| dc.description.abstract | The global water and energy demand is expected to grow significantly. Therefore, water and energy have become important resources and must be wisely managed for a sustainable future. However, the interaction and dependence between electricity generation and water resources will further exacerbate existing vulnerabilities in the water-energy nexus under the negative impacts of climate change.
The aim of this thesis is to investigate the relationship between water and electricity generation under different climate change scenarios and evaluate the basin-based and country-based water consumption and water intensity of electricity production to contribute to the policy perspectives with a new tool and method to sustain the future. Various model studies on the water-energy nexus have been conducted. Still, as a reliable forecasting tool, the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model evaluation has not been tested for forecasting water consumption during electricity generation. Thus, the ANFIS modelling approach is used in this study to generate reliable water consumption estimates based on electricity generation.
In the first part of the study, the data of hydroelectric power plants with dams and fossil-fueled power plants, like electricity generation, fuel type, cooling system types, annual average water consumption, and climate data, including historical and future projections, are gathered from various sources. The ANFIS models of both hydroelectric and fossil-fueled power plants with 85% data splitting gave the best-fitted models. The lowest MAPE of hydroelectric power plants’ ANFIS model resulted in about 9.59 % testing data, while fossil-fueled power plants’ MAPE is about 4.62%. The R2 of the models is nearly and above 0.97, and it can be said that model fitting is acceptable. Water consumption and water intensity of hydroelectric power plants were 2,150 million m3 and 41,841 m3/GWh, while it was 191 million m3 and 892 m3/GWh for fossil-fueled power plants, respectively, in 2021. And Turkey's total water consumption and intensity values are evaluated as about 2,341 million m3 and 8,814.5 m3/GWh, respectively, in 2021.
In the next part of the study, climate change scenario applications are analyzed to see the effects on the electricity sector related to water resources. The HadGEM-4.5 climate scenario gave the highest hydroelectric power plant water consumption and water intensity recorded at 4,393 million m3 and 85,487 m3/GWh in 2053, while the GFDL-4.5 had the lowest value at 2,609 million m3 and 50,768 m3/GWh, respectively. Additionally, for the HadGEM 8.5 climate scenario, the largest water consumption by fossil-fueled power plants was recorded in Turkey at 246 million m3 and 1,146.2 m3/GWh. And the highest total water consumption and intensity of power plants in Turkey were seen at 4,635 million m3 and 17,450.7 m3/GWh for the HadGEM 4.5 climate scenario in 2053, respectively.
The final part of the study analysed the basin-based water consumption per basin area (BBWC) and ratio (BBR) results and visuals of the mapping tool depending on climate change scenarios. The highest BBWC values were seen at Fırat-Dicle, Ceyhan and Kızılırmak Basins in 2053 at HadGEM 4.5 scenario, while Dogu Karadeniz, Aras and Dogu Akdeniz Basins have the lowest BBWC. The Kızılırmak Basin gave the highest BBR % in the 2053 year for all climate scenarios and followed by the Fırat-Dicle, Gediz, Ceyhan, Kuzey Ege and Sakarya Basins, respectively. | tr_TR |
| dc.description.ozet | 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. | tr_TR |
