Enerji Sistemleri Mühendisliği

Jeotermal Enerji

 

Jeotermal enerji yerkürenin iç ısısı olarak tanımlamak mümkündür. Bu ısı merkezdeki sıcak bölgeden yer yüzüne doğru su ve çeşitli buhar türleri olarak rezervuarda depolanması ile uluşan bir ısı enerjisidir. Jeotermal kaynaklar kendini yenileyebilir ve tükenmezdir.

Jeotermal enerji hava kirliliği ve çevre sorunları oluşturmayan bir enerji kaynağıdır.

Jeotermal enerji kaynakları üç önemli bileşeni vardır.

  1. Isı Kaynağı
  2. Isı yer altından yüzeye taşıyan akışkan
  3. Suyun dolaşımını sağlayan yeterli kayaç geçirgenliği

Oluşan akışkanın durumu bakımından ,mevcut jeotermal kaynakların yaklaşık %10 ‘u buhar ağırlıklı kaynak, %60‘ı su ağırlıklı kaynak %30’u sıcak su ağırlıklı kaynaktır.

Bir jeotermal alanı oluşturan parçaların tamamı aşağıdaki gibidir.

     Jeotermal saha, yer yüzeyinde bir jeotermal etkinliği gösteren coğrafi bölge için; jeotermal sistem, yer altındaki hidrolik sistemi bütün parçaları ile birlikte tanımlamak; jeotermal rezervuar ise işletilmekte olan jeotermal sistemin sıcak ve geçirgen kısımını tanımlamakta  kullanılır. Jeotermal rezervuarlar farklı özeliklerine göre bazı sınıflandırılmaları şu şekildedir.

Jeotermal rezervuar sıcaklığına göre 2 gruba ayrılır.

  1. Rezervuar sıcaklığının 150°’den düşük olduğu; düşük sıcaklıklı sistemler.
  2. Rezervuar sıcaklığının 150°’den yüksek olduğu; yüksek sıcaklıklı sistemler.

Jeotermal rezervuar fiziksel durumuna bağlı olarak 3 gruba ayrılmaktadır.

  1. Sıvının etken olduğu Jeotermal rezervuarlar.
  2. İki fazlı jeotermal rezervuar.
  3. Buharın etken olduğu Jeotermal rezervuar.

 

 

Jeotermal enerji, elektrik üretiminde, ısıtma soğutma sistemlerinde ve endüstriyel işlemlerde kullanılır. Bir jeotermal kuyudan sıvı su ve çeşitli türlerde buhar çıkarılabilir. Sıvı ağırlıklı sistemler buhar ağırlıklı sistemlerden çok daha yaygındır. Sistemde seçilen basınca bağlı olarak sadece sıvı su veya sıvı-buhar karışımı çıkarılabilir.

Jeotermal Enerjiden Elektrik Üretmek için Kullanılan Güç Çevrimleri

     Jeotermal kaynaklar çok farklı termodinamik, kimyasal, çevresel ve fiziksel özeliklere sahip olabilmektedir. Bu nedenle jeotermal elektrik sistemlerinin tamamını kapsayan tek bir güç çevrimi tanımlamak mümkün değildir. Jeotermal kaynağın özeliğine göre farklı güç çevrimleri 3’e ayrılmaktadır.

Önerilen Yazı  Türkiyenin En Büyük 10 Rüzgar Enerjisi Santrali

Gelin beraber Jeotermal güç çevrimlerini inceleyelim.

  1. Kuru Buhar Santralleri; Türbini döndürmek için jeotermal kaynağın oluşturduğu buhar doğrudan kullanılır.
  2. Su-Buhar santralleri; Jeotermal rezervuardan alınan akışkan bir ayırıcı tarafından su ve buhar olarak ayrışır ve buhar elektrik üretiminde kullanılır.
  3. Çift Çevirim Santralleri; Jeotermal akışkandan faydalanarak kaynama noktası sudan daha düşük bir bir ikincil akışkan buharlaştırılır ve buharlaşan akışkan ile türbinin çalışması sağlanır.

 

 

     Tüm jeotermal santrali arasında en temel ve en uygulanabilir olanıdır. Bu tür santraller doğrudan kızgın buhar üretebilen jeotermal kaynaklarda uygulanmaktadır. Jeotermal kaynaktan çıkan buhar doğrudan buhar türbinine gönderilerek elektrik üretilir.

En basit ve en ekonomik Jeotermal çevrim kondenser kullanılmayan buhar çevrimidir. Bu çevrimde jeotermal kuyudan çıkarılan buhar bir türbinden geçtikten sonra atmosfere salınmaktadır. Türbin çıkışı doğrudan atmosfer açık olduğundan buhar,türbin atmosfer basıncından terk etmektedir. Jeotermal buhar doğrudan atmosfere atıldığı için çevre kirliliğine sebep olmaktadır.

Aynı sistemin bir diğer versiyonu olan kondenserli buhar çevriminde ise, türbin çıkışında bir kondenser bulunmaktadır. Jeotermal buhar, ideal olarak tekrar yerin altına enjekte edilir. Kondenser sayesinde türbin çıkışında atmosfer basıncının altında bir basınç(vakum) oluşur. Oluşan vakum sayesinde kondensersiz türbinlere göre daha verimlidir.

 

     Yer altından çıkarılan jeotermal akışkanın tamamen buhar fazında olması sık rastlanılmaz. Çıkarılan jeotermal akışkan genelikle su-buhar karışımı olarak görülmektedir. Bu durumda akışkanın buhar yüzdesi yeterli ise buhar sıvıdan ayrıştırılır ve türbine gönderilir. Diğer yandan sıvı yer altına enjekte edilir.

Önerilen Yazı  Hidroelektrik Enerjisi

Buhar yüzdesinin düşük veya tamamen sıvı olduğu durumlarda sıvı püskürtülerek buhar üretmek amaçlanır. Püskürtme işleminden sonra elde edilen çift fazlı akışkan bir ayrıştırıcıya iletilir. Ayrıştırıcıdan alınan buhar, bir buhar türbininden geçirilerek ayrıştırıcından çıkan su, tekrar yer altına gönderilir.

Jeotermal akışkanının sıcaklığı yüksek olduğu durumlarda püskürtme işlemi birden fazla kez tekrarlanabilir. İlk püskürtme sonrası elde sıvının basıncı veya sıcaklığı hala yüksek ise sıvı ikinci bir püskürtme odasında tekrark püskürtülür.

İkinci püskürtmeden elde edilen buharın basıncı ilkinden daha düşük olduğundan türbin daha düşük basınç kademeleri için düzenlenebilir veya alternatif olarak çevrimde ikinci bir türbin kullanılabilir. Püskürtme sayısına göre jeotermal çevrim tek ve çift püskürtmeli olarak ayrılır. Ekonomik açıdan ikiden fazla püskürtmeli sistemler kullanılmamaktadır.

     Jeotermal çift-çevrim teknolojisi, düşük ve orta sıcaklıklı jeotermal kaynaklardan ve atık ısıdan elektrik enerjisi üretmek amacıyla geliştirilmiştir. Bu çevrimde türbinden gecen akışkan jeotermal buhar değildir. İkincil akışkan adı verilen ve kaynama noktası su ile kıyaslandığında çok daha düşük olan bir akışkandır. İkili jeotermal çevrimde sıklıkla kullanılan İkincil akışkanlar ise izobütan, izopentan ve pentandır.

Kuyu basıncı yüksek tutulması için akışkan tamamen sıvı olarak yer altından çekilir. Bunun sebebi ise pompaların sıvılar için tasarlanmış olmalarıdır.

Jeotermal akışkan bir ısı değiştergecinden geçirilerek ısıl enerjisini aktif akışkana transfer eder. Jeotermal akışkan yer altına enjekte edilir. İkincil akışkan aldığı ısı ile ısı değiştirgecinden buhar formunda ayrılır. İkincil akışkan, bir buhar türbininden geçirilerek elektrik enerjisi üretir. Türbini düşük sıcaklıkta ve basınçta terk eden ikili akışkan kondenserde yoğunlaştırılır.

 

Önerilen Yazı  Gaz Türbini

Kombine tek püskürtmeli-ikili çevrimde (çift püskürtmeli çevrimlerde olduğu gibi) jeotermal akışkan püskürtme havuzundan sonra buhar türbinine yönlendirilir ve elektrik üretilir. Kondenserde yoğunlaştırılan akışkan tekrar yer altına gönderilir. Püskürtme havuzundan çıkan jeotermal akışkan bir ısı değiştirgecinden geçerek(ikili çevirmede olduğu gibi) ısısını bir ikincil akışkanı buharlaştırmak için kullanılır. Oluşan buhar vasıtası ile elektrik üretimi gerçekleştirilir. Bu şekilde jeotermal akışkandan daha fazla yararlanılmış olur.

Bu çevrim çift püskürtmeli çevrimin bir alternatifi olarak ortaya atılmıştır. Çift püskürtmeli sistemlere nazaran yapım ve işletme maliyeti daha düşüktür. Birleşik çevrimde jeotermal buharın ve ikincil akışkanın geçtiği iki farklı türbin vardır.

     Kalina çevrimi Dr.Alexander Kalinka tarafından bulunmuş bir çeşit ikili çevrimdir. Bu çevrimin diğer ikili çevrimlerden farkı yönü ise jeotermal akışkan olarak amonyak-su karışımının kullanılmasıdır. Çevrimin amacı düşük ve orta entalpili jeotermal kaynaklarda daha verimli elektrik üretimi sağlamaktır.

 

Avantajları 

  1. Düşük sıcaklıklı jeotermal kaynakların kullanılmasına daha elverişli olmaları
  2. Türbin boyutunun küçüklüğü ve daha ucuz olması
  3. Yüksek basınçta çalışma
  4. Hava sızması gibi problemlerin yaşanmaması
  5. Çalışma sıvısının korozif olmaması

Dezavantajları

  1. İkincil sıvı maliyetlerinin yüksekliği
  2. Kaçaklara müsaade edilemeyişi
  3. Isı değiştir geçlerinin pahalı oluşu
  4. Toplam jeotermal akışkan akış oranlarının yüksek olma gereksinimi
  5. İkincil sıvı olarak hidrokarbon kullanılırsa, hidrokarbonun yanıcı olma riski taşıması
  6. İkincil sıvı olarak freonlar kullanıldığında ozon tabakasına zarar vermeyecek sıvılar seçme

 

Kaynakça
  • Adil ÖZDEMİR – Jeotermal Enerjiden Elektrik Üretimi ve Aydın-Salavatlı Sahası Elektrik Üretim Santrali
  • Mehmet Hilmi ÖZTEMİR – JEOTERMAL Elektrik Üretiminde Kullanılan Termodinamik Çevrimler
  • Doc. Dr. Mehmet Kanoğlu – JEOTERMAL SANTRALLERİN KARŞILAŞTIRILMASI
  • Ayşe Hilal KIVANÇ
  • Umran SERPEN
  • K-1, K-2, K-3, K-4 

 

1 Yorum

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.