Jeofizik Bülteni, www.jeofizik.org.tr

JEOTERMAL ENERJİ VE ELEKTRİK ÜRETİMİ

Adil ÖZDEMİR

(adilozdemir2000@yahoo.com)

JEOTERMAL ENERJİNİN TANIMI VE OLUŞUMU

Jeotermal enerji kısaca yer ısısı olup, yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde birikmiş basınç altındaki

sıcak su, buhar, gaz veya sıcak kuru kayaçların içerdiği termal enerji olarak tanımlanmaktadır.

Yapılan deneysel çalışmalar ve hesaplamalar dünyanın başlangıçta eriyik halde bulunduğu ve

binlerce yıl önce katı hale geldiğini göstermektedir. Yerkabuğunun derinliklerinde bulunan uranyum (U238,

U235), toryum (Th232) ve potasyum (K40) gibi radyoaktif maddelerin bozunması sonucu sürekli olarak ısı

üretmesi işleminin jeotermal enerjinin kaynağı olduğuna inanılmaktadır.

Yerkürenin bileşenleri ve sıcaklık dağılımı

Jeotermal sistemin kaynağı

Jeotermal sistem üç ana unsurdan oluşmaktadır: Isı kaynağı, rezervuar ve ısıyı taşıyan akışkan. Isı

kaynağı yüksek sıcaklıklı (>600 °C) ve yüzeye yakın kısımlara ulaşabilen (5-10 km) magmatik

sokulumlar olabileceği gibi, düşük sıcaklıklı sistemlerde de derinlikle birlikte artan normal

sıcaklık (jeotermik gradyan -ortalama 2,5-3 °C/100 m) olabilir. Rezervuar ise ısıyı taşıyan sıvının

devirdaim edebileceği çatlaklı (geçirgen) kayaçlardır. Rezervuarların üzerinde genellikle

geçirimsiz tabakalar bulunmaktadır. Jeotermal akışkan ise çoğu durumda meteorik sudur ve

rezervuarda sıcaklık ve basınca bağlı olarak buhar veya sıvı haldedir. Bu su genellikle bazı kimyasal

maddeler ve gazlar (CO2, H2S gibi) içerir.

Jeotermal sistemin mekanizması sıvının ısıyı iletimi üzerinedir. Konveksiyon akım (ısı iletimi)

ısınma nedeniyle oluşur ve sonuçta sistemdeki sıvının termal genleşmesine neden olur. Düşük

yoğunluklu ısınmış sıvı, sistemde yükselme eğilimindedir ve sistemin kenarlarından gelen

yüksek yoğunluklu soğuk su ile yer değiştirir. Doğal olarak konvensiyonel akım sisteminde, alt

kısımlarda sıcaklık azalma eğiliminde iken üst kısımlarda sıcaklık artma eğilimindedir.

Gerçek jeotermal sistemler için yapılacak iyi bir modelleme oldukça zordur. Yapılacak

modellemede yüksek sıcaklığa bağlı olarak çok disiplinli ve geniş bir çalışmaya gereksinim vardır.

Jeotermal sistem çok değişken jeolojik, fiziksel ve kimyasal özelliklerin bileşimine bağlı olarak

oluşur. Jeotermal sistem unsurları içerisinde sadece ısıtıcı kaynak doğaldır. Diğerleri sisteme

sonradan eklenebilir.

İdeal bir jeotermal sistem modeli

Jeotermal model ve geçirimli kayaçlar

Jeotermal kaynakların sınıflandırılmasında en çok kullanılan yöntem jeotermal sıvısının içerdiği

entalpidir. Entalpi, sıvının ısı (termal enerji) içeriğini gösterir ve onun değeri hakkında kaba bir değer

verir. Jeotermal kaynaklar birkaç kritere göre düşük, orta ve yüksek entalpili (veya sıcaklıklı) olarak

sınıflandırılmaktadır. Diğer bir sınıflama ise, su yoğunluklu jeotermal sistem ve buhar yoğunluklu

jeotermal sistemdir.

Jeotermal kaynak araştırma programının başlama noktası, jeolojik, jeofizik ve hidrojeolojik

çalışmalardır. Bu çalışmaların temel amacı, çok geniş ve doğru araştırma ile alanının yerini ve

büyüklüğünü belirlemek ve bu alan için en uygun arama yöntemini önermektir. Jeolojik, jeofizik ve

hidrojeolojik incelemeler, jeotermal enerji araştırma ve üretim kuyularının yerlerinin belirlenmesinde

çok önemli rol oynar. Ayrıca, bu incelemeler diğer araştırma yöntemlerinden elde edilen verilerin

yorumlanmasını ve sonuçta jeotermal sistemin gerçek bir modelinin oluşmasını ve kaynağın

potansiyelinin değerlendirilmesini sağlar. Sondaj kuyularının açılması, jeotermal enerji

araştırmalarının son aşamadır. Bu sondajlar jeotermal rezervuarın gerçek karakteristiğini ve sahanın

potansiyelini ortaya çıkarır.

Jeolojik ve hidrojeolojik çalışmalarla jeotermal bir sistemin belirlenmesi

Jeofizik araştırma yöntemleri ile jeotermal bir sistemin belirlenmesi

Jeotermal akışkan üretmek için yapılan bir sondaj çalışmasının görüntüsü

Yüksek sıcaklıklı jeotermal kaynakların (>150 °C) en önemli kullanım alanı elektrik üretimidir.

Düşük ve orta sıcaklıklı jeotermal kaynaklar (<150 °C) çok farklı kullanım alanlarına sahiptir.

Klasik Lindal diyagramı farklı sıcaklıklara bağlı olarak jeotermal kaynağın kullanılabilir

alanlarını göstermektedir. Bu diyagrama son yıllarda 85 °C'nin üzerindeki jeotermal kaynakların

binary cycle santrallarında elektrik üretiminde kullanılması da eklenebilir. 20 °C'nin altındaki

jeotermal kaynaklardan ise ısı pompaları ile ısıtma ve soğutmada faydalanılmaktadır.

Jeotermal akışkanın sıcaklığına göre kullanılma yerleri

JEOTERMAL ENERJİDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ

1904’ten beri İtalya‘da Lardello sahasından elektrik üretimi yapılmasına rağmen, dünyada,

jeotermal enerjiden elektrik üretilmesine yönelik çabaların artması 1950’li yılları bulmuştur. Buhar-

baskın bir sahadan ilk elektrik üretimi İtalya’da, su-baskın bir sahadan ilk elektrik üretimi de Yeni

Zelanda da 1950’ler de olmuştur.

Hazne sıcaklığı 200 oC ve daha fazla olan jeotermal akışkanlardan elektrik üretimi

gerçekleştirilmektedir. Ancak günden güne gelişmekte olan yeni teknolojilere göre 150 oC’ye kadar

düşük hazne sıcaklıklı jeotermal sulardan da elektrik üretilebilmektedir. Ayrıca, son zamanlarda

buharlaşma noktaları düşük gazlar (Freon, İzobütan vb.) kullanılarak 60-900C sıcaklıktaki sulardan

da elektrik üretiminde yararlanma çalışmaları sürdürülmektedir.

Jeotermal akışkandan elektrik üretimi, başta A.B.D. olmak üzere İtalya, Japonya, Yeni Zelenda, El

Salvador, Meksika, İzlanda, Filipinler, Endenozya ve Türkiye vb. ülkelerde yapılmaktır.

Dünyada halen kurulu güç yaklaşık 9500 MWe (2006 yılı itibariyle) olan jeotermal enerjiden

elektrik üretimi gün geçtikçe artmaktadır.

Genelde elektrik üretimi, jeotermal kaynağın karakteristiğine bağlı olarak üç tip santralda

yapılmaktadır.

1- Kuru buhar santralleri; türbünü döndürmek için kuyudan üretilen kuru buhar direk olarak

kullanılır.

2- Flaş buhar santralleri; yüksek basınçla kuyudan gelen akışkan düşük basınçlı separatörlerde

su ve buhar olarak ayrılır ve ayrıştırılan buhar ile türbünün döndürülmesi sağlanır.

3- Binary cycle santralleri(çift çevrim): Jeotermal akışkanın sıcaklığından faydalanılarak sudan

daha az buharlaşma sıcaklığına sahip akışkan eşanjörde (heat-exchanger) buharlaştırılır ve

buharlaşan bu akışkan ile türbünün döndürülmesi sağlanır.

Kuru buhar santralı

Flash buhar santralı

Binary cycle santralı

Jeotermal çift-çevrim teknolojisi, düşük ve orta sıcaklıklı jeotermal kaynaklardan ve atık ısıdan

elektrik enerjisi üretmek amacıyla geliştirilmiştir.

Üzerinde tek buhar ayrıştırmalı (single flash) elektrik santralı kurulu alanlarda, buhar ayırıcılar bu

atık ısı kaynaklarından en fazla bilinendir. (Örneğin: Denizli-Kızıldere’de kurulu bulunan tek

buharlaştırmalı jeotermal santralde, 140 oC ve 700 ton/saat jeotermal akışkan buhar ayrıştırıcılardan

dışarı atılmaktadır).

Çift-çevrimle elektrik üretiminin şematik gösterimi

Su buharıyla karşılaştırıldığında daha düşük kaynama noktası ve daha yüksek buhar basıncına

sahip bir akışkan, sistemin ikinci çevriminde kullanılır. Bu ikinci akışkan, normal Rankin

çevriminde işletilir.

Çift çevrimli sistemler, uygun ikincil (çalışan) akışkanlar kullanılarak 85-170 oC arasındaki

sıcaklıklarda çalışacak şekilde tasarlanabilirler. Üst çalışma sıcaklığı, organik ikincil akışkanların

termal olarak bozuşma sıcaklıkları tarafından belirlenir.

Belirlenen kapasite için ısı eşanjörü büyüklüğünün pratik olmaması ve parazitik yüklerin

(sirkülasyon pompası yükleri gibi) üretimin büyük bir oranını tüketmesi gibi pratik ve ekonomik

nedenler alt çalışma sıcaklığını belirler.

Türbinde genleşmeden önce, daha düşük bir basınç ve sıcaklıkta, jeotermal akışkanın ısısı ikincil

(çalışan) akışkana ısı eşanjörleri tarafından aktarılır ve ikinci akışkanın ısınması ve buharlaşması

sağlanır.

Çift çevrim elektrik santralleri, suyun içerdiği ısı enerjisini mekanik enerjiye ve sonrada bir

jeneratör vasıtası ile elektrik enerjisine çevirirler. Çalışan akışkan, kapalı bir devrede, yüksek

sıcaklıklı jeotermal akışkan ile soğutma suyundan ibaret iki ısı kaynağı arasında bir termodinamik

motor çevriminde çalışır. Çalışan akışkan genellikle izobütan gibi bir hidrokarbon, R12 gibi bir

soğutma gazı veya CO2 gazıdır.

Dünyadaki uygulamalarda, çift çevrimli santrallerin yapım maliyetleri (jeotermal alanın

geliştirilmesi ile ilgili giderler hariç) 1500 – 2000 $/Kw arasında değişmektedir. Bu santrallerden

üretilen elektriğin maliyeti ise 0.04 $ ile 0.1 $ arasında değişmektedir.

Jeotermal enerji diğer enerji türlerine göre temiz enerji kaynağı olarak bilinmektedir. Çünkü,

jeotermal santrallerde daha az karbondioksit (kömür ve petrol santralleri 1000-2000 kez daha fazla

üretir) ve çok az miktarda da sülfüroksit gazı atmosfere salınır. Buhar santralleri çoğunlukla buhar

emisyon eder. Binary cycle santralleri kapalı sistem olduğundan her hangi bir gaz atmosfere

salınmaz.

İnsanlar tarafından üretilen veya başka bir şekle dönüştürülen enerjinin çevresel etkilerinin

olması kaçınılmazdır. Dolayısıyla, elektrik üretimi veya diğer nedenlerle kullanılan derin jeotermal

suların da çevreye geniş bir oranda etkisi vardır. Bu etkiler, yüzeyde oluşan çökmelerden (tasman)

jeotermal akışkanın oluşturduğu doğal güzelliklerdeki (Pamukkale travertenleri) tahribatlara kadar

değişebilmektedir. Bunların yanında jeotermal sıvının içerdiği bor, cıva, arsenik, kurşun,

amonyak, antimuan, lityum, karbondioksit, hidrojen sülfür ve tuz çevreyi olumsuz şekilde

kirletmektedir. Fakat santralde kullanılan akışkanın tekrar rezervuara enjekte edilmesiyle çevreye

verilen zarar minimuma indirilebilir.

TÜRKİYE’DE JEOTERMAL ENERJİDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ

Türkiye, jeotermal enerji potansiyeli yönünden dünyanın önemli ülkeleri arasındadır. Türkiye’de

40 °C'nin üzerinde jeotermal akışkan içeren 170 adet jeotermal saha ortaya çıkarılmıştır. Bu

sahaların % 95'i düşük ve orta sıcaklıklı jeotermal sahalardır.

Türkiye'nin jeotermal potansiyeli 31.500 MWt olarak tahmin edilmektedir. Fakat bu büyük

jeotermal enerji potansiyeline göre konut ısıtmacılığı, seracılık ve sağlık amaçlı kullanım olarak

Türkiye'de toplam kurulu kapasite 867 MWt'dir. Ayrıca 20.4 MWe elektrik üretme gücüne sahip

Kızıldere jeotermal sahasında 1985 yılından bu yana elektrik enerjisi üretimi sürmektedir. Aydın-

Germencik, Aydın-Salavatlı ve Denizli-Tekkehamam sahasında ise elektrik üretimine yönelik

çalışmalar devam etmektedir.

Türkiye’deki mevcut jeotermal enerji uygulamalarının yüzdesel dağılımı

Türkiye’de jeotermal enerjinin mevcut durumu ve geleceği

Türkiye’de 130-242 oC sıcaklıklarda elektrik üretimine uygun olduğu söylenen 13 saha

bulunmakta olup mevcut şartlarda sıcaklıkla ilgili ekonomik olarak elektrik üretimine uygun 150 oC’nin üzerinde 5 saha bulunmaktadır.

Türkiye’de jeotermal kaynaklardan elektrik enerjisi üretimi, “10.05.2005 tarihli 5346 sayılı;

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Amaçlı Kullanımına İlişkin

Kanun” ile düzenlenmiş bulunmaktadır.

YARARLANILAN KAYNAKLAR

AKPINAR, K. ve ÜÇKARDEŞLER,C., 2007; Jeotermal Enerji ve İller Bankası Uygulaması.

Jeotermal Kaynaklı Belediyeler İstişare ve Değerlendirme Toplantısı. Çeşme-İzmir

ARMSTEAD, H.C.H., 1983. Geothermal Energy. E. & F. N. Spon, London, 404 pp

COMBS, J. and MUFFLER, L.P.J., 1973. Exploration for geothermal resources. In : Kruger, P. and

Otte, C., eds., Geothermal Energy, Stanford University Press, Stanford, pp. 95-128.

ENTINGH, D. J., EASWARAN, E. and McLARTY, L., 1994. Small geothermal electric systems for

remote powering. U.S. DoE, Geothermal Division, Washington, D.C., 12 pp.

FRIDLEIFSSON, I. B., 2003. Status of geothermal energy amongst the world’s energy sources. IGA

News, No.52, pp. 13-14.

HUTTRER, G.W., 2001. The status of world geothermal power generation 1995-2000. Geothermics,

30, pp. 7-27.

LINDAL, B., 1973. Industrial and other applications of geothermal energy. In: Armstead, H.C.H., ed.,

Geothermal Energy, UNESCO, Paris, pp.135-148.

MEIDAV,T.,1998. Progress in geothermal exploration technology. Bulletin Geothermal Resources

Council, 27, 6, pp. 178-181.

NICHOLSON, K., 1993. Geothermal Fluids. Springer Verlag, Berlin, XVIII - 264 pp.

WHITE, D. E., 1973. Characteristics of geothermal resources. In: Kruger, P. and Otte, C.,eds.,

Geothermal Energy, Stanford University Press, Stanford, pp. 69-94.

www.geothermal.org.tr

www.jeotermaldernegi.org.tr