The development of the turkish power market with special respect to renewable power generation in Turkey

Güner, Yusuf Emre

The Turkish government has adopted a new energy policy to diversify electricity supply through exploitation of the remaining potential of the domestic fossil fuels and the renewable energy resources. The main goal of the new energy policy, so called “energy policy 2023” in this dissertation, is to increase the share of renewable in energy mix to at least 30% of the annual total generation in 2023; whereas to reduce that of natural gas to at least 30%. Accordingly, the target capacity expansion of renewable energy technologies (RETs) is anticipated to bring gains in gross domestic product, reductions in natural gas imports and CO2 emissions. The aforementioned assessments are limited in scope to the analysis of the impacts of substituting combined cycled gas power plants by RETs; although the governmental policies are principally analyzed taking into account their benefits and costs to the society considering alternative utilizations of the scarce resources. Therefore, this dissertation aims to carry out analyses on the energy policy 2023 regarding the development of the investments in RETs and the net social benefit of the proposed capacity expansion targets for the domestic energy resources. The investment analysis is carried out by quantifying the level of full load hours (FLHs) of operation to trigger investment in RETs by utilizing the net present value (NPV) and the real option methods taking into account the revenue streams from the feed-in tariff (FiT) scheme and the wholesale market price of electricity respectively. The results of the analysis are compared with the resource potential related to the FLHs of RETs in Turkey to discuss whether the capacity expansion targets are reachable or not. The novelty of this study lies in the application of the NPV and the real option methods to quantify threshold FLHs for the aforementioned investment analysis. The analyses on the development of the investments in RETs indicate that the targets for biomass, solar PV and geothermal power plants are anticipated to be reachable under the given assumptions; whereas the achievement of the targets for hydropower and wind power plants are considered to be dependent on the decision of the Turkish government whether the corresponding FiT rates should be increased. Indeed, the Turkish government has declared that the rates in FiT scheme can be raised; in order to reach the RET capacity expansion targets for the year 2023. The net social benefit of adopting energy policy 2023 is relatively measured by developing a capacity expansion model to conduct techno-economic analyses on the reference (i.e. energy policy 2023) and the alternative capacity expansion scenarios. Accordingly, the net social benefit of adopting energy policy 2023 indicates the 2015 present value of foregone/gained savings in capital, fuel and external costs in comparison to an alternative capacity expansion scenario. In total, four alternative capacity expansion scenarios are constructed dependent on renewable, imported hard coal and natural gas substituting for domestic types of coal and also on both imported hard coal and natural gas substituting for domestic energy resources in the reference scenario. The novelty of this analysis lies in the developed capacity expansion model and the techno-economic assessments based on the concurrent novel studies on the future load duration curves of Turkey and the improved screening curve approach. The results of the analyses indicate that the main goal of the energy policy 2023 cannot be fulfilled only by the capacity expansion scenario solely dependent on natural gas and imported hard coal due to having a share of renewable less than the targeted one. The social cost-benefit analysis of the energy policy 2023 indicates that the targeted capacity expansion of RETs is more beneficial than that of fossil fuel fired power plants. In contrast, the targeted capacity expansion based on domestic coal types are less beneficial than that of imported hard coal and can also be less beneficial than that of natural gas through attaching more value to the health and environmental concerns. Finally, the capacity expansion scenarios, which are based on renewable resources or imported hard coal in the place of domestic types of coal, can provide more benefits to the society by improving the energy policy 2023. In conclusion, the Turkish government should review the granted subsidizations to promote investments in RETs and should consider solely relying on the capacity expansion of RETs to achieve the greatest possible net benefit for the period 2015-2023 according to the established method of cost-benefit analysis.

Die türkische Regierung hat eine neue Energiepolitik beschlossen mit dem Ziel die Stromversorgung des Landes durch Ausnutzung noch vorhandener heimischer fossiler Energieträger und erneuerbare Energiequellen zu diversifizieren. Das Hauptziel der in dieser Dissertation behandelten neuen Energiepolitik, genannt „die Energiepolitik 2023“, ist es, den Anteil der erneuerbaren Energien im Energiemix der jährlichen Gesamterzeugung bis zum Jahr 2023 auf mindestens 30% zu erhöhen. Gleichzeitig soll der Anteil der Energieerzeugung aus Erdgas auf maximal 30% reduziert werden. Durch den Ausbau der Zielkapazität von Technologien für erneuerbare Energie (Renewable Energy Technologies - RETs) wird ein Zuwachs des Bruttoinlandsproduktes, eine Senkung der Erdgasimporte und eine Reduktion der CO2-Emissionen erwartet. Während sich die regierungspolitischen Analysen der o.g. Energiepolitik hauptsächlich auf die Kosten/Nutzen-Analyse alternativer Nutzungen knapper Ressourcen fokussiert, beschränkt sich die vorliegende Bewertung auf die Analyse der Auswirkungen des Austausches der Gaskraftwerke durch RETs. Diese Dissertation zielt insbesondere auf die Analyse der Entwicklung von RET-Investitionen, die im Rahmen der Energiepolitik 2023 vorgesehen sind, und den damit verbundenen Nettonutzen (net social benefit). Die Investitionsanalyse wird über die Quantifizierung der Schwellenwerte der Betriebsvolllaststunden (FLHs) für das Auslösen der RET-Investitionen durchgeführt. Hierzu wird die Kapitalwertmethode (NPV) und die Realoptionsanalyse unter Berücksichtigung der entsprechenden Einnahmequellen von Einspeisevergütungen (FiT) und der Großhandelsmarktpreis für Strom verwendet. Die Ergebnisse der Analyse werden mit den FLHs bereits realisierter RET-Projekte in der Türkei verglichen, um beurteilen zu können, ob die Kapazitätsausbauziele erreichbar sind. Die Neuheit dieser Studie liegt in der Anwendung der vorerwähnten Methoden (NPV, Realoption) um die Schwellenwerte der FLHs für die RET-Investitionen zu quantifizieren. Die Analyse zur Entwicklung der RET-Investitionen zeigen, dass die Ziele für Biomasse, Solar PV und geothermische Kraftwerke unter den gegebenen Annahmen erreichbar erscheinen, während die Erreichung der Ziele für Wasser- und Windkraftwerke davon abhängig ist, dass die türkische Regierung die entsprechenden FiT-Raten erhöht. Die türkische Regierung hat bereits angekündigt, dass die Einspeisevergütungen erhöht werden können, um die RET-Kapazitätsausbauziele für das Jahr 2023 zu erreichen. Der Nettonutzen der Energiepolitik 2023 wird relativ gemessen durch die Entwicklung eines Kapazitätsausbau-Modells mit technisch-ökonomischer Analyse des Referenz-Ausbauszenarios (Energiepolitik 2023) verglichen mit alternativen Ausbauszenarien. Dementsprechend zeigt der Nettonutzen der Energiepolitik 2023 den Barwert (abgerechnet auf das Jahr 2015) der entgangenen/gewonnenen Einsparungen an Kapital, Brennstoff und externen Kosten im Vergleich zu alternativen Ausbauszenarien. Insgesamt wurden vier alternative Ausbauszenarien aufgebaut; erneuerbare Energien, importierte Steinkohle und Erdgas, jeweils anstelle der heimischen Kohlearten sowie importierte Steinkohle und Erdgas gemeinsam anstelle der heimischen Energieresourcessen im Referenz-Ausbauszenario. Die Neuheit dieser Analyse liegt im entwickelten Kapazitätsausbau-Modell und der durchgeführten technisch-ökonomischen Analyse basierend auf den gleichzeitigen neuen Studien über „The Future Load Duration Curves of Turkey“ und „The Improved Screening Curve Approach“. Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass das Hauptziel der Energiepolitik 2023 nur durch das Ausbauszenario, das auf Erdgas und importierte Steinkohle basiert, nicht erfüllt werden kann, weil der erreichte Anteil der erneuerbaren Energien geringer als der angestrebte Anteil ist. Die Kosten/Nutzen-Analyse der Energiepolitik 2023 zeigt, dass der gezielte Kapazitätsausbau von RETs nützlicher als der von fossil befeuerten Kraftwerken ist. Im Gegensatz dazu ist der gezielte Kapazitätsausbau basierend auf den heimischen Kohlesorten weniger vorteilhaft als der auf importierter Steinkohle basierende. Außerdem kann er auch weniger vorteilhaft als der Erdgas-basierende sein, wenn mehr Wert auf Gesundheits- und Umweltschutz gelegt wird. Schließlich können die Ausbauszenarien, die auf erneuerbaren Energien oder importer Steinkohle anstelle heimischer Kohlesorten basieren, durch eine Verbesserung der Energiepolitik 2023 mehr Nutzen für die Gesellschaft schaffen. Die Schlussfolgerung dieser Analyse legt nahe, das die türkische Regierung die gewährte Subventionierung zur Investitionsförderung von RETs nochmals kritisch überdenken und sich nur auf den Kapazitätsausbau von RETs konzentrieren sollte, um den unter Berücksichtigung der etablierten Methode der Kosten/Nutzen-Analyse größtmöglichen Nutzen für den Zeitraum 2015-2023 zu erzielen.

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Güner, Yusuf: The development of the turkish power market with special respect to renewable power generation in Turkey. 2018.

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