Effects of Seasonal Variations and Climate Change on HEPP Energy Production

Öz

This study examines how seasonal variations in hydropower generation throughout the year and possible impacts of climate change affect its share in total energy generation. The share of hydropower generation in Turkey’s total energy generation between 2011 and 2024 is analysed and significant monthly variations are observed, especially in the period 2019-2024. These fluctuations reveal the impact of climate variability and extreme weather events on the hydrological cycle and show that irregularities in water flow are crucial for hydropower generation. It is well known that variation in hydropower generation is significantly depends on seasonal variations. For example, due to the melting of both snow and glaciers as well as the high precipitation, in the spring the potential and generation of hydropower increases, while both of them decrease in the summer due to increased evaporation and falling reservoir levels. In addition, erratic rainfall and more frequent droughts are exacerbating the impact of climate change on the hydrological balance, making hydropower generation even more uncertain. The data of installed power, annual energy production, the number of active HEPPs by year, annual average rainfall and temperature, and monthly energy production amounts have been meticulously evaluated. Accordingly, the HEPP potential has been redetermined, possible climate change impacts have been comprehensively examined, and the results have been compared with the current situation. Although the installed capacity of hydroelectric power has increased, its share of the total energy market remains limited. It is understood that hydroelectric production is sensitive to climatic conditions, such as annual temperature variations and changes in precipitation patterns, and that it fluctuates due to seasonal variability. Regression analyses have been used to examine the effects of meteorological factors on hydroelectric power production. In the light of the analyzing, the possible reasons for the fluctuations in energy production have been determined and accordingly several recommendations have been presented.

Anahtar Kelimeler

• Hydroelectric power plants
• hydraulic energy
• climate change
• drought
• precipitation

Destekleyen Kurum

This study is not supported by any institution and/or organization.

Etik Beyan

The study does not require ethics committee approval or any special permission.

Teşekkür

The author thanks the Turkish Electricity Transmission Corporation (TEİAŞ) and the database administrators for providing access to the data used in this study.

Mevsimsel Değişimlerin ve İklim Değişikliğinin HES Enerji Üretimine Etkileri

Öz

Bu çalışma, yıl boyunca hidroelektrik üretimindeki mevsimsel değişiklikleri ve iklim değişikliğinin toplam enerji üretimi üzerindeki olası etkilerini incelemektedir. Türkiye’nin toplam enerji üretimi içinde hidroelektrik üretiminin payı 2011 ile 2024 yılları arasında analiz edilmiş ve özellikle 2019-2024 döneminde önemli aylık değişiklikler gözlemlenmiştir. Bu dalgalanmalar, iklim değişkenliğinin ve aşırı hava olaylarının hidrolojik döngü üzerindeki etkisini ortaya koymakta ve su akışındaki düzensizliklerin hidroelektrik üretim için çok önemli olduğunu göstermektedir. Hidroelektrik üretimindeki değişkenliğin mevsimsel değişimlere önemli ölçüde bağlı olduğu iyi bilinmektedir. Örneğin, kar ve buzulların erimesi ve yüksek yağışlar nedeniyle ilkbaharda hidroelektrik potansiyeli ve üretimi artarken, yaz aylarında buharlaşma artışı ve rezervuar seviyelerinin düşmesi nedeniyle her ikisi de azalır. Ayrıca, düzensiz yağışlar ve daha sık görülen kuraklıklar, iklim değişikliğinin hidrolojik denge üzerindeki etkisini daha da şiddetlendirerek hidroelektrik üretimini daha da belirsiz hale getirmektedir. Kurulu güç, yıllık enerji üretimi, yıllara göre aktif hidroelektrik santral (HES) sayısı, yıllık ortalama yağış ve sıcaklık ve aylık enerji üretim miktarları titizlikle değerlendirilmiştir. Buna göre, HES potansiyeli yeniden belirlenmiş, olası iklim değişikliği etkileri kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve sonuçlar mevcut durumla karşılaştırılmıştır. Hidrolik enerji kurulu gücü artmasına rağmen toplam enerji içerisindeki payının sınırlı olduğu, yıllık sıcaklık değişimleri ve yağış rejimlerinde meydana gelen değişiklikler ile hidrolik üretimin iklimsel koşullara karşı hassas olduğunu, mevsimsel değişkenlikten dolayı hidrolik üretimin dalgalandığı anlaşılmıştır. Regresyon analizleri ile meteorolojik faktörlerin hidrolik enerji üretimi üzerine etkileri irdelenmiştir. Değerlendirmeler ışığında, enerji üretimindeki dalgalanmaların olası nedenleri belirlenmiş ve buna göre çeşitli öneriler sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Hidroelektrik santraller
• hidrolik enerji
• iklim değişikliği
• kuraklık
• yağış
• enerji üretimi

Destekleyen Kurum

Bu çalışma herhangi bir kurum ve/veya kuruluş tarafından desteklenmemektedir.

Etik Beyan

Çalışma etik kurul izni veya herhangi bir özel izin gerektirmemektedir.

Teşekkür

Yazar çalışmada kullanılan verilerin erişimine imkan sağlayan Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi’ne ve veri tabanı yöneticilerine teşekkür etmektedir.

Kaynakça

1. Lee D. Ng J. Y. Galelli S. & Block P. (2022). Unfolding the relationship between seasonal forecast skill and value in hydropower production: A global analysis. Hydrology and Earth System Sciences 26(9) 2431–2448. https://doi.org/10.5194/hess-26-2431-2022
2. UN Climate Change. (2018). How hydropower can help climate action. https://unfccc.int/news/how-hydropower-can-help-climate-action
3. Shu J. Qu J. J. Motha R. Xu J. C. & Dong D. F. (2018). Impacts of climate change on hydropower development and sustainability: A review. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 163(1), Article 012126. https://doi.org/10.1088/1755-1315/163/1/012126
4. Kumar, A., Schei, T., Ahenkorah, A., Caceres Rodriguez, R., Devernay, J.-M., Freitas, M., Hall, D., Killingtveit, Å., & Liu, Z. (2011). Hydropower. Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Matschoss, P., Kadner, S., Zwickel, T., Eickemeier, P., Hansen, G., Schlömer, S., & von Stechow, C. (Eds.), IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation (pp. 437–496). Cambridge University Press.
5. Liu B. Lund J. Liu L. Liao S. Li G. & Cheng C. (2020). Climate change impacts on hydropower in Yunnan China. Water 12(1), Article 197. https://doi.org/10.3390/w12010197
6. United States Department of Energy. (2023). Effects of climate change on federal hydropower. https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-05/effects-of-climate-change-on-hydropower_2023-12.pdf
7. Agrawala S. Raksakulthai V. van Aalst M. Larsen P. Smith J. & Reynolds J. (2003). Development and climate change in Nepal: Focus on water resources and hydropower (pp. 14-28). OECD Publishing.
8. Gautam B. R. Li F. & Ru G. (2014). Climate change risk for hydropower schemes in Himalayan Region. Environmental Science & Technology, 48(14), 7702–7703. https://doi.org/10.1021/es502719t

9. Adu-Poku A. Siabi E. K. Otchere N. O. Effah F. B. Awafo E. A. Kemausuor F. & Yazdanie M. (2024). Impact of drought on hydropower generation in the Volta River basin and future projections under different climate and development pathways. Energy and Climate Change 5, Article 100169. https://doi.org/10.1016/j.egycc.2024.100169
10. Boadi S. A. & Owusu K. (2019). Impact of climate change and variability on hydropower in Ghana. African Geographical Review 38(1) 19-31. https://doi.org/10.1080/19376812.2017.1284598
11. Yira Y. Mutsindikwa T. C. Bossa A. Y. Hounkpè J. & Salack S. (2021). Assessing climate change impact on the hydropower potential of the Bamboi catchment (Black Volta, West Africa). Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences 384, 349–354. https://doi.org/10.5194/piahs-384-349-2021
12. Süme V. (2018). Micro Water Structures as a Renewable Energy Source; A Case Study in Maçka, Trabzon, Turkey. Gümüshane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 8(2), 261-271. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.400800
13. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi. (2012). Enerji raporu. Poyraz Ofset.
14. Türkiye İstatistik Kurumu. (2025). Enerji kaynaklarına göre elektrik enerjisi üretimi ve payları. https://data.tuik.gov.tr/Search/Search?text=Enerji%20kaynaklar%C4%B1na%20g%C3%B6re%20elektrik%20enerjisi%20%C3%BCretimi%20ve%20paylar%C4%B1
15. Şavkar E. (2024). Yenilenebilir enerji zemininde hidroelektrik enerji ve Türkiye potansiyeli. Oğuzhan Sosyal Bilimler Dergisi 6(1) 51–58. https://doi.org/10.55580/oguzhan.1484562
16. Süme V. Mete B. & Özener A. Y. (2017). Yukari Çoruh Havzasındaki su yapılarının enerji potansiyeli ve çevresel etkileşimi. Türk Hidrolik Dergisi 1(1) 7–12.
17. Süme V. (2025). A novel green and renewable energy approach; Watermills in Eastern Black Sea Region. Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Civil Engineering 49(1) 997–1008. https://doi.org/10.1007/s40996-024-01578-4
18. Toklu E. Güney M. S. Işık M. Comaklı O. & Kaygusuz K. (2010). Energy production consumption policies and recent developments in Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(4) 1172–1186. https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.12.006
19. Güler Ö. (2009). Wind energy status in electrical energy production of Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13(2) 473–478. https://doi.org/10.1016/j.rser.2007.03.015
20. Mutlu Y. (2012). Türkiye’nin enerji potansiyeli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi açısından önemi. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi 4(2) 33–54. https://doi.org/10.1501/Csaum_0000000064
21. Aydın F. (2019). Yenilenebilir enerji kaynaklarının Türkiye’de kullanımı ve sürdürülebilirliği [Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
22. Devlet Su İşleri. (2024). Yıllık faaliyet raporu. https://cdniys.tarimorman.gov.tr/api/File /GetGaleriFile/425/DosyaGaleri/594/dsi_2024_yili_faaliyet_raporu.pdf
23. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. (2025a). Hidrolik. https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-hidrolik
24. T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı. (2025b). Elektrik. https://enerji.gov.tr/bilgi-merkezi-enerji-elektrik
25. Devlet Su İşleri. (2025a). 2024 yılında enerjimizin %215’İ HES’lerden. https://dsi.gov.tr/haber/detay/14826.
26. Toprak Z. F. (2023). Türkiye HES potansiyeli ve iklim değişikliği etkileri iklim değişikliği çerçevesinde su kaynaklarının mevcut durumu ve geleceği. Türkiye Bilimler Akademisi. https://doi.org/10.53478/TUBA.978-625-8352-56-6.ch13
27. Alashan S. Şen Z. & Toprak Z. F. (2016). Hydroelectric Energy Potential of Turkey: A Refined Calculation Method. Arabian Journal for Science and Engineering 41(4) 1511–1520. https://doi.org/10.1007/s13369-015-1982-5
28. Toprak, Z. F. (2022). Yenilenebilir enerji kaynağı olarak hidrolik enerji. Farklı yaklaşımlarla enerji kaynakları (ss. 383–397). Orient Yayınları.
29. Süme V. & Türüt R. (2018). Aşağı Çoruh’ta bulunan barajların hidroelektrik potansiyeli ve çevresel etkileri. Turkish Journal of Hydraulic 2 12–18.
30. Gökdemir M. Kömürcü M. I. & Evcimen T. U. (2012). Türkiye’de hidroelektrik enerji ve HES uygulamalarına genel bakış. Türkiye Mühendislik Haberleri Dergisi 471(57) 2011–2012.
31. Süme V. & Fırat S. S. (2020a). Hidroelektrik santraller ve Trabzon ilinde bulunan hidroelektrik santrallerin şehir ve Doğu Karadeniz havzası için önemi. Türk Hidrolik Dergisi 4(1) 11–24.
32. Süme V. & Fırat S. S. (2020b). Hidroelektrik santraller ve Rize ilinde bulunan hidroelektrik santrallerin şehir ve Doğu Karadeniz havzası için önemi. Türk Hidrolik Dergisi 4(2) 8–23.
33. Türkiye İstatistik Kurumu. (2023). Nüfus ve demografi. https://data.tuik.gov.tr/Kategori/ GetKategori?p=nufus-ve-demografi-109&dil=1
34. McKinsey & Company. (2022). Global energy perspective 2022. https://www.mckinsey.com/industries/oil-and-gas/our-insights/global-energy-perspective-2022
35. Akpınar E. (2005). Nehir tipi santrallerin Türkiye’nin hidroelektrik üretimindeki yeri. Erzincan Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi 7(2) 1–25. https://doi.org/10.33484/sinopfbd.1666588
36. Kaplan F. A. (2023). İklim değişikliğinin hidroelektrik santraller üzerindeki etkisi ve HES GES hibrit modeli. DSİ Teknik Bülteni 1(141) 8–13.
37. Karakoyun Y. (2024). Determination of effective parameters for hydropower plants’ energy generation: A case study. Applied Sciences 14(5), Article 2069. https://doi.org/10.3390/app14052069
38. Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (2025). Aylık elektrik üretim tüketim raporları. https://www.teias.gov.tr/ aylik-elektrik-uretim-tuketim-raporlari.
39. Devlet Su İşleri. (2025b). Faaliyet raporları. https://www.dsi.gov.tr/sayfa/detay/759