Jeotermal Enerji (Pdf.)

Enerji
Jeotermal Enerji
Prof. Dr. Mahmut PARLAKTUNA
Orta Doğu Teknik Üniversitesi
mahmut@metu.edu.tr
Jeo (yer) ve termal (ısı) kelimelerinin birleşmesinden oluşan
jeotermal kelimesi “Yerısısı” anlamında kullanılmaktadır.
Yerkürenin iç yapısı ve derinlikle değişen sıcaklık değerlerinin
verildiği Şekil 1 incelenecek olursa yerkürenin derinliklerinde
oldukça yüksek sıcaklık değerlerinin bulunduğu görülecektir.
Üzerinde yaşadığımız ve yerkürenin toplam yarıçapı (6371 km)
içinde oldukça küçük bir oran kaplayan (5-70 km) Kabuk
bölgesinde yerkürenin sıcaklığı, derinlikle her 100 metrede,
ortalama olarak 2,5-3,0°C artmaktadır. Sıcaklığın derinlikle
daha yüksek değerlerde arttığı bölgeler, jeotermal enerji
açısından yüksek potansiyele sahip bölgeler olarak
bilinmektedir. Tüm bu bölgeler aktif tektonik bölgeler olup
jeotermal enerji potansiyelleri açısından Plaka Tektoniği ile
doğrudan ilintilidir. Bu bölgelerde jeotermal gradyan ortalama
gradyanın birkaç katına çıkabilmektedir (10+ °C/100 m).
Şekil 1. Yerkürenin yapısı ve sıcaklığın derinlikle değişimi
İnsanoğlu yüzyıllardır jeotermal enerjiyi doğal sıcak subuhar çıkışları yoluyla kullanırken, 20. yüzyıl içinde elektrik
enerjisi üretimi ve/veya ısıtmacılıkta yararlanmak üzere sıcak
akışkanın yeryüzüne çıkartılacağı jeotermal amaçlı kuyulara
kullanım yolunu açmıştır.
Günümüzde uygulanmakta olan jeotermal projelerin
çoğunluğu Şekil 2’de şematik olarak gösterilen hidrotermal
jeotermal sistemlerden enerji üretmektedir[1]. Bu tür sistemlerin
sahip olması gereken dört temel koşul vardır: 1. Isı kaynağı, 2.
Isıyı iletecek bir akışkan (su), 3. Geçirgen ve gözenekli bir
rezervuar, 4. Örtü kaya.
Jeotermal sistemlerde ısı enerjisinin çoğunluğu kayaç
tarafından tutulmakta olup, kayacın sahip olduğu ısı enerjisinin
yeryüzüne sıcak su + buhar vasıtasıyla çıkartılmasını Isı
Madenciliği olarak niteleyebiliriz. Bu tür sistemlerde,
yerkürenin sahip olduğu ısı enerjisinin büyüklüğü ve sürekliliği
göz önüne alındığında, jeotermal sistemler doğal koşullarında
Yenilenebilir Enerji kategorisinde değerlendirilebilir. Ancak,
ısı enerjisini yeryüzüne akışkanlar vasıtasıyla taşımak amacıyla
açılan kuyulardan üretilen akışkan debisinin, jeotermal sistemin
doğal beslenme miktarından fazla olması durumunda
(çoğunlukla karşılaşılan), sistem akışkan açısından bütçe açığı
vermeye başlamakta ve yenilenebilir niteliğini kaybetmekte,
uygun mühendislik uygulamalarıyla Sürdürülebilir Enerji
Kaynağı niteliği kazanmaktadır.
Sayfa
30
Şekil 2. Hidrotermal jeotermal sistem [1]
Jeotermal enerjinin kullanım alanları sıcaklığın fonksiyonu
olarak farklılık göstermekte olup, yüksek sıcaklıklı
akışkanlardan elektrik enerjisi üretilirken, 100 °C’den düşük
sıcaklıklı jeotermal kaynaklar çoğunlukla doğrudan ısı
uygulamalarında (alan ısıtmacılığı) kullanılmaktadır (Şekil3)[2].
Son yıllarda büyük mesafeler kaydedilen iki uygulama alanı
İkili Çevrim yoluyla elektrik enerjisi üretimi ve ısı pompası
kullanılarak alan ısıtmacılığıdır.
Şekil 3. Jeotermal enerji kullanım alanları [2]
İkili çevrim uygulamasında yeraltından üretilen sıcak
akışkanın doğrudan türbini çevirmesi yerine, jeotermal
akışkanın ısı enerjisinin aktarıldığı ve buharlaştırıldığı ikinci bir
akışkan türbini çevirmektedir. Bu tür uygulamalarda, ikinci
akışkanın buharlaşma özelliğine bağlı olarak elektrik enerjisinin
üretilebileceği jeotermal rezervuar sıcaklığı 100°C seviyelerine
inebilmektedir.
Isı pompası uygulamasında ise yerkürenin çok sığ
derinliklerinde (ilk 10 -15 m) yıl boyunca görülen sabit sıcaklık
ortamından (10-16°C) yararlanılmaktadır. Bu ortam, kış
aylarında çevre hava sıcaklığından yüksek, yaz aylarında ise
düşük sıcaklığa sahip bir ortamdır ve bu ortama yerleştirilecek
ısı değişim sistemleri yardımıyla ısı pompasına girecek
akışkanın sıcaklığı arttırılabilmekte veya azaltılabilmektedir
(Şekil 4).
Günümüzde yoğunlukla çalışılan bir diğer uygulama ise
Geliştirilmiş Jeotermal Sistemler (Enhanced Geothermal
Systems) veya Kızgın Kuru Kaya olarak adlandırılmaktadır. Bu
Enerji
Tablo 2. Ülkelerin Jeotermal enerjiden elektrik üretimleri[5]
Ülke
Kurulu Kapasite
(MWe)
Şekil 4. Jeotermal ısı pompası uygulaması
sistemlerin hidrotermal sistemlerden temel farkı, sistemde
yeterli ısı enerjisi olmasına rağmen bu ısıyı yüzeye taşıyabilecek
akışkanın bulunmamasıdır. Isıyı yüzeye taşıyabilmek amacıyla
açılacak bir kuyudan soğuk suyun yeraltına basılması ve
ısıtılarak bir diğer kuyudan yeryüzüne çıkarılmasının
hedeflendiği bu sistemler (Şekil 5) henüz ticari uygulama şansı
bulamamış olup Fransa, ABD ve Avustralya'da sürdürülmekte
olan çeşitli projelerle geliştirilme sürecindedir. [ 3 ] , [
Jeotermalenerjikullanım istatistikleri genellikle iki ayrı
kategoride elektrik enerjisi üretimi ve doğrudan kullanım
olarak verilmektedir.
Jeotermal Enerjiden Elektrik Üretimi[5]:
1904 yılında İtalya'nın Larderello jeotermal sahasında
üretilen kızgın kuru buhar kullanılarak 250 kWe kapasite ile
başlayan jeotermal enerjiden elektrik üretimi, 2005 yılı
itibariyle 8912 MWe kurulu güce ulaşmış olmasına rağmen
toplam elektrik enerjisi üretiminde payı halen çok düşüktür
(%1'den az). 2005 yılı itibariyle jeotermal enerjiden elektrik
üreten ülke sayısı 24 olup, Tablo 1 ve 2, yıllar itibariyle
jeotermal enerjiden elektrik enerjisi üretimini gelişimi ile lider
ülkeleri göstermektedir.
[5]
Tablo 1. Jeotermal enerjiden elektrik üretimi
Yıllar
Kurulu Kapasite
(MWe)
1975
1300
1980
3887
1985
4764
1990
5832
1995
6798
2000
7974
2005
8912
Doğrudan Kullanım Uygulamaları[6]:
Jeotermal enerjinin doğrudan kullanımı çok farklı amaçlar
doğrultusunda gerçekleşmektedir. Tablo 3, 2005 yılı itibariyle
ABD
2544
Filipinler
1931
Meksika
953
Endonezya
797
İtalya
790
Japonya
535
Yeni Zellanda
435
değişik uygulamalarda kullanılan toplam ısı enerjisi
miktarlarını vermektedir. Görüleceği gibi ısı pompası
uygulamaları en büyük payı almakta olup, son yıllarda klasik
anlamda jeotermal ülkeleri olmayan İsveç, İsviçre, Almanya
gibi ülkeleri istatistiklerde ön sıralara çıkarmaktadır. Tablo 4’te
kurulu ısıl jeotermal güç ve yıllık kullanım yönünden lider 5
ülke sıralanmaktadır. Bu ülkelerin farklı özellikleri göz önüne
alınacak olursa, İsveç klasik anlamda jeotermal ülkesi
olmamasına rağmen, ısı pompası uygulamaları ile her iki
kategoride de 2. sırada yer almakta, İzlanda ülkenin hemen
tümünde yıl boyunca jeotermal enerjiden konut ısıtmacılığında
faydalanmakta, Çin ise sağlık turizmi, kaplıca kullanımında
lider ülke olma konumundadır. Ülkemiz her iki kategoride de 5.
sırada gözükmektedir.
Tablo 3. Jeotermal enerjinin kullanım türüne göre doğrudan
kullanım kapasiteleri[6]
Ülke
Toplam Kullanım
(MWt)
İş Pompaları
15723
Kaplıca
4911
Konut Isıtması
4158
Sera Isıtması
1348
Balık Üretimi
616
Endüstriyel Kullanım
489
Soğutma/Buz-Kar Eritme
338
Tarımsal Kurutma
157
Diğer
TOPLAM
86
27827
Bu aşamada ülkemizin jeotermal enerji potansiyelinden söz
etmek gerekirse, Türkiye'de çoğunluğu MTA tarafından
keşfedilmiş 170 kadar jeotermal saha olup bu sahaların büyük
çoğunluğu Ege Bölgesi’nde yer almaktadır (Şekil 6)[7].
Ülkemiz sahalarından Tablo 5'te sıralanan alanlar elektrik
enerjisi için uygun sıcaklığa sahip iken bu sahalardan Kızıldere
(17 MWe) ve Salavatlı (7,5 MWe) halen elektrik üretiminde
kullanılmaktadır. Çok yakın zamanda 45 MWe kurulu güç ile
Germencik sahasında elektrik enerjisi üretimi başlayacaktır.
Sayfa
31
Enerji
Ülkemiz sahalarının çoğu, doğrudan kullanım amacıyla
kullanılabilecek sıcaklığa sahiptir. Bu nedenle birçok
yerleşim bölgemizde konut ısıtmacılığı, sera ısıtmacılığı,
kaplıca ve sağlık turizmi uygulamaları mevcuttur[8]. Örnek
uygulamalar olarak İzmir-Balçova, Afyon, Simav konut
ısıtmacılığı, Şanlıurfa, Dikili sera ısıtmacılığı ile Afyon
bölgesindeki kaplıca uygulamaları gösterilebilir. Kızıldere
sahası jeotermal akışkanından ayrıştırılarak kuru buz haline
getirilen ve ülkemiz soğuk içecek sanayiinde kullanılan
karbon dioksitin temel kaynağı olan endüstriyel
uygulamadan bahsedebiliriz.
Tablo 4. Ülkelerin jeotermal enerji doğrudan kullanım
kapasiteleri[6]
Ülke
ABD
Kapasite
(Mwt)
7817
Yıllık
Kullanım (Tj/Yıl)
31239
İsviçre
3840
36000
Çin
3687
45373
İzlanda
1791
23813
Türkiye
1177
19623
Tablo 5. Ülkemizde elektrik enerjisi üretimine uygun
jeotermal sahalar
Saha
Kızıldere - Denizli
Germencik - Aydın
Tuzla - Çanakkale
Salavatlı - Aydın
Simav - Kütahya
Seferihisar - İzmir
Sıcaklık (0C)
243
232
174
171
162
153
Şekil 5. Kızgın kuru
kaya uygulaması
KAYNAKLAR
1. Dickson, Fanelli (2004) What is Geothermal Energy?
http://iga.igg.cnr.it/geo/geoenergy.php
2. Lindal, B. (1973) Industrial and Other Applications of
Geothermal Energy, (Armstead, H.C.H. ed. Geothermal
Energy, UNESCO, Paris, 135-148).
3. http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/hdr_pres_en.pdf
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Hot_dry_rock_
geothermal_energy
5. Bertani, R. (2005) World Geothermal Generation 20012005: State of the Art Bildiriler Kitabı, World Geothermal
Congress, 24-29 Nisan, Antalya.
6. Lund, J.W., Freeston, D.H., Boyd, T.L. (2005) Bildiriler
Kitabı, World Geothermal Congress, 24-29 Nisan,
Antalya.
7. Şimşek, Ş. (2000) Geothermal Energy Utilization
Development in TurkeyPresent Geothermal Situation and
Projections. Bildiriler Kitabı, World Geothermal
Congress, 85-91. Kyushu-Tohoku, Japan.
8. Mertoğlu, O. (2005) Geothermal Applications in Turkey,
Bildiriler Kitabı, World Geothermal Congress, 24-29 Nisan,
Antalya.
AÇIKLAMALAR
Önemli Jeotermal Alanlar İçmeceler
Sıcak Su Kaynakları Maden Suları
Ü. Tersiyer-Kuvaterner Volkanitler
Ü. Tersiyer-Kuvaterner Volka Çıkışları
Ana Fay Hatları
Başlıca Doğrultu Atımlı Faylar
Ters Fay ve Bindirmeler
Şekil 6. Ülkemiz jeotermal alanları[7]
Sayfa
32