Modelling and forecasting the energy demand for Turkey

Abstract

Bu tez çalışması, Türkiye'de elektrik ve doğal gaz talebinin esnekliklerini Engle-Granger 2 Aşama (EG Two-Step), Tam Düzeltilmiş En Küçük Kareler (FMOLS), Johansen Eşbütünleşme (Johansen Cointegration), Gecikmesi Dağıtılmış Otoregresif Sınır Testi (ARDL Bounds Testing) ve Yapısal Zaman Serileri Modelleme (STSM) metotlarını kullanarak alt sektörler ile toplam seviyeler açısından analiz etmektedir. Ayrıca, esneklik sonuçları ve çeşitli senaryo varsayımları kullanılarak, Türkiye'nin gelecekteki olası enerji talebi tüm sektörler için 2025 yılına kadar tahmin edilmektedir. Sonuçlar, sanayi sektörü ile toplam elektrik talebinin fiyat ve gelir esnekliklerinin kısa ve uzun dönemde 1'den az olduğunu göstermektedir. Diğer taraftan, konut sektörü gelir esneklikleri kısa vadede 1'den küçük olarak bulunurken, bu sektör için uzun dönem gelir esnekliklerinin geleneksel eşbütünleşme yöntemleri ile 1'den büyük olduğu tahmin edilmiştir. Doğal gaz talebi açısından, sanayi sektörünün fiyat esneklikleri kısa ve uzun dönemde 1'den az iken, konut ve elektrik üretim sektörlerinin fiyat esneklikleri özellikle uzun dönemde mutlak değer olarak 1'den fazladır. Ayrıca, elektrik üretim sektörünün fiyat esneklikler pozitif olarak bulunmuştur. Öte yandan, gelir bağlamında ise en yüksek esneklikler konut sektörü için tahmin edilmiştir. Buna ek olarak, sanayi sektörü kısa dönem gelir esneklikleri uzun dönemden fazlayken, konut ve elektrik üretim sektörlerinde bu durumun tersi gözlemlenmektedir. Bu çalışmada, esneklik hesaplamalarının yanı sıra Türkiye'nin elektrik ve doğal gaz talebinin tahmin sonuçları da sunulmaktadır. Referans senaryonun sanayi, konut ve toplam elektrik talebi için 2025 yılına ait ortalama tahminleri sırasıyla yaklaşık olarak 125 TWh, 97 TWh ve 345 TWh'dir. Ayrıca, yine referans durum için 2025 yılına ait ortalama doğal gaz talepleri sanayi, konut, elektrik üretim sektörü ve toplam seviye bakımından sırasıyla yaklaşık 25 bcm, 22 bcm, 30 bcm ve 90 bcm olarak tahmin edilmektedir. Bu tezin ana motivasyonu, Türkiye'nin enerji talebinin modellenmesi ve tahmin edilmesinde çeşitli ekonometrik tekniklerin performanslarını karşılaştırmaktır. Bu çalışmada kullanılan ekonometrik yöntemler göz önünde bulundurulduğunda UEDT (Underlying Energy Demand Trend) konsepti ile birleşen Yapısal Zaman Serileri Modelleme (Structural Time Series Modelling-STSM) metodu hem metodolojik hem de ampirik olarak ön plana çıkmaktadır. Bununla beraber, söz konusu yaklaşımın tahmin sonuçları, geleneksel eşbütünleşme yöntemlerinden daha istikrarlıdır. Özetle, Türkiye'nin enerji talebinin elektrik ve doğal gaz açısından modellenmesi ve tahmin edilmesi için bu tez çalışmasında geleneksel eşbütünleşme yöntemleri ile STSM/UEDH yaklaşımı kullanılmıştır. Bu araştırmanın çıktılarına göre STSM/UEDT yöntemi diğer tekniklerden genel anlamda daha tutarlı ve anlamlı sonuçlar vermiştir. Sonuç olarak, STSM/UEDT yaklaşımı deterministik yerine stokastik trendi kullandığından dolayı, geleneksel eşbütünleşme yöntemleri ile tahmin edilemeyen çeşitli faktörler modele dâhil edilebilir. Böylece, enerji talep eğilimindeki önemli yapısal değişiklikler belirlenebilir. Bu nedenle, Türkiye gibi enerji tüketiminin zaman içerisinde değiştiği ülkeler için, STSM/UEDT yaklaşımının kullanılması, talep eğilimlerinin daha iyi gözlemlenebilmesi bakımından avantajlar sağlayabilir.

This thesis analyses the elasticities of electricity and natural gas demand in Turkey in terms of sub-sectors and aggregate levels by using five econometric approaches, namely Engle-Granger Two-Step, Fully Modified Ordinary Least Squares, Johansen Cointegration, Auto Regressive Distributed Lag Bounds Testing and Structural Time Series Modelling method. In addition, by using the elasticity results and several scenario assumptions, Turkey's possible future energy demands are forecasted for all sectors up to 2025. The results show that the price and income elasticities of industrial and aggregate electricity demand are lower than one in both short- and long-term. On the other hand, while the short-run residential income elasticities are also found as smaller than one, the long-run income elasticities are estimated as greater than one by conventional cointegration methods. In terms of natural gas demand, while the industrial own-price elasticities are smaller than one in the short- and long-run, the residential and electricity generation sectors price elasticities are greater than one in absolute value, especially in the long-term. Furthermore, the electricity generation sector's own-price elasticities are found to be positive. In the context of income, on the other hand, the highest elasticities are estimated for the residential sector. Moreover, the short-term income elasticities of the industrial sector are greater than that of the long-term, whereas the exact opposite of this situation is observed in the residential and electricity generation sectors. In this study, along with the elasticity estimations, the forecast results of Turkey's electricity and natural gas demand are also presented. The reference scenario's average estimations for the industrial, residential and aggregate electricity demand in 2025 are approximately 125 TWh, 97 TWh, and 345 TWh, respectively. Also, the average natural gas demands for the reference case are estimated as about 25 bcm, 22 bcm, 30 bcm and 90 bcm in terms of the industrial, residential, electricity generation sector and aggregate level, correspondingly. The main motivation of this thesis is to compare the performances of several econometric techniques in modelling and forecasting Turkey's energy demand. Considering the econometric methods used in this study, the Structural Time Series Modelling (STSM) method coupled with Underlying Energy Demand Trend (UEDT) concept has come into prominence, both methodologically and empirically. In addition, the prediction results of this approach are more stable than the conventional cointegration methods. In summary, the conventional cointegration methods and STSM/UEDT approach are used in this thesis for modelling and forecasting Turkey's energy demand in terms of electricity and natural gas. According to the findings of this research, in general, the STSM/UEDT method has given more consistent and significant results than other techniques. Consequently, since the STSM/UEDT approach uses a stochastic trend instead of the deterministic one, several factors that cannot be estimated by the conventional cointegration methods can be included in the model. In this way, the major structural changes in the energy demand trend can be determined. Therefore, for countries such as Turkey of which energy consumption changes over time, using the STSM/UEDT approach can provide advantages to observe the energy demand tendencies better.