Yazı İçeriği
Yenilenebilir enerjiler, gezegenimizin geleceğine, atmosfere ve çevreye zarar vermeksizin, artan enerji ihtiyacını karşılamakta ve teknolojik gelişmelere imkân sağlamaktadır. Yer altındaki güneş olarak da bilinen jeotermal enerji önde gelen bir yenilenebilir enerji kaynağıdır ve bu yerli kaynak gerekli hassasiyet gösterildiği takdirde dünyada en çevre dostu enerji türlerinden biri olarak bilinmektedir. Türkiye jeotermal enerji kaynakları bakımından oldukça zengindir ve dünya jeotermal ısı ve kaplıca uygulamaları sıralamasında Çin, Japonya, ABD ve İzlanda’dan sonra beşinci sırada yer almaktadır.
Jeotermal kelime anlamı olarak “jeo” yerküre ve “termal” de ısı anlamına gelir. Jeotermal kaynak, jeolojik yapıya bağlı olarak yerkabuğu ısısının etkisiyle sıcaklığı sürekli olarak bölgesel atmosferik yıllık ortalama sıcaklığın üzerinde olan, çevresindeki sulara göre daha fazla miktarda erimiş madde ve gaz içerebilen, doğal olarak çıkan veya çıkarılan su, buhar ve gazların elde edildiği yerlere denir. Jeotermal sistem, jeotermal alan oluşumunu gerçekleştiren; beslenme alanı, akışkan, ısı kaynağı, rezervuar bölgesi, örtü kaya ve boşaltım alanının tümünü içeren, jeotermal kaynak veya doğal mineralli suların çıkarıldığı, özel jeolojik yapısı, hidrojeolojik ve kimyasal özellikleri olan sisteme verilen isimdir. Tektonizmanın yarattığı kırık ve zayıflık zonlarından kabuk içerisinde sığ derinliklere veya yer yüzüne kadar ulaşan magma faaliyetleri jeotermal sistemin ısı kaynağını oluşturur.
Enerji kullanımı ile ilgili faaliyetler çevrede az veya çok olumsuz bir iz bırakmaktadır. Bu olumsuz etkinin asgari seviyede tutulması için standartlar ve sıkı düzenlemeler geliştirilmiş ve denetim mekanizmaları devreye sokulmuştur. Örneğin ABD’de jeotermal gelişim projelerinin gerçekleştirilmesinde aşağıdaki yasalar ve tüzükler rol oynamaktadır.
- Temiz Hava Yasası
- Ulusal Çevre Politikası Yasası
- Ulusal Kirletici Deşarj Tasfiye Sistemi İzin Programı
- Güvenilir İçme Suyu Yasası
- Kaynakları Koruma ve Kurtarma Yasası
- Zehirli Madde Kontrolü Yasası
- Gürültü Kontrol Yasası
- Nesli Tükenmekte Olan Türler Yasası
- Arkeolojik Kaynakları Koruma Yasası
- Tehlikeli Atık ve Madde Tüzüğü
- İş Sağlığı ve Güvenliği Yasası
Jeotermal Enerji ve Tarihçesi
- Ö. 10000: Jeotermal akışkandan Akdeniz Bölgesi’nde çanak, çömlek, cam, tekstil, krem imalatında yararlanılmaktaydı.
- Ö. 1500: Romalılar ve Çinliler doğal jeotermal kaynakları banyo, ısınma ve pişirme amaçlı olarak kullanıyorlardı.
- 630: Japonya’da kaplıca geleneği yaygınlaştı.
- 1200: Jeotermal enerji ile mekân ve su ısıtması yapılabileceği Avrupalılar tarafından keşfedildi.
- 1322: Fransa’da köylüler doğal sıcak su ile evlerini ısıtmaya başladı.
- 1800: Yine Fransa’da yerleşim birimlerinin jeotermal enerji ile ısıtılması yaygınlaştı.
- 1800: ABD’de kaplıca turizmi hızla yaygınlaşmaya başladı.
- 1818: İtalya’da yerleşik Fransız asıllı sanayici Francesco Giacomo Larderel ilk defa jeotermal buhar kullanarak borik asit elde etti.
- 1841: Larderello’da yeni teknikler kullanılarak jeotermal kuyularının açılmasına başlandı.
- 1891: Idaho eyaletinin Boise şehrinde (ABD) ilk jeotermal bölgesel ısıtma sistemi uygulaması gerçekleşti.
- 1904: İtalya’da Larderello’da jeotermal buhardan ilk elektrik üretimi sağlandı.
- 1920: Kaliforniya eyaletindeki The Geysers tesislerinde ilk jeotermal kuyular açıldı.
- 1930: İzlanda’da büyük ölçekli merkezi ısıtma projesi çalışmaları başladı.
- 1945: Süt pastörizasyonunda ilk kez jeotermal akışkandan yararlanıldı.
- 1945: ABD’de buzlanmaya karşı yer ısıtmasında, hacim ısıtmasında ve sera ısıtılmasında jeotermal ısı kullanıldı.
- 1958: Yeni Zelanda’da Flash Metodu ile jeotermal elektrik üretimine başlandı.
- 1960: Kaliforniya, The Geysers jeotermal alanında ticari elektrik üretimi için ilk kez kuru buhar kullanıldı.
- 1963: Türkiye’de ilk jeotermal sondaj kuyusu Balçova, İzmir’de açıldı.
- 1966: Japonya’da ilk jeotermal elektrik santrali kuruldu.
- 1968: Türkiye’de Kızıldere, Denizli jeotermal alanının keşfedilmesiyle elektrik üretimi amaçlı ilk jeotermal kuyunun inşaatına burada başlandı.
- 1969: İkincil çevrim jeotermal teknolojiler Kaliforniya’da başarı ile uygulandı.
- 1978: Nevada eyaletinde (ABD) ilk jeotermal gıda kurutma tesisi kuruldu.
- 1978: New Mexico eyaletinde (ABD) kızgın kuru kayada jeotermal rezervuar oluşturulup test edilmeye başlandı.
- 1984: Oregon eyaletinde (ABD) mantar yetiştiriciliğinde jeotermalden yararlanıldı.
- 1987: Nevada’da jeotermal akışkan altın madenciliğinde kullanıldı.
- 1987: Türkiye’nin ilk jeotermal merkezi ısıtma sistemi Gönen, Balıkesir ve Kozaklı ‘da işletmeye açıldı.
- 1998’de Kızıldere üretim sahasında yapılan 2167 m derinlikteki sondajdan kuyu dibi sıcaklığı 245 °C dolayında olan akışkan elde edilmiştir.
Jeotermal Alanlar
Sıcak Su, Sulu Buhar, Kuru Buhar Kuşakları
Serbest akiferler atmosfer basıncı ile denge halinde olduğundan buralardan 100°C’ın üzerinde sıcak bir akışkan beklenemez. Jeotermal akışkanın meteorik kökenli oluşu bir beslenme alanının varlığını gerektirmektedir. Alt ve üstten geçirimsiz tabaka ile sınırlı bir ortamda 200 °C sıcaklık buhar oluşmuştur. Burada, sıcak kaynak, fümerol gibi yüzey belirtilerini ve hangi koşullarda kuru buhar, hangi koşulda sulu buhar çıkacağı veya hiçbir çıkışın olmayacağını açıklamak mümkündür.
D3 sondajında kuyu başı düzeyi, sıcak su akiferinin basınç yüzeyinin altında, kuyu tabanı akiferde sıvı fazda akışkana inmişse kuyudan fışkıran sıcak su + buhar karışımı elde edilir. D1 sondajında kuyu başı, basınç yüzeyinin üzerinde ve kuyu tabanında buhar şapkası bulunmayan bir akifere inmişse, kuyudan fışkırmayan artezyen suyu elde edilir. Kuyuda su, basınç yüzeyine kadar yükselir. Tepedeki d2 sondajında kuyu başı, basınç yüzeyinin üzerinde, kuyu tabanı sıvı fazın içine girerse, gaz basıncından dolayı başlangıçta fışkırma gözlenir. Sonra akışkan gelişi biter. Akiferde basınç oluşturacak yeni gaz birikimi olursa fışkırma belirli aralıklarla tekrarlar. K kuyusunda, kuyu başı hangi topografik düzeyde olursa olsun, kuyu tabanı buhar şapkasının içerisinde kalırsa fışkıran kuru buhar elde edilir.
Kızgın Kuru Kaya
Nispeten sığ sayılabilecek bir derinlikte (6-8 km) yer alan, henüz soğumamış magma ceplerinden 3000- 4000 m derinlikte bulunan çok düşük poroziteli granitik veya sedimanter bir ortama kondüksiyon yoluyla yüksek ısı potansiyeli ulaşır. Bu potansiyelin yeryüzüne aktarımı için, birbirine yakın açılacak kuyulardan bir tanesinden soğuk su enjeksiyonu yapılır. Diğer kuyudan sıcak su + buhar karışımı fışkıran akışkan elde edilir. Kuyu tabanında yapay gözeneklilik ve geçirimlilik, bu kızgın kuru kayanın nükleer veya klasik patlayıcılarla patlatılması ile sağlanır.
Jeotermal Sistem Çeşitleri
Hidrotermal Konveksiyon Sistemler
Dünyanın ısısının var oluşuna dair en belirgin kanıtlar volkanik patlamalardır. Bu patlamalardan etrafa yayılan lavlar dünya yüzeyinde hemen soğur fakat yer kabuğu altındaki iç küre binlerce yıl boyunca ergimiş olarak kalır. Günümüzde bu magma hücrelerine doğrudan sondaj yapılması pratik değildir. Bununla birlikte magma sızıntısının etrafındaki kırıklar ve çatlaklar hidrotermal sirkülasyon sistemlerinin oluşumuna elverişli olabilir. Yeraltı suyu, soğumakta olan magma sızıntısının aşağılarında veya çevresinde çevrime girebilir. Bu çevrimde bir miktar ısı alan su tekrar yeryüzüne yakın alanlara döner. Sıcak ve soğuk suyun yoğunlukları arasındaki fark ısınan suyun üste çıkmasını sağlar.
Çatlak (Fay) Kontrollü Sistemler
Hidrotermal taşınım sistemlerinin çoğu genç volkanik sızıntıların olduğu yerlerde bulunmaz. Bunun yerine bu jeotermal sistemler ısılarını, geçirgen alanlar boyunca suyun derinlere doğru sirkülasyonuna izin veren geniş hacimli kayaçlardan alırlar. Bu alanlar, stratigrafik yataklar veya çatlaklar ve birbirine bağlantılı kırık sistemleri olabilir. Su sıcaklığı birinci olarak bölgesel ısı akımının büyüklüğüne ve su çevriminin derinliğine bağlıdır. Hidrotermal taşınım sistemlerinin kollarına beslenme dağlık alanlarda ve bitişik vadilerde meydana gelir. Kırık ve çatlaklar aşağıdaki gösterilenden farklı olabilirler, önemli olan kırıkların yükselen sıcak su için yeterli derecede geçirgen olmalarıdır.
Radyojenik Isı Kaynakları
Granitik plutonik kayaçlar göreceli olarak yüksek miktarlarda uranyum ve toryum içerirler. Bu elementlerin radyoaktif parçalanması ısı enerjisi açığa çıkarır. Radyojenik pluton içindeki ısı akımı, komşu kayaçtaki ısı akımından fazladır. Eğer granitik kayaçlar düşük ısı iletkenliği olan katmanlar tarafından çevrelenmişse bu katmanların tabanında yüksek sıcaklıklar oluşabilir. Jeotermal anomalinin şekli radyojenik kaynağın şekline, kalınlığına ve üstteki tabakaların termal iletkenliğine bağlıdır.
Yer Basınçlı (Geopressured) Jeotermal Rezervuarlar
Yer basınçlı jeotermal rezervuarlardan jeotermal enerji ve çözünmüş metan üretimi halen gelişmekte olan bir teknolojidir. Temel olarak derin petrol kuyusu sondajında kullanılan yöntemlerin benzerleri kullanılır. Sondaj masrafları ancak çok güçlü finansal yapıları olan kurumlar tarafından karşılanabilir. Günümüzde sadece sıcak su kullanımı için böyle kuyuların açılması ekonomik değildir. Eğer metan üretimi ile birleştirilirse yer basınçlı jeotermal rezervuarlar ekonomik olabilirler.
Yer basınçlı jeotermal rezervuarlar, üzerlerindeki kayaçlar tarafından su sütununun basıncını aşan basınç altında bırakılan akiferlerdir. Yer basınçlı jeotermal alanda bulunan ve daha az gözenekli olan katmanlar suyun yukarıya doğru sızmasını ve ısı transferini önler. Yer basınçlı katmanlardaki su çok yüksek miktarda ısı içerir, ayrıca bu su çözünmüş metan açısından da zengindir.
Derin Bölgesel Akiferler
Kabuktaki aşağı doğru eğimli oluklar, yeraltı sularını dağlık alanlardaki beslenme alanlarından toplar. Bu su daha sonra tortul kayaçlardan geçerek aşağı doğru iner ve jeogradyandan dolayı buralarda ısınır. Bu tür havzalarda eğer hidrolik iletkenlik yüksekse veya çatlaklar suyun artezyenik basınç sayesinde yukarı doğru yükselmesine izin veriyorsa jeotermal su deliklerden yeryüzüne ulaşabilir. Artezyenik basınç termal suyun yüzeye ulaşması için yeterli olabilir. Düşük termal iletkenliğe sahip tortullarda eş sıcaklık eğrileri (izoterm) yüzeye doğru eğilebilirler ve jeotermal suyu yüzeyin çok yakınına getirebilirler.
Jeotermal Akışkanın Sıcaklığına Göre Kullanma Yerleri
Jeotermal sahalardan üretilen akışkan, sıcaklık değerlerine göre oldukça geniş bir yelpazede kullanım olanağı sunmaktadır. Düşük ve orta sıcaklıklı sahalardan üretilen jeotermal akışkan doğrudan kullanım olarak: sera, konut, tarımsal kullanımlar gibi ısıtma uygulamalarında; yiyecek kurutulması, kerestecilik, kâğıt ve dokuma sanayi, dericilik ve soğutma tesislerinde olmak üzere endüstriyel uygulamalarda ve borik asit, 7/30 amonyum bikarbonat, ağır su ve akışkandaki CO2’den kuru buz elde edilmesi gibi kimyasal madde üretiminde kullanılmaktadır.
Bir jeotermal merkezi ısıtma sistemini, kuyular, jeotermal, su iletim hattı, eşanjör merkezi, şehir içi şebekesi, kontrol sistemi ve reenjeksiyon sistemi oluşturmaktadır. Jeotermal akışkanın kimyasal kompozisyonuna göre gerektiğinde kuyu içi, kuyu başı ekipmanı, boru hattında meydana gelebilecek kabuklaşmayı engellemek için kuyu içine kimyasal madde dozajı (inhibitör) yapılmaktadır. Jeotermal akışkanın iletimi özel izolasyonlu borular aracılığı ile yapıldığında 0,1 – 0,3 °C /km sıcaklık kaybı olmaktadır. Teknik ve ekonomik şartlar uygun olduğu durumda, jeotermal akışkan kilometrelerce mesafeye taşınabilmektedir.
Jeotermal ısı merkezine gelen jeotermal akışkanın enerjisi eşanjörler ile kapalı çevrimde dolaşan temiz suya aktarılmaktadır. Bu eşanjör sistemi ise, kuyu başı ve kuyu içi eşanjörleri şeklinde sahanın ve akışkanın özelliğine göre kurulmaktadır. Enerjisi aktarılan jeotermal su, mevcut termal tesislere verilmekte veya reenjeksiyon boru hattı ile yeniden yer altına gönderilmektedir. Böylece rezervuar ömrü artmakta ve bitki örtüsüne zarar verilmemektedir. Jeotermal akışkan kimyasal özelliğine göre problem yaratmayacaksa ısıtma radyatör veya taban ısıtma sistemine direkt uygulama ile sağlanmaktadır.
Jeotermal enerjinin kullanım alanları arasında toprak kaynaklı ısı pompaları ile binalarda ortam ısıtması ve soğutması yapılmasıdır. Bu gibi sistemler, genellikle binanın yapımı esnasında tesis edilmeleri ve kullandıkları yeraltı eşanjörünün çoğunlukla yer altı don seviyesinin oldukça altına gömülmesi nedeniyle sınırlı çevresel etkiye sahiptirler. Aşağıdaki çizelgede jeotermal kaynağın sıcaklığına göre kullanım alanları görülmektedir. Yüksek sıcaklıklı sahalardan elde edilen akışkandan ise; elektrik üretiminin yanı sıra entegre olarak diğer alanlarda da yararlanılmaktadır.
| SICAKLIK (ºC) | KULLANIM ALANLARI |
| 180 | Yüksek konsantrasyonlu solüsyonların buharlaştırılması,Elektrik üretimi, amonyum absorbsiyonu ile soğutma |
| 170 | Diatomitlerin kurutulması, ağır su ve hidrojen sülfit eldesi |
| 160 | Kereste kurutmacılığı, balık kurutmacılığı |
| 150 | Bayer’s metodu ile alüminyum eldesi |
| 140 | Konservecilik, çiftlik ürünlerinin çabuk kurutulması |
| 130 | Şeker endüstrisi, tuz endüstrisi, |
| 120 | Distilasyonla temiz su elde edilmesi |
| 110 | Çimento kurutmacılığı |
| 100 | Organik maddeleri kurutma (Deniz yosunu, çimen, sebze), yün yıkama ve kurutma |
| 90 | Balık kurutma (stok balık) |
| 80 | Yer ve sera ısıtmacılığı |
| 70 | Soğutma (Alt Sıcaklık Limiti) |
| 60 | Sera,ahır ve kümes ısıtmacılığı |
| 50 | Mantar yetiştirme, balneolojik hamamlar |
| 40 | Toprak ısıtma |
| 30 | Yüzme havuzları, fermantasyonlar, damıtma |
| 20 | Balık çiftlikleri |
Bu konu kapsamında ilerleyen yazılarımızda özellikle jeotermal enerjiden elektrik üretim sistemleri üzerinde duracağım.