Jeotermal

Jeotermal Enerji

Jeotermal enerji yerkürenin iç ısısıdır. Bu ısı merkezdeki sıcak bölgeden yeryüzüne doğru yayılır.

Jeotermal kaynakların üç önemli bileşeni vardır:
1. Isı kaynağı,
2. Isıyı yer altından yüzeye taşıyan akışkan,
3. Suyun dolaşımını sağlamaya yeterli kayaç geçirgenliği.

Jeotermal alanlarda sıcak kayaç ve yüksek yeraltı suyu sıcaklığı normal alanlara göre daha sığ yerlerde bulunur. Bunun başlıca nedenleri arasında:
• Magmanın kabuğa doğru yükselmesi ve dolayısıyla ısıyı taşıması,
• Kabuğun inceldiği yerlerde yüksek sıcaklık farkı sonucunda oluşan ısı akışı,
• Yeraltı suyunun birkaç kilometre derine inip ısındıktan sonra yüzeye doğru yükselmesi.


Ideal Jeotermal Sistemin Sematik Gösterimi

Jeotermal saha, sistem ve rezervuarı birbirlerinden ayırmak üzere aşağıdaki tanımlar yapılabilir.

Jeotermal Saha:
Yeryüzünde bir jeotermal etkinliği gösteren coğrafik bir tanımdır. Eğer yeryüzünde herhangi bir doğal jeotermal çıkış yoksa, yeraltındaki jeotermal rezervuarın üstündeki alanı tanımlamakta kullanılır.

Jeotermal Sistem:
Yeraltındaki hidrolik sistemi bütün parçaları ile birlikte (beslenme alanı, yeryüzüne çıkış noktaları ve yeraltındaki kısımları gibi) tanımlamakta kullanılır.

Jeotermal Rezervuar:
İşletilmekte olan jeotermal sistemin sıcak ve geçirgen kısmını tanımlar.

Jeotermal sistemler ve rezervuarlar; rezervuar sıcaklığı, akışkan entalpisi, fiziksel durumu, doğası ve jeolojik yerleşimi gibi özelliklerine göre sınıflandırılırlar. Örneğin jeotermal rezervuarda 1 km derinlikteki sıcaklığa bağlı olarak sistemleri iki gruba ayırmak olasıdır.
a) Rezervuar sıcaklığının 150°C’ dan düşük olduğu, düşük sıcaklıklı sistemler: Bu tür sistemler genelde yeryüzüne ulaşmış doğal sıcak su veya kaynar çıkışlar gösterirler.
b) Rezervuar sıcaklığının 200°C’ dan yüksek olduğu yüksek sıcaklıklı sistemler: Bu tür sistemler ise doğal buhar çıkışları (fumeroller), kaynayan çamur göletleri ile kendini gösterir.

Jeotermal sistemlerin fiziksel durumlarına bağlı olarak sınıflandırılmaları durumunda, üç farklı rezervuar durumu tanımlanabilir.

Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar:
Rezervuardaki basınç koşullarında su sıcaklığının buharlaşma sıcaklığından daha düşük olduğu rezervuarları tanımlamakta kullanılır. Rezervuar basıncını sıvı su fazı kontrol etmektedir.

İki fazlı jeotermal rezervuarlar:
Rezervuarda sıvı su ve su buharı birlikte bulunmaktadır ve rezervuar basıncı ve sıcaklığı suyun buhar basıncı eğrisini izler.

Buharın etken olduğu jeotermal rezervuarlar:
Rezervuar basıncındaki akışkan sıcaklığının suyun buhar basıncı eğrisi sıcaklığından daha yüksek olması durumunda bu tür rezervuarlar oluşurlar. Rezervuardaki basıncı su buharı fazı kontrol etmektedir.

Bir jeotermal rezervuarın fiziksel durumu ve kimyasal özellikleri zamana bağlı olarak değişiklik gösterebileceği gibi aynı rezervuar içerisindede bir noktadan diğerine farklılıklar gösterebilir. Örneğin sıvının etken olduğu bir rezervuar, üretim sonucu oluşan basınç düşümünden dolayı, zamanla iki fazlı bir jeotermal akışkan durumuna dönüşebilir. Jeotermal enerji, hava kirliliği yaratmayan ve dikkatli kullanıldığında çevre sorunlarını en aza indirgeme özelliği olan bir enerji kaynağıdır. Jeotermal enerji kaynağının sürdürülebilir projelerde kullanılması amaçlanmalıdır. Projelerin sürdürülebilir olması için jeotermal sistemlerin ve rezervuarların iyi bilinmesi ve varolan yeraltı özelliklerinin projelerin avantajına olacak şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.

Jeotermal Enerji Üretimi

Jeotermal enerji çoğunlukla yerkabuğundaki kayaçlarda, ikincil olarak da kayaçlardaki çatlakları, gözenekleri dolduran su, su buharı veya diğer akışkanlarda bulunur. Bu yayılmış enerjiyi kullanılabilir hale getirmek için önce büyük hacimlerdeki kayaç kütlelerinden toplanması ve sonra da bir boşaltım noktasına taşınması gereklidir. Yerkabuğunun en üst bir kaç kilometrelik bölümünde neredeyse bütün kayaçlarda bulunan su, enerjiyi toplamak ve almak için bir mekanizma oluşturulmasını sağlar.

Jeotermal suyu ve sahip olduğu ısıl enerjiyi ekonomik olarak elde edebilmek için suyun içinden geçtiği kayaçların çok miktarda su içermeleri ve geçirgenliklerinin fazla olması gerekir. Kayaçın su depolayabilme kapasitesi depolama katsayısı olarak adlandırılır. Suyun geçirgenlik özelliği ise hidrolik iletkenlik veya geçirgenlik olarak adlandırılır. Çatlaklı kuvars, kireçtaşı, kırılmış volkanik kayalar, serbest kum ve çakıl yüksek depolama katsayısına ve yüksek hidrolik iletkenliğe sahiptir ve genellikle büyük miktarlarda su üretimine olanak sağlarlar.

Yüksek hidrolik iletkenliğe sahip ve kalınlığı fazla olan kayaçlara, geçirgenliği yüksek kayaçlar denir. Geçirgenliği yüksek kayaçlar ana akiferleri (geçirgen kayalar veya gözenekli ortamlar)ve en üretken jeotermal rezervuarları oluştururlar. Uzun süreli enerji üretimi için bu akiferler geniş alanlara yayılmalı ve su beslenme sahasına hidrolik olarak bağlanmalıdır.

Geçirgenliği az olan sahalarda çeşitli çatlatma yöntemleri enerji üretimini teorik olarak arttırır fakat bu tür uygulamalar jeotermal alanlarda çok ender uygulanmaktadır.

Gözenekliliği ve geçirgenliği az olan kayaçlardan enerji üretimi, sınırlı sirkülasyon çevrimleri ile sağlanabilir. Bu durumda iki kuyu birbirine kırık ve çatlaklar sistemi ile hidrolik olarak bağlıdır. Soğuk su bir kuyudan aşağıya doğru pompalanır, pompalanan su kayaçlardaki çatlaklardan geçerek iletim yoluyla ısınır ve ikinci kuyudan yukarı doğru pompalanır. Kayaçlardaki çatlakların geçirgenliği az olan kayaçlar tarafından çevrelenmesi, çevrimdeki su kaybının az miktarda kalması için önemlidir. Bu teknolojiye sıcak kuru kayaç ‘HDR’ teknolojisi denmektedir ve hala deneysel aşamada bulunmaktadır. Bu teknolojinin uygulanabilirliği ve ekonomisi henüz tam olarak kanıtlanmamıştır. Sıcak kuru kayaçlar, hidrolojik ortam çeşitleri arasında en uçta bulunur, çeşitlenme bu uçtan yüksek geçirgenliği olan klasik rezervuarlara ve akiferlere doğru genişler. Dünyanın kabuğundaki kayaçların çoğu sınırlı bir sirkülasyon çevrimi için çok fazla geçirgendir fakat bu geçirgenlik ekonomik olarak jeotermal akışkan üretmeye yetecek kadar fazla değildir.

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ

İlk çağlardan yakın geçmişe kadar sadece sağlık amacıyla kullanılan jeotermal kaynaklardan günümüzde; doğrudan ısıtmada ya da başka enerji türlerine dönüştürülerek yararlanılmaktadır.

20. yüzyıl başına kadar sağlık ve yiyecekleri pişirme amacı ile yararlanılan jeotermal kaynakların kullanım alanları gelişen teknolojiye bağlı olarak günümüzde çok yaygınlaşmış ve çeşitlenmiştir. Bunların başında elektrik üretimi, ısıtmacılık ve endüstrideki çeşitli kullanımlar gelmektedir.

Hazne sıcaklığı 200 °C ve daha fazla olan jeotermal akışkandan elektrik üretimi gerçekleşmektedir. Ancak günden güne gelişmekte olan yeni teknolojilere göre 150 °C’ye kadar düşük hazne çıkışlı akışkandan da elektrik üretilebilmektedir. Son yıllarda geliştirilen ve ikili (binary) çevrim olarak adlandırılan bir sistemle, buharlaşma noktaları düşük gazlar (freon, izobütan vb.) kullanılarak 70°C<t<80°c’ye kadar sıcaklıktaki sulardan elektrik üretilebilmektedir. jeotermal enerjiden üretimi ilk olarak 1904 yılında İtalya’da olmuştur. akışkan dan başta ABD ve İtalya’ da olmak üzere Japonya Yeni Zelanda, El Salvador, Meksika, İrlanda, Filipinler, Endonezya, Türkiye ve diğer ülkelerde yapılmaktadır.


Dünyada halen kurulu gücü 8912 MW (2005 yılı verileri ile) olan jeotermal enerjiden elektrik üretimi gün geçtikçe artmaktadır. Buhar ve sıvı baskın sistemlerin elektrik enerjisine dönüştürülebilmesi için çeşitli sistemler mevcuttur.


 Jeotermal enerji kaynaklı elektrik üretim santrali

Buhar Baskın Sahalar
Kullanımı en kolay olan sahalar kuru buhar sahalarıdır. Kuyudan alınan buhar filtreden geçirilerek bir yoğuşturmalı türbine gönderilir. Kondensere ilave olarak doğal ya da mekanik soğutma kulesi kullanılır. Sistem şematik olarak aşağıda gösterilmiştir.


Buhar baskın sahadan elektrik üretimi

Sıvı Baskın Sahalar
– Atmosferik Ekzozlu Konvansiyonel Buhar Türbinleri
– Yoğunlaştırmalı Konvansiyonel Buhar Türbinleri
– Çift Kademeli Buharlaştırma
– Çoklu Buharlaştırma
– İkili Çevrim Santalleri
– Hibrit Fosil Jeotermal Sistemler
– Toplu Akış

Atmosferik egzozlu (back pressure) konvansiyonel buhar türbinleri
En basit ve ilk yatırım masrafları açısından en ucuz türbinlerdir. Bu tip bir santralde, jeotermal akışkan önce seperatöre gelir. Burada sıvı ve buhar fazları ayrılır. Buhar fazı bir buhar türbinini besler ve çürük buhar direkt olarak atmosfere atılır. Atmosferik egzozlu santrallerin basitleştirilmiş şematik gösterimi aşağıda verilmiştir.


Atmosferik egzozlu buhar çevrimi

Yoğuşturmalı konvansiyonel buhar türbinleri
Atmosferik egzoz tasarımının termodinamik olarak gelişmişidir. İki fazlı akışkan önce seperatörde sıvı ve buhar fazlarına ayrılır. Buhar, türbinden direkt atmosfere atılmak yerine çok düşük bir basınçta tutulan (yaklaşık 0.12 bar) bir kondensere atılır.

Çift kademeli buharlaştırma
Kuyubaşı akışkanı önce seperatöre gider, buhar ve sıvı fazlarına ayrılır. Buhar bir yüksek basınç türbinine, su ise bir buharlaştırıcıya (flaş tankı) gönderilir. Burada düşük bir basınca flaşlanan sıvının kalanı enjeksiyona, elde edilen buhar alçak basınç türbinine gönderilir. Böylece sistem verimi arttırılmış olur.


Çift buharlaştırmalı

Çoklu buharlaştırma (multi-flash)
Seperatörden ayrılan sıvı ikinci bir seperatöre gönderilir, seperatör sayısı ekonomik kısıtlar çerçevesinde arttırılabilir. Bu tip bir uygulama Wairakei Jeotermal Santrali, Yeni Zelanda’da gerçekleştirilmiştir.

İkili çevrim santralleri
Jeotermal sahalarda en önemli atık ısı kaynağı seperatörde ayrılmış sıvıdır. Konvansiyonel buhar türbinleri sadece buhar kullandıkları için kalan büyük miktarlardaki sıvı genelde yerüstü sularına atılmakta yada yeraltına enjekte edilmektedir. Binary teknolojisi, orta-düşük sıcaklıklı kaynaklardan elektrik üretmek, termal kaynakların kullanımını arttırarak atık ısıyı geri kazanmak amacıyla geliştirilmiştir.

Binary sistemlere ait basitleştirilmiş şematik gösterim aşağıda verilmiştir. Binary sistemler, düşük kaynama sıcaklıklı ve düşük sıcaklıklarda yüksek buhar basıncına sahip ikincil bir çalışma akışkanı kullanırlar. Bu ikincil akışkan, konvansiyonel bir Rankine çevrimine uygun olarak çalışır. Uygun bir çalışma akışkanı ile binary sistemler, 80-170°C aralığındaki giriş sıcaklıklarında çalışabilirler.


İkili çevrim

Hibrid fosil-jeotermal sistemler
Bu sistemlerde jeotermal enerji, ya ön ısıtıcı olarak, ya da kızgın buhar eldesinde kullanılır.

Toplu akış
İki fazlı buhar/su karışımlarından doğrudan enerji elde etmek amacıyla geliştirilmiştir. Bu tip santrallerin ekonomisi henüz iyi belirlenememiştir. Çünkü işletme tecrübesi 5 yıldan fazla değildir. Tek örnek Desert Peak, Nevada, ABD’ndeki 9 MW t ‘lik iki fazlı rotary seperatörlü turbo-alternatörlü santraldir.

JEOTERMAL AKIŞKANIN SICAKLIĞINA GÖRE KULLANMA YERLERİ

  1. Yüksek Konsantrasyonlu solüsyonun buharlaşması, Amonyum absorpsiyonu ile soğutma
  2. Hidrojen sülfit yolu ile ağırsu eldesi, diyatomitlerin kurutulması
  3. Kereste kurutulması, balık vb. yiyeceklerin kurutulması
  4. Bayer’s yolu ile alüminyum eldesi
  5. Çiftlik ürünlerinin çabuk kurutulması (Konservecilikte)
  6. Şeker endüstrisi, tuz eldesi
  7. Temiz su eldesi, tuzluluk oranının arttırılması
  8. Çimento kurutulması
  9. Organik madde kurutma (Yosun, et, sebze vb.), yün yıkama
  10. Balık kurutma
  11. Ev ve sera ısıtma
  12. Soğutma
  13. Kümes ve ahır ısıtma
  14. Mantar yetiştirme, Balneolojik banyolar (Kaplıca Tedavisi)
  15. Toprak ısıtma, kent ısıtması (Alt sınır) sağlık tesisleri
  16. Yüzme havuzları, fermantasyon, damıtma, sağlık tesisleri
  17. Balık çiftlikleri

Türkiyede Jeotermal Enerji

Türkiye Jeotermal Enerji Potansiyeli: 31.500 MW(Enerji Bakanlığı ana sayfası- Jeotermal)

A-Direk ısı enerjisi olarak kullanım potansiyeli: 2.084 MWt


Uluslararası Jeotermal Derneği -Kasım 2010 tarihi itibari ile Türkiye verileri

B-Elektrik üretimine uygun potansiyel: 1.500 MWe


Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu – 06/07/2012 tarihi itibari ile Türkiye verileri