac{E_{da,t}^{ccgt}}{\Delta t} \right) - \delta_{CO_2}^{free} \left( P_{da,t}^{load}+P_{da,t}^{pg} \right) \right]\Delta t \]

İlk parantez şebekeden alınan elektrik ve gaz türbininden kaynaklanan salımı, ikinci parantez ise park yükü ve P2G tüketimi üzerinden tahsis edilen serbest kotayı temsil etmektedir. Net değer pozitifse kota satın alma maliyeti, negatifse fazla kota satış geliri oluşmaktadır.

Çalışmada şebekeden satın alınan elektriğin salım katsayısı 0,531 kg/kWh, ücretsiz kota katsayısı 0,428 kg/kWh olarak kullanılmıştır. Karbon kotasının nasıl tahsis edildiğine ilişkin bu yapı örnek modelin belirleyici varsayımlarındandır.

Parkın güç dengesi

Gün öncesi güç dengesi, bütün üretim ve girişlerin bütün tüketim ve çıkışlara eşitlenmesine dayanmaktadır:

\[ P_t^{wt}+P_t^{pv}+P_t^{gt}+P_t^{dis-es}+P_t^{buy} = P_t^{load}+P_t^{pg}+P_t^{chr-es}+P_t^{cc}+P_t^{sell} \]

Bu denklem parkın toplam enerji dengesini sağlamaktadır. Ancak elektrik akışının park içindeki hangi hatlardan geçtiğini, gerilimlerin kabul edilebilir aralıkta kalıp kalmadığını veya bağlantı noktasındaki kısa devre ve termik sınırları göstermemektedir.

Gün öncesi amaç fonksiyonu

Gün öncesi maliyet şu kalemlerin toplamından oluşmaktadır:

• Rüzgâr, güneş, gaz türbini, karbon yakalama, batarya ve P2G bakım maliyetleri
• Gaz türbini açma-kapama maliyetleri
• Gün öncesi elektrik alım-satım maliyeti
• Doğal gaz alım maliyeti
• Karbon kotası maliyeti veya geliri
• Yan hizmetlerden elde edilen yukarı ve aşağı yedek geliri

Elektrik alımında yalnızca piyasa fiyatı değil, 0,14 yuan/kWh iletim-dağıtım, kamu fonu ve ek ücret de uygulanmıştır.

Gün içi ve gerçek zamanlı amaç fonksiyonları

Gün içi aşamada gaz türbininin açma-kapama kararı ve yan hizmet teklifi gün öncesinden taşındığı için yeniden belirlenmemektedir. Bu aşamaya gün içi elektrik fark işlemleri ve azaltılabilir yük teşvikleri eklenmektedir.

Gerçek zamanlı aşamada elektrik alım-satım hesabı gün öncesi ve gün içi programlardan sapmayı içermektedir. Batarya, karbon yakalama enerji tüketimi ve P2G gücü 5 dakikalık adımlarla kullanılarak son denge kurulmaktadır.

Örnek sistem parametreleri

Karşılaştırma senaryoları

Gün öncesi sonuçları

Gün öncesi temel senaryoda parkın yükü rüzgâr, güneş, gaz türbini ve piyasa alımıyla karşılanmıştır. Elektrik fiyatının düşük olduğu saatlerde piyasa alımı yapılmış; 18.00–22.00 arasındaki yüksek fiyat döneminde karbon yakalamalı gaz türbini çalıştırılmış ve batarya deşarj edilmiştir. Bazı saatlerde elektrik piyasasına satış gerçekleştirilmiştir.

Negatif yan hizmet ve karbon maliyetleri gelir anlamına gelmektedir. Temel senaryoda parkın 393.257,85 kg ücretsiz kota aldığı, 79.025,12 kg kotayı kendi salımını dengelemek için kullandığı ve kalan 314.232,73 kg kotayı sattığı hesaplanmıştır.

Gün içi sonuçları

Gün içi aşamada 15 dakikalık yeni tahminler kullanılmış, azaltılabilir yükler devreye alınmış ve gün içi elektrik işlemleriyle sapmalar düzeltilmiştir. Elektrik alım-satım kalemi −11,75×10³ yuan ile net gelire dönüşmüştür.

Temel senaryoda gün içi ücretsiz kota 367.618,09 kg, iç dengelemede kullanılan kota 47.959,98 kg ve satılan kota 319.658,11 kg’dır.

Yalnızca gün öncesi planın kullanıldığı karşılaştırma 3’te gün içi piyasa düzeltmesi yapılamadığı için bazı dönemlerde yenilenebilir üretim kısıntısı ve bazı dönemlerde yük kaybı oluşmuştur. Toplam maliyet 121,77×10³ yuana çıkmıştır.

Gerçek zamanlı sonuçları

Gerçek zamanlı aşamada 5 dakikalık adımlarla batarya, P2G ve karbon yakalama tüketimi ayarlanmıştır. Şekil 16, bataryanın düşük fiyatlı dönemlerde şarj, yüksek fiyatlı dönemlerde deşarj edildiğini göstermektedir.

Gerçek zamanlı temel senaryoda ücretsiz kota 365.053,01 kg, iç dengelemede kullanılan miktar 52.923,00 kg ve piyasada satılabilir fazla kota 312.130,01 kg olarak hesaplanmıştır.

Maliyet karşılaştırması

Tablodaki değerler 10³ yuan birimindedir. En büyük ekonomik bozulma, gün içi ve gerçek zamanlı elektrik piyasalarının kaldırıldığı senaryoda görülmüştür. Bunun nedeni yalnızca pahalı elektrik değil, yenilenebilir enerji kısıntısı ve karşılanamayan yük cezalarıdır.

%21,82 maliyet düşüşü nasıl hesaplanmıştır?

Çalışmanın özetindeki oran şu hesaplamaya dayanmaktadır:

\[ \frac{88{,}51-69{,}20}{88{,}51}\times100 \approx21{,}82\% \]

Bu karşılaştırma temel senaryonun gün öncesi plan maliyeti ile aynı senaryonun gerçek zamanlı güncellenmiş maliyeti arasındadır. Dolayısıyla oran, “çok zaman ölçekli model başka bir modelden %21,82 daha ucuzdur” şeklinde yorumlanmamalıdır. Daha doğru ifade, planın daha güncel tahminler ve daha ince ayarlarla yeniden çözülmesi sonucunda hesaplanan günlük maliyetin gün öncesi tahminine göre %21,82 düşmesidir.

Karbon piyasasının etkisi

Karbon piyasası kaldırıldığında temel senaryonun negatif karbon maliyeti, yani kota satış geliri ortadan kalkmıştır. Aynı zamanda üretim ve elektrik alım sıralaması değişmiş, park şebekeden alınan elektriğe daha fazla bağımlı hâle gelmiştir.

Gerçek zamanlı maliyetin 69,20’den 95,29×10³ yuana yükselmesinin önemli bölümü 21,61×10³ yuanlık karbon gelirinin kaybolmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle çalışma karbon piyasasının yalnızca emisyon kısıtı değil, önemli bir gelir kalemi olduğu bir örnek kurmaktadır.

Ancak parkın her üç aşamada da yüzlerce ton fazla kotaya sahip olması, karbon ticaretinin ekonomik üstünlüğünü büyük ölçüde serbest kota tahsisine bağlamaktadır. Daha düşük kota veya daha farklı karbon fiyatında sonucun nasıl değişeceği incelenmemiştir.

Yan hizmetlerin etkisi

Yan hizmetler kaldırıldığında maliyet artışı görece sınırlı kalmıştır. Gerçek zamanda 69,20’den 71,20×10³ yuana çıkan maliyet farkı %2,89’dur.

Yan hizmet gelirinin doğrudan değeri küçük olsa da gaz türbininin ayarlanabilir kapasite tutma kararını değiştirdiği için elektrik alım-satımı ve doğal gaz maliyeti üzerinde dolaylı etkiler oluşturmuştur.

Çok zaman ölçekli elektrik piyasasının etkisi

Karşılaştırma 3, gün öncesi programın sonraki aşamalarda değiştirilemediği durumu temsil etmektedir. Tahmin hataları gün içi ve gerçek zamanlı elektrik işlemleriyle düzeltilemediği için yalnızca iç esnek kaynaklar yeterli olmamıştır.

Gün içi aşamada toplam maliyet 121,77×10³, gerçek zamanda 128,62×10³ yuana yükselmiştir. Gerçek zamanlı sonuçta yenilenebilir kısıntı maliyeti 21,23×10³ yuan, karşılanamayan yük maliyeti 8,28×10³ yuandır.

Bu sonuç, modelin en güçlü bulgusudur: Tahmin edilen rüzgâr, güneş ve yük değerleri değişirken ticaret planını yalnızca bir gün önce sabitlemek, yüksek yenilenebilir üretimli parkta ciddi dengeleme sorunları oluşturabilir.

Şekillerin bilimsel mesajı

Çalışmanın güçlü yönleri

• Elektrik ve karbon işlemleri tek optimizasyon yapısında birleştirilmiştir.
• Gün öncesi, gün içi ve gerçek zamanlı kararlar açık biçimde ayrılmıştır.
• Ekipmanların farklı tepki süreleri kontrol katmanlarına dağıtılmıştır.
• Rüzgâr, güneş, gaz türbini, karbon yakalama, batarya, P2G ve talep tepkisi aynı modelde yer almaktadır.
• Yan hizmetler, karbon piyasası ve çok aşamalı elektrik piyasalarının etkileri ayrı karşılaştırmalarla incelenmiştir.
• Karbon kotası yalnızca sonradan hesaplanan bir gösterge değil, doğrudan ekonomik karar değişkeni olarak kullanılmıştır.
• YALMIP ve Gurobi tabanlı katmanlı çözüm süreci açıklanmıştır.
• Gün içi ve gerçek zamanlı aşamalarda hareketli pencere optimizasyonu uygulanmıştır.
• Yenilenebilir kısıntı ve karşılanamayan yük için ayrı ceza maliyetleri tanımlanmıştır.
• Çalışma, ayrıntılı maliyet bileşenlerini ve karbon kotası akışlarını paylaşmıştır.

Çalışmanın sınırlılıkları

• Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Gerçek sanayi parkı ölçümü kullanılmamıştır.
• Tahmin verilerinin üretim parametreleri açıklanmamıştır.
• Stokastik veya sağlam optimizasyon yerine tek tahmin yolu çözülmüştür.
• Modelin çözüm süresi ve optimalite açığı verilmemiştir.
• Elektrik şebekesi fiziksel güç akışıyla modellenmemiştir.
• Gerilim, hat akımı, trafo kapasitesi, kayıp ve güvenlik kısıtları yoktur.
• Batarya şarj verimi ve çevrim yaşlanması açık biçimde modellenmemiştir.
• Karbon yakalama ve P2G sistemleri sabit katsayılarla basitleştirilmiştir.
• Karbon fiyatının zaman içinde değiştiği yüksek frekanslı piyasa modellenmemiştir.
• Serbest kota ve karbon fiyatı için duyarlılık analizi bulunmamaktadır.
• Yük tepkisinin üretim, konfor veya sanayi süreci üzerindeki etkisi değerlendirilmemiştir.
• Doğal gaz altyapısı ve metan depolama kapasitesi ayrıntılı modellenmemiştir.
• Elektrik ve karbon piyasalarında fiyat yapıcı stratejik davranış yoktur.
• Maliyet tablolarını açıklayan bazı cümleler tablo değerlerinin tersini söylemektedir.
• Model parametrelerinin önemli bölümü Çin’e özgüdür.
• Kaynak kodu ve YALMIP model dosyaları paylaşılmamıştır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Katmanlı yeniden optimizasyon, seçilen örnekte gün öncesi tahmin maliyetini gerçek zamanda düşürmüştür.
• Gün içi ve gerçek zamanlı elektrik piyasaları tahmin sapmalarını düzeltmek için kritik rol oynamıştır.
• Yalnızca gün öncesi programa bağlı kalınması yenilenebilir enerji kısıntısı ve yük kaybı oluşturmuştur.
• Karbon piyasası seçilen serbest kota yapısı altında önemli gelir sağlamıştır.
• Yan hizmet geliri toplam maliyette sınırlı fakat olumlu etki göstermiştir.
• Batarya daha ince zaman ölçeğinde fiyat ve denge değişimlerine yanıt vermiştir.
• Karbon yakalama tüketiminin gerçek zamanlı ayarlanması net gaz türbini gücünü değiştirmiştir.
• Yükün önce kaydırılması, ardından azaltılması çok katmanlı talep tepkisi sağlamıştır.
• Temel senaryo gerçek zamanlı aşamada karşılaştırılan bütün senaryolardan daha düşük maliyet üretmiştir.

Çalışmanın kanıtlamadığı sonuçlar

• Model gerçek bir enerji parkında %21,82 tasarruf garantisi vermemektedir.
• Karbon piyasasına katılımın bütün piyasa tasarımlarında maliyeti %37,70 azaltacağı söylenemez.
• Ücretsiz karbon kotası her ülkede veya her sanayi parkında aynı biçimde tahsis edilmez.
• Model şebekenin gerilim ve hat güvenliğini doğrulamamaktadır.
• P2G sisteminin ekonomik veya teknik olarak kârlı olduğu bağımsız biçimde gösterilmemiştir.
• Karbon yakalama sisteminin gerçek çalışma verimi ve uzun dönem maliyeti deneysel olarak doğrulanmamıştır.
• Bataryanın modeldeki çalışma biçiminin çevrim ömrünü etkilemeyeceği gösterilmemiştir.
• Normal dağılımla oluşturulan tahmin verilerinin gerçek rüzgâr, güneş ve yük hatalarını temsil ettiği kanıtlanmamıştır.
• Sonuçlar Türkiye elektrik ve karbon piyasasına doğrudan aktarılamaz.
• Model mevcut hâliyle saha kullanımına hazır ticari bir enerji yönetim sistemi değildir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Sayısal iş akışı

1. Elektrik ve karbon piyasalarının karar ve zaman ölçeği bağlantısı tanımlanmıştır.
2. Rüzgâr, fotovoltaik, gaz türbini ve karbon yakalama modelleri kurulmuştur.
3. Şebekeden elektrik alım-satım sınırları tanımlanmıştır.
4. Temel, kaydırılabilir ve azaltılabilir yük modelleri oluşturulmuştur.
5. Batarya enerji dengesi ve şarj-deşarj sınırları eklenmiştir.
6. P2G metan üretimi ve karbon malzeme dengesi modellenmiştir.
7. Gün öncesi aşama 24 saat ve 1 saatlik çözünürlükle çözülmüştür.
8. Gün öncesi kararların gerekli bölümü gün içi modele sabit giriş olarak aktarılmıştır.
9. Gün içi model 2 saatlik pencere ve 15 dakikalık adımlarla hareketli olarak çözülmüştür.
10. Gün içi kararların gerekli bölümü gerçek zamanlı modele aktarılmıştır.
11. Gerçek zamanlı model 15 dakikalık pencere ve 5 dakikalık adımlarla çözülmüştür.
12. Dört piyasa katılım senaryosu karşılaştırılmıştır.
13. Her aşamada elektrik işletmesi, maliyet bileşenleri ve karbon kotası akışları hesaplanmıştır.

Çözüm araçları

Aşamalar arasındaki maliyet değişimi

Karbon sonuçlarının aşamalar arası değişimi

Gün içi salım, gün öncesi değerinden yaklaşık %39,31 daha düşüktür. Gerçek zamanlı salım gün öncesi değerinden yaklaşık %33,03 daha düşük, gün içi değerinden ise daha yüksektir. Bu dalgalanma, karbon sonucunun her aşamadaki elektrik alımı, gaz türbini üretimi ve yük kararlarıyla yeniden hesaplandığını göstermektedir.

Karşılaştırma senaryolarının teknik yorumu

Yan hizmetler piyasasının kaldırılması: Gaz türbini yedek kapasite geliri sağlayamadığı için işletme stratejisi daha muhafazakâr hâle gelmiş; piyasa elektrik işlemleri gaz türbininin esneklik değerinin bir bölümünü üstlenmiştir. Maliyet etkisi sınırlı kalmıştır.

Karbon piyasasının kaldırılması: Fazla karbon kotasının satış geliri ortadan kalkmış, ekonomik sıralama kısa dönem elektrik fiyatlarına daha fazla bağımlı hâle gelmiştir. Şebekeden elektrik alımı artarken karbon yakalamalı üretim zayıflamıştır.

Gün içi ve gerçek zamanlı elektrik piyasalarının kaldırılması: Tahmin hataları yalnızca batarya, yük ve iç üretim kaynaklarıyla karşılanmaya çalışılmıştır. Bu esneklik yetersiz kalmış; hem yenilenebilir kısıntısı hem karşılanamayan yük meydana gelmiştir.

Genel bilimsel değerlendirme

Çalışmanın temel bilimsel katkısı, farklı hızlarda hareket eden enerji kaynaklarını aynı anda optimize etmeye çalışmak yerine kararları zaman katmanlarına ayırmasıdır. Gaz türbininin açma-kapama kararı gibi yavaş değişkenler gün öncesinde, azaltılabilir yük ve üretim sapmaları gün içinde, batarya ile karbon yakalama tüketimi gibi hızlı değişkenler gerçek zamanda yönetilmektedir.

Bu katmanlı yapı, modelin tahmin doğruluğu ile ileriye dönük planlama arasındaki dengeyi kurmasını sağlamaktadır. Gün öncesi plan geleceği kapsamakta fakat hata payı yüksek kalmakta; gerçek zamanlı plan daha doğru bilgi kullanmakta ancak yalnızca kısa bir ufku görmektedir.

Çalışmanın ekonomik sonuçları, karbon kotası satış gelirinin ve çok aşamalı elektrik ticaretinin örnek sistemde güçlü değer yarattığını göstermektedir. Buna karşın sonuçların büyüklüğü seçilen serbest kota ve fiyat yapısına bağlıdır.

Bu nedenle çalışma, kesin piyasa tasarımı önerisinden çok, farklı piyasaların ve farklı zaman ölçeklerinin tek bir optimizasyon sistemine nasıl bağlanabileceğini gösteren matematiksel bir örnek olarak değerlendirilmelidir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Çalışmanın tam özgün adı: A Multi-time Scale Operation Optimization Model for Source-Grid-Load-Storage Considering Coupling of Electricity and Carbon Trading

Yazarlar ve sıraları: Xinyue Dong; Xudong Li; Qingbo Tan; Zhuning Wang; Zhongfu Tan.

Eş birinci yazar: Çalışmada eşit katkı veya eş birinci yazarlık beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Xudong Li. Çalışmada 1169771877@qq.com iletişim adresi verilmiştir. SSRN kaydı da Xudong Li’yi iletişim yazarı olarak göstermektedir.

Yazar-kurum eşleşmeleri:

• Xinyue Dong, Zhuning Wang ve Zhongfu Tan: School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, Çin.
• Xudong Li: Beijing Huairou Lab, Beijing 101400, Çin.
• Qingbo Tan: Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, Çin.

Kurum metadata notu: SSRN kaydında Xudong Li’nin kurumu verilmemiştir. Beijing Huairou Lab bağlantısı çalışmanın yazar-kurum satırından alınmıştır.

DOI: 10.2139/ssrn.6935080

Kaynak türü: Matematiksel işletme optimizasyonu ve örnek benzetim içeren preprint araştırma makalesi.

Yayın platformu: SSRN.

Yayın tarihi: SSRN kaydına göre 13 Haziran 2026.

Sayfa sayısı: 38.

Dergi: Hakemli bir dergi adı veya kabul edilmiş dergi sürümü çalışmada belirtilmemiştir.

Yayınevi: Ayrı bir nihai dergi yayınevi bulunmamaktadır; çalışma SSRN üzerinde erken araştırma sürümü olarak yayımlanmıştır.

Hakemlik durumu: Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. Her sayfada “Preprint not peer reviewed” uyarısı bulunmaktadır.

Resmî kayıt:SSRN resmî kayıt sayfası

DOI bağlantısı:10.2139/ssrn.6935080

Finansman: Çalışma, Çin Ulusal Sosyal Bilimler Fonu’nun 25CJL064 numaralı “Küresel Karbon Nötrlüğü Bağlamında Çin Elektrik Endüstrisinin Ortak Karbon Azaltım Mekanizması” projesi tarafından desteklenmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar ticari veya ilişkisel çıkar çatışması bulunmadığını beyan etmiştir.

Etik onay: Uygulanabilir olmadığı belirtilmiştir.

Yazar katkıları:

• Xinyue Dong: Kavramsallaştırma ve ilk taslak.
• Xudong Li: Yöntem ve kavramsallaştırma.
• Qingbo Tan: Veri düzenleme.
• Zhuning Wang: Gözden geçirme ve düzenleme.
• Zhongfu Tan: Gözden geçirme ve düzenleme.

Veri ve kod kullanılabilirliği: Tahmin verilerini üreten betikler, YALMIP modeli, Gurobi yapılandırması veya açık veri deposu bağlantısı çalışmada verilmemiştir.

Bu Türkçe içerik, yüklenen 38 sayfalık çalışmanın metni, denklemleri, tabloları, sistem şemaları, piyasa akışları, karbon kotası diyagramları ve işletme grafikleri incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel yöntem, model parametreleri ve sonuçlar yalnızca çalışmada sunulan bilgilere dayanmaktadır. Dış kaynaklar yalnızca DOI, SSRN kayıt tarihi, iletişim yazarı ve kurumsal kimliğin bibliyografik doğrulanması amacıyla kullanılmıştır.

Çalışmada maliyet tablolarından sonra yazılan bazı açıklamalar tablo değerlerinin tersini ifade etmektedir. Ayrıca %21,82 oranı, önerilen yöntem ile bağımsız bir temel yöntem arasındaki deneysel fark değil; aynı senaryonun gün öncesi ve gerçek zamanlı hesapları arasındaki farktır. Bu tutarsızlıklar ve yorum sınırları sessizce düzeltilmemiş, içerikte açıkça belirtilmiştir.