Bottom-up modelling and analysis of the transport sector in terms of energy, economy, environment and engineering under emission reduction policies

Ulaştırma sektörünün emisyon azaltım politikaları altında enerji, çevre, ekonomi yönünden temelden yukarı modellenmesi ve incelenmesi

Tez No: 1013047
Yazar: ESİN TETİK
Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF İLKER TOPCU, DOÇ. DR. KEMAL SARICA
Tez Türü: Doktora
Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Ulaşım, Industrial and Industrial Engineering, Transportation
Anahtar Kelimeler: Enerji optimizasyon modeli, Multimodal kayma, Sıfır emisyon, Yolcu taşımacılığı, Energy optimization model, Multi-modal shift, Zero emission, Passenger transportation
Yıl: 2026
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Ulaştırma sektörü, artan enerji tüketimi, fosil yakıtlara olan bağımlılığı ve yüksek sera gazı emisyonları nedeniyle iklim değişikliğiyle mücadelede kritik bir rol oynamaktadır. Ekonomik büyüme, nüfus artışı ve kentleşme eğilimleri, yolcu taşımacılığı talebini uzun vadede artırmakta; bu durum ulaştırma sistemlerinin hem çevresel hem de ekonomik açıdan sürdürülebilir biçimde planlanmasını zorunlu kılmaktadır. Özellikle ulaştırma altyapısının uzun ömürlü olması ve teknoloji yatırımlarının geri dönüş sürelerinin yüksekliği, alınan politika kararlarının etkilerini onlarca yıl boyunca belirleyici hâle getirmektedir. Bu bağlamda, ulaştırma sektörünün düşük karbonlu bir yapıya dönüştürülmesi, yalnızca tekil teknolojik çözümlerle değil; talep yapısı, altyapı yatırımları ve politika araçlarının birlikte ele alındığı bütüncül analizlerle mümkün olabilmektedir. Bu tez çalışması, ulaştırma sektörünün uzun dönemli emisyon azaltım yollarını analiz etmek amacıyla, teknoloji açısından zengin, temelden yukarı (bottom-up) ve maliyet eniyilemesi temelli bir model geliştirmektedir. Çalışmanın temel amacı; farklı politika araçlarının, altyapı yatırımlarının ve teknolojik dönüşümlerin yolcu taşımacılığı talebi, ulaşım türleri arasındaki dağılım, enerji tüketimi, sistem maliyetleri ve sera gazı emisyonları üzerindeki etkilerini bütüncül bir optimizasyon yapısı içinde değerlendirmektir. Bu kapsamda, ulaştırma sistemi yalnızca enerji tüketimi açısından değil, aynı zamanda davranışsal ve yapısal dönüşümleri de yansıtacak şekilde ele alınmıştır. Tez kapsamında geliştirilen modelde, TIMES modelleme çatısı ana araç olarak kullanılmıştır. TIMES, çok dönemli ve doğrusal programlama temelli bir enerji sistemi modelleme platformu olup, farklı teknolojiler ve politika kısıtları altında en düşük maliyetli sistem yapılarını belirlemeye olanak tanımaktadır. Bu çalışma kapsamında TIMES modeli, ulaştırma sektörüne özgü ayrıntılı teknoloji tanımları, altyapı bileşenleri ve talep temsilleri ile genişletilerek kullanılmıştır. Model, yakıt değişimi, alternatif gelecek teknolojilerinin benimsenmesi ve ulaştırma modları arasındaki yapısal dönüşümler yoluyla sistemin uzun dönemli evrimini temsil etmektedir. Modelin ayırt edici özelliklerinden biri, yolcu taşımacılığı talebinin kaynak-varış düzeyinde temsil edilmesidir. Şehirlerarası yolcu hareketleri, OD çiftlerine özgü mesafe, seyahat süresi ve maliyet bileşenleri dikkate alınarak modellenmiştir. Bu yaklaşım, seyahat davranışının mekânsal ve mesafeye bağlı özelliklerini açık biçimde modele yansıtmakta; ortalama veya toplulaştırılmış varsayımlara dayalı yaklaşımların ötesine geçmektedir. Böylece, farklı mesafe bantlarında ulaşım türlerinin rekabet üstünlükleri ve tercih eşikleri daha gerçekçi biçimde temsil edilebilmektedir. Yolcu talebi, nüfus ve gelir gibi sosyo-ekonomik göstergeler kullanılarak kalibre edilmiş mod-özgül yerçekimi modelleri aracılığıyla tahmin edilmiştir. Her ulaşım modu için ayrı ayrı oluşturulan bu modellerden elde edilen OD talep matrisleri, ulaştırma türleri arasında tutarlılık sağlanacak şekilde uyumlaştırılarak optimizasyon modeline entegre edilmiştir. Bu yapı, ulaştırma sistemindeki talep dağılımının mekânsal boyutunu korurken, sistem genelinde maliyet eniyilemesine olanak tanımaktadır. Çalışmada, klasik enerji sistemi modellerinin ulaştırma sektöründe tüketici davranışlarını temsil etmedeki sınırlılıkları dikkate alınarak, endojen mod seçimi modülü içeren bir yaklaşım benimsenmiştir. Klasik TIMES uygulamalarından farklı olarak, bu tezde her ulaşım modu için ayrı ayrı araç-kilometre talebi öngörülmemiş; bunun yerine toplam yolcu seyahat talebi (yolcu-km) ve zaman bütçesi yapısı esas alınmıştır. Zaman bütçesi yaklaşımı, yolcuların yalnızca parasal maliyetlere değil, aynı zamanda seyahat süresine de duyarlı oldukları varsayımına dayanmaktadır. Bu çerçevede, her ulaşım modu hızına bağlı olarak farklı miktarda zaman tüketmekte ve modlar arasında toplam seyahat süresi kısıtı altında bir rekabet oluşmaktadır. Bu yaklaşım sayesinde, ulaştırma modları arasındaki dağılım dışsal olarak belirlenmemekte; maliyet ve zaman unsurlarının birlikte etkisiyle endojen olarak ortaya çıkmaktadır. Böylece, ulaştırma sisteminin yapısal dönüşümü yalnızca teknolojik tercihlerle değil, aynı zamanda yolcu davranışlarını yansıtan kısıtlar aracılığıyla modellenmiştir. Klasik model çıktılarının yanı sıra, ulaşım modlarının zaman içinde değişen payları da analiz edilebilmiştir. Ulaştırma talebi yolcu ve yük taşımacılığı ile şehir içi ve şehirlerarası ayrımlar gözetilerek ele alınmış; endojen mod değişimi özellikle şehirlerarası yolcu taşımacılığı kapsamında binek otomobil, otobüs, demiryolu, havayolu ve denizyolu modları için uygulanmıştır. Bu modlar, zaman bütçesi kısıtı altında sistem maliyetini minimize etme hedefi doğrultusunda birbirleriyle rekabet etmektedir. Modelin kalibrasyon aşamasında, referans yıl için enerji tüketimi, emisyonlar ve seyahat göstergeleri ile model çıktıları arasında tutarlılık sağlanmış; böylece uzun dönemli senaryo sonuçlarının güvenilirliği artırılmıştır. Geliştirilen model, farklı politika senaryoları altında uygulanarak ulaştırma sisteminin uzun dönemli evrimi analiz edilmiştir. Senaryo seti kapsamında, emisyon üst sınırları, zaman maliyetine ilişkin varsayımlar ve yüksek hızlı demiryolu koridorlarının genişletilmesi gibi politika araçları değerlendirilmiştir. Analiz sonuçları, emisyon azaltımının yalnızca ulaşım türleri içindeki teknolojik iyileştirmelerle sınırlı kaldığını; derin emisyon azaltımı için ulaşım türleri arasında yapısal dönüşümlerin gerekli olduğunu göstermektedir. Özellikle demiryolu yatırımları, orta mesafeli koridorlarda karayolu ve havayolundan demiryoluna yönelimi desteklemektedir. Bununla birlikte, altyapı genişletmesinin tek başına, tamamlayıcı emisyon kısıtları veya politika araçları olmadan, sıkı emisyon hedeflerine ulaşmak için yeterli olmadığı görülmektedir. Orta düzey emisyon azaltım hedefleri görece sınırlı sistem maliyeti artışlarıyla gerçekleştirilebilirken, daha iddialı hedeflerde elektrifikasyonun hızlanması, altyapı yatırımları ve teknoloji yayılımı nedeniyle sistem maliyetlerinde doğrusal olmayan artışlar ortaya çıkmaktadır. Bu bulgular, politika hedeflerinin kademeli olarak belirlenmesi ve farklı politika araçlarının birlikte değerlendirilmesinin önemini ortaya koymaktadır. Sistem düzeyindeki analizleri tamamlayıcı olarak, tez kapsamında elektrikli ve içten yanmalı motorlu araçların farklı iklim koşulları ve sürüş profilleri altındaki emisyon performansları da incelenmiştir. Elde edilen bulgular, elektrikli araçların çevresel faydalarının elektrik üretim karması, ortam sıcaklığı ve işletme koşullarına yüksek derecede duyarlı olduğunu göstermektedir. Bu durum, ulaştırma sektöründeki elektrifikasyon politikalarının, elektrik sektöründe gerçekleştirilecek karbonsuzlaşma adımları ile eşgüdüm içinde yürütülmesi gerektiğine işaret etmektedir. Sonuç olarak bu tez, ulaştırma sektörünün uzun dönemli karbonsuzlaşmasının; teknoloji seçimi, altyapı yatırımları, davranışsal unsurlar ve politika kısıtlarını birlikte ele alan bütünleşik bir yaklaşım gerektirdiğini ortaya koymaktadır. Geliştirilen modelleme yapısı, farklı politika araçlarının ve senaryoların tutarlı biçimde test edilebildiği esnek bir karar destek aracı sunmakta; mekânsal olarak ayrıştırılmış talep temsili ile sistem genelinde maliyet eniyilemesini birleştirerek, Türkiye ve benzer gelişmekte olan ülkeler için düşük karbonlu ulaştırma sistemlerine geçiş sürecine yönelik güçlü bir analitik temel sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis develops a comprehensive, technology-rich, bottom-up modelling framework to analyse long-term decarbonisation pathways in Türkiye's intercity passenger transport sector. The study aims to assess how alternative policy interventions, infrastructure investments, and technological transitions influence transport modal structure, energy consumption, system costs, and greenhouse gas emissions within a unified optimisation framework. The intercity passenger transport model is built using the TIMES framework and represents the transport system through a multi-period cost-minimisation approach that integrates energy, economic, environmental, and engineering dimensions. A key methodological contribution of the thesis is the explicit representation of intercity passenger demand at the origin-destination (OD) level, where OD-specific distances, travel times, and cost components are directly embedded in the model. This structure enables distance-sensitive modelling of travel behaviour and allows modal competition between road, rail, and air transport to emerge endogenously, rather than being imposed through fixed modal shares or aggregate assumptions. Intercity passenger demand is estimated using mode-specific gravity-based models, calibrated with socio-economic indicators, including population and income, and harmonised across transport modes. The resulting OD-level demand matrices are integrated into the optimisation model, which determines least-cost transport system configurations under alternative policy scenarios. In addition, a time-budget constraint is introduced to capture the role of travel time as a non-monetary determinant of modal choice, extending conventional energy system models, by capturing the trade-off between monetary costs and travel time in passenger decision-making. The framework is applied to a set of scenarios designed to evaluate the impacts of emission caps, time-cost assumptions, and high-speed rail corridor expansion projects. The results show that emission reductions achieved solely through technological improvements within modes are limited, and that structural changes in modal shares are essential for deep decarbonisation. HSR investments facilitate modal shifts from road and air transport towards electrified rail, particularly on medium-distance corridors, but infrastructure expansion alone is insufficient to achieve stringent emission targets without complementary emission constraints. The analysis further reveals that while moderate emission reduction targets can be achieved with relatively limited system cost increases, more ambitious targets lead to non-linear cost escalation, driven by accelerated electrification, infrastructure requirements, and technology deployment. These findings highlight the importance of carefully sequencing policy interventions to balance emission reduction objectives with economic feasibility. Complementing the system-level analysis, the thesis also examines vehicle-level emission performance of electric and internal combustion engine vehicles under different climate conditions and driving profiles. The results demonstrate that the environmental benefits of electric vehicles are highly sensitive to electricity generation mix, ambient temperature, and operational conditions, indicating that transport electrification must be accompanied by substantial decarbonisation of the power sector to deliver consistent emission reductions. Overall, the thesis demonstrates that effective decarbonisation of Türkiye's intercity passenger transport sector requires an integrated policy approach combining infrastructure investment, behavioural considerations, and emission constraints. The modelling framework developed in this study provides a flexible decision-support tool that can be extended to analyse additional policy instruments, infrastructure options, and transport segments. By linking spatially explicit demand representation with system-wide optimisation, the thesis offers a robust analytical basis for designing long-term, cost-effective transport decarbonisation strategies in Türkiye and other developing economies

Benzer Tezler

Tez No
55962
Değişim mühendisliği
Başlık çevirisi yok
ESRA SEZGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Endüstri ve Endüstri Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
DOÇ.DR. MEHMET TANYAŞ
Tez No
619145
Quantification of the impact of uncertainty in emissions on air quality model estimates
Emisyonlardaki belirsizliğin hava kalitesi model sonuçlarına etkisinin hesaplanması
ÜMMÜGÜLSÜM ALYÜZ ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2020
Çevre Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER ÜNAL
Tez No
835521
3-D velocity structure of the gulf of Izmir (Western Turkey) by using traveltime tomography
İzmir körfezi'nin seyahat zamanı tomografisi ile 3-B hız modelinin elde edilmesi
ZEHRA ALTAN SAĞLAM
Doktora
İngilizce
2022
Jeofizik Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESLİHAN OCAKOĞLU GÖKAŞAN
Tez No
936812
The impact of climate change on NH3 and NMVOCs and their contribution to secondary particle formation
İklim değişikliğinin NH3 ve metan olmayan UOBler üzerindeki etkisi ile bunların ikincil partikül oluşumuna katkısı
EZGİ AKYÜZ
Doktora
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER ÜNAL
DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL
Tez No
239
Bazı limon çeşitleri ve bunların melezlerinin morfolojik karakterleri ile uçkurutan (phoma tracheiphila kanc. ve ghik) hastalığına dayanıklılık arasındaki ilişkiler
Başlık çevirisi yok
GÜLİZ GÖRGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Ziraat Çukurova Üniversitesi
Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER TUZCU

Geri Dön