Elektrik-Su-İklim Etkileşiminin Modellenmesinde Yapay Zeka Yaklaşımının Kullanımı
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ÇİĞDEM COŞKUN DİLCAN
Danışman: Merih Aydinalp Köksal
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Küresel su ve enerji talebinin önemli ölçüde artması beklenmektedir. Bu nedenle su ve enerji çok önemli kaynaklar haline gelmiştir ve gelecekte sürdürülebilir olmaları için akıllıca yönetilmeleri gerekmektedir. Ancak elektrik üretimi ile su kaynakları arasındaki etkileşim ve bağımlılık, iklim değişikliğinin olumsuz etkileri ile birlikte su-enerji ilişkisindeki mevcut kırılganlıkları daha da artıracaktır. Bu çalışmanın amacı, farklı iklim değişikliği senaryoları altında su ve elektrik üretimi arasındaki ilişkiyi araştırmak ve havza bazında ve ülke bazında su tüketimini ve elektrik üretiminin su yoğunluğunu değerlendirerek sürdürülebilir gelecek için yeni bir araç ve yöntemle politika perspektiflerine katkı sunmaktır. Su-enerji bağıntısına ilişkin çeşitli model çalışmaları yapılmıştır. Yine de, güvenilir bir tahmin aracı olarak uyarlamalı sinirsel bulanık mantık sistemine (ANFIS) modeli değerlendirmesi, elektrik üretimi sırasında su tüketimini tahmin etmek için test edilmemiştir. Bu nedenle; bu çalışmada, elektrik üretimine dayalı güvenilir su tüketimi tahminleri oluşturmak için ANFIS modelleme yaklaşımı kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde barajlı hidroelektrik santraller ile fosil yakıtlı elektrik santrallerinin elektrik üretimi, yakıt türü, soğutma sistemi türleri, yıllık ortalama su tüketimi, geçmiş ve gelecek projeksiyonlarını içeren iklim verileri gibi veriler çeşitli kaynaklardan derlenmiştir. Her iki hidroelektrik ve fosil yakıtlı santraller için geliştirilen ANFIS modelleri arasında, en uygun modeller %85'lik veri bölümleme ile elde edilmiştir. Hidroelektrik santrallere ait ANFIS modelinin en düşük MAPE değeri yaklaşık %9,59 test verisiyle sonuçlanırken, fosil yakıtlı santrallerin MAPE değeri ise yaklaşık %4,62'dir. Modellerin R2 değerleri 0,97'ye yakın ve üzerinde olup, model uyumunun kabul edilebilir düzeyde olduğu söylenebilir. 2021 yılında hidroelektrik santrallerde su tüketimi ve su yoğunluğu 2.150 milyon m3 ve 41.841 m3/GWh iken, fosil yakıtlı santrallerde bu değerler sırasıyla 191 milyon m3 ve 892 m3/GWh olarak hesaplanmıştır. Türkiye'nin 2021 yılı toplam su tüketimi ve yoğunluk değerleri ise sırasıyla yaklaşık 2.341 milyon m3 ve 8.814,5 m3/GWh olarak bulunmuştur. Çalışmanın bir sonraki bölümünde, su kaynakları ile bağıntılı elektrik sektörünün üzerindeki etkilerini görmek için iklim değişikliği senaryo uygulamaları analiz edilmiştir. HadGEM-4.5 iklim senaryosu, 2053 yılında kaydedilen en yüksek hidroelektrik santral su tüketimini ve su yoğunluğunu 4.393 milyon m3 ve 85.487 m3/GWh olarak verirken, GFDL-4.5 iklim senaryosu ise sırasıyla, 2.609 milyon m3 ve 50.768 m3/GWh ile en düşük değerleri vermiştir. Ayrıca, Türkiye için fosil yakıtlı enerji santrallerinin en yüksek su tüketimi ve yoğunluğu değerleri ise, HadGEM 8.5 iklim senaryosunda 246 milyon m3 ve 1.146,2 m3/GWh olarak görülmüştür. Türkiye'deki santrallerin en yüksek toplam su tüketimi ve yoğunluğu ise 2053 yılında HadGEM 4.5 iklim senaryosu için sırasıyla 4.635 milyon m3 ve 17.450,7 m3/GWh olduğu görülmüştür. Çalışmanın son bölümünde ise iklim değişikliği senaryolarına bağlı olarak havza alanı başına en yüksek su tüketimi (BBWC) değerleri ve oranları (BBR) değerlendirilmiş ve haritalama görselleri oluşturulmuştur. 2053 yılında HadGEM 4.5 senaryosuna göre en yüksek BBWC değerleri Fırat-Dicle, Ceyhan ve Kızılırmak havzalarında görülürken, en düşük BBWC değerleri Doğu Karadeniz, Aras ve Doğu Akdeniz havzalarında görülmüştür. 2053 yılında tüm iklim senaryoları için en yüksek BBR % değerini Kızılırmak Havzası vermiş ve bunu sırasıyla Fırat-Dicle, Gediz, Ceyhan, Kuzey Ege ve Sakarya havzaları izlemiştir. Anahtar Kelimeler: Su - Enerji Bağıntısı, Su Kıtlığı, Su Tüketimi, ANFIS, İklim Değişikliği