Jeotermal Sistemler ve Bazı Özellikleri

Jeotermal enerji birçok kaynakta farklı şekillerde tasvir edilebilmektedir. ASHRAE Uygulamalar El Kitabı, jeotermal enerjiyi basit bir şekilde şöyle ifade eder: “Dünya kabuğundaki termal enerji, kaya ve fay, gözenek ve boşlukları dolduran akışkanın(içinde birçok çözünmüş  element bulunan su,buhar,çamur) sahip olduğu termal enerji.”

 Jeotermal enerjinin aranması, bulunması ve kullanılması çok disiplinli bir konudur. Jeotermal enerji ile ilgili çalışan jeolog, jeofizik, kimya, makine mühendisleri vb birçok mühendislik kollarına mensup çalışanlar uydu fotoğrafları, jeolojik haritalar, kimyasal analizler, fiziksel analizler, yerçekimi ve manyetik değişim analizleri gibi derin araştırmaların içinde bulurlar. Fakat buna rağmen hâlâ en kesin çözüm rezervuarda bir kuyu delinmesidir.[1]

En sıcak jeotermal bölgeler volkan ve depremlerin de çoğunlukla yer aldığı plaka sınırlarıdır. En aktif jeotermal sahaateş çemberi olarak bilinen Endonezya, Filipinler, Japonya, Kuzey Amerika, Güney ve Orta Amerika tarafından sınırlanan bölgede yer almaktadır.

Jeotermal Enerji Semineri

Plaka hareketleri, volkanik aktiviteler ve iç kesimlerdeki enerjinin yüzeye yaklaşmasına neden olur. Jeolojikyapıveyeraltındabulunanakışkanmüsaitiseiletimvetaşınımileyüzeyeyaklaşan bu enerji yer yüzüne taşınabilir.[2] Şekil 1’de önemli jeotermal alanlar ve elektrik üretim santralleri gösterilmektedir.

Sadece bulunduğu yöreye özel olan jeotermal enerji çıkarıldığı noktada sıcaklığı ve kimyasal yapısına bağlı olarak birçok uygulama kullanılabilir. Elektrik üretimi, bina ve alan ısıtması, endüstriyel uygulamalarbaşta olmak üzere, kimyasal eldesi, sera ısıtması, soğutma, su kültürü gibi farklı uygulamalara kaynak teşkil etmektedir.[2]

Jeotermal enerjinin elektrik üretiminde kullanılması Tuscany-Larderello’da 1904 yılında ilk denemenin ardından gelişme göstermiştir. Bu rakam 1980’li yıllarda 2390 MW düzeylerine çıkmış, gelişen teknolojive malzeme teknikleri ile 12.000 W sınırlarını zorlamaktadır. Bu hızlı artışın en büyük sebeplerinden biri jeotermal enerjinin çevre dostu olmasıdır.

Jeotermal Elektrik Santral Çeşitleri ve Bileşenleri

Tuscany- Larderello sahasında 1904 yılında, Prince Ginori Conti ilk jeotermal elektrik üretimini gerçekleştirmiştir. Bu ilk jeneratör fabrikasındaki ampulleri yakma amaçlı kullanılmıştır. 1905 yılında bu sistemi 20 kW’a çıkarmıştır.[3]

Çıkarılan jeotermal akışkanın haline bağlı olarak elektrik üretmek için farklı çevrimler kullanılır. Türbinin bir enerji kaynağı dönü hareketine çevirmesi için buhar kullanılır. Alınan buharın direk rezervuardan gelen akışkan olması durumu ya da kullanılan akışkanın farklı olması durumuna göre elektrik santralleri ikiye ayrılır. Türbine yollanan akışkan eğer direk jeotermal akışkan ise Direk Buhar( direct steam plants), eğer sıvısından ayrıştırılarak türbine yollanıyorsa Flaş Buhar (Flash Steam Plants), eğer ikinci bir akışkana enerji aktarılarak onun buharı türbine yollanıyorsa İkili Akışkan( Binary Cycle Plants) olarak anılır.

Direk Buhar Santralleri ( Direct Steam Plants)

Buharetken rezervuarda kuru doymuş ya da aşırı ısınmış buharın direk olarak türbine yollandığı çevrimlerdir. En basit ve ekonomik jeotermal çevrim yoğuşmasız kuru buhar çevrimidir.

Bu çevrimde, jeotermal kuyudan çıkarılan buhar bir türbinden geçtikten sonra atmosfere atılır. Türbinin çıkışı doğrudan açık olduğundan buhar, türbini atmosfer basıncında terk eder.

Bu çevrimin avantajı kondenser olmadığı için santralin yapım ve işletme masrafları kondenserli santrallere göre daha az olmasıdır.

Buhar bir boru hattı ile türbin odasına gelir ve direk olarak türbine verilir. Kuyu başlarında katı parçaların akışkandan ayrılması için seperatörler kulanılabilir. Ayrıca buhar hatlarında konens ve drenaj kanalları bulunmalıdır. Türbin güvenliği için en son noktada son pislik tutucu kulanılır.

Direk buhar çevrimli bir santrale ait akım şeması ve bir fotoğraf şekil3’te gösterilmektedir.

Flaş Buhar Santralleri (Flash Steam Plants)

En sık karşılaşılan rezervuar tipi iki fazın da beraber bulunduğu rezervuarlardır. Özellikle artezyen kuyularda su ve buhar karışımına rastlanır. Çıkarılan jeotermal akışkan genellikle doymuş sıvı-buhar karışımıdır. Bu durumlarda buhar yüzdesi yeterince yüksekse buhar sıvıdan ayrıştırılır ve buhar türbine gönderildikten sonra kalan sıvı yer altına enjekte edilir.

Buhar yüzdesinin düşük olduğu veya jeotermal akışkanın tamamen sıvı fazda olduğu durumlarda püskürtmeli buhar çevrimleri kullanılır. Püskürtme odasında jeotermal akışkanın basıncı düşürülür. Yer altında çıkarılan jeotermal akışkanın sıcaklığının yüksek olduğu durumlarda püskürtme işlemi birden fazla tekrarlanabilir. İlk püskürtmeden sonra elde edilen buhar türbine gönderildikten sonra kalan sıvının basıncı veya sıcaklığı hâlâ yüksekse bu sıvı ikinci bir püskürtme havuzunda tekrar püskürtülür.(şekil.4)

Çift Akışkanlı Santraller (Binary Plants)

Düşük sıcaklıkta(genellikle 150^oC nin altı) ve sıvı ağırlıklı jeotermal kaynaklardan elektrik üretiminde ikili çevrim diye adlandırılan bir çevrim kullanılır. (Şekil.5) bu çevrimde türbinden geçen aracı akışkan jeotermal buhar değil fakat ikili akışkan adı verilen ve kaynama sıcaklığı suyun sıcaklığından çok daha düşün olan bir akışkandır. Jeotermal akışkan santralin hareketli parçalarına temas etmez, sadece çevrimin ısı kaynağını oluşturur.[5]( önemli not: tarihte ilk santraller ikili akışkanlı çevrimlerdir. 1900’lü yıllarda korozyon ve malzeme problemleri nedeniyle kullanılan ilk ikili akışkan temiz su olmuştur[3])

İkili akışkanın seçiminde birçok alternatif vardır. Kapalı çevrim ( organik Rankine CYCLE-ORC) termodinamik olarak doğru akışkan seçimi en önemli kriterdir. Bu seçimde güvenlik ve işletme maliyetleri göz ardı edilmemelidir. İzobütan, izopentan, pentan ve R-114 jeotermal ikili çevrim santrallerinde yaygın olarak kullanılan ikili akışkanlardır.

Eğer ikili akışkan (su ve amonyak ya da lityum bromür gibi) karışım olarak seçilirse (Kalina çevrimi) buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıkları değişken olacaktır. Toplam sistem veriminde yükselmeye neden olan  bu çevrimde kontrol sistemi daha karışık bir hal almaktadır. [3]

İkili akışkanlı bir çevrime ait çizimler şekil.5’te  gösterilmektedir.

 not: Yazıda büyük oranda alıntı yaptığımız ve makalelerinden yazarlandığımız Cihan ÇANAKÇI ve Cankır Kurd ÖZDEMİR'e teşekkürlerimizi arzaderiz.