30 Bin Üyemize Katılın
E-Bülten yayınlarımız için abone olun.
Reklamı kapat

Jeotermal Nedir? Jeotermal Enerji Nedir?

Jeotermal Nedir?

Jeotermal kelimesi; İngilizce ’deki “yer” anlamına gelen “geo” ve “ısı” anlamına gelen “thermal” anlamına gelen kelimelerin birleşmesiyle meydana gelen bir terimdir. Jeotermal kelimesinin Türkçe ’deki karşılığını yer ısısı/ yer enerjisi olarak ifade edebiliriz.

Bilimsel ve teknik anlamda ise; yerin derinliklerindeki kayaçlar içinde birikmiş olan ısı enerjisinin akışkanlarca taşınarak rezervuarlarda depolanması ile oluşmuş sıcaksu, buhar ve kuru buhara jeotermal kaynak denilmektedir. Yer enerjisini daha iyi anlamak için Dünya’yı oluşturan katmanları inceleyelim:

Dünya yer altına doğru toplam beş tabakadan oluşmuştur. Bunlar, Hava Küre (Atmosfer), Su Küre (Hidrosfer), Taş Küre (Litosfer), Ateş Küre (Pirosfer) ve Ağır Küre (Barisfer)‘dir.

jeotermal enerji
Şekil 1: Dünya’yı Oluşturan Katmanlar

Yerin Katmanları: Dünya’nın kalınlıkları, yoğunlukları ve bileşimleri birbirinden farklı iç içe katmanlardan oluşur. Bu katmanlar yerin merkezine doğru yer kabuğu, manto ve çekirdek olmak üzere üç katmandan oluşur. Yerin bu katmanlarına jeosfer denir.

jeotermal enerji
Şekil 2: Yeryüzünün Katmanları
  • Yer Kabuğu (Taş Küre): Yerin en dış, en hafif, en ince katmanıdır. Bu katman bünyesinde kayaçlardan oluştuğu için litosfer (taş küre) adı verilir. er kabuğunun kalınlığı karalarda ortalama 35-40 km iken , deniz ve okyanuslarda ise 15-20 km’dir. Yer kabuğu farklı özelliklere sahip sial ve sima katmanlarından oluşur.
    • Sial (Kıtasal Kabuk): Yer kabuğunun üst kısmında kıtasal kabuğu oluşturur. Silisyum (Si) ve Alüminyum (Al) elementlerinden oluşur. Kalınlığı okyanuslar altında az iken, kıtalar üzerindeki yüksek dağlar üzerinde fazladır. Kimyasal bileşimi granite benzer.
    • Sima (Okyanusal Kabuk): Yer kabuğunun alt kısmını oluşturur. Silisyum (Si) ve Magnezyum (Mg) elementlerinden oluşur. Kalınlığı okyanuslar altında fazla iken, karalar altında incedir. Kimyasal bileşimi bazalta benzer.
  • Manto: Yer kabuğu ile çekirdek arasındaki katmandır.  Büyük oranda demir magnezyum ve kalsiyum içermektedir. Mantonun yer kabuğuna yakın olan kısımları daha akışkan kısmına astenosfer (ateş küre) denir. Astenosferde kayalar erimiş halde bulunur.
    Yer kabuğunun yaklaşık 35 ile 2900 km derinlikler arasında yer alır. Sıcaklığı 1200°C’yi bulan manto katmanı, yer kürenin hacminin %80’ini oluşturmaktadır. Mantonun yer kabuğuna yakın olan kısmına üst manto, çekirdeğe yakın olan kısmına alt manto denir.
    Mantonun en önemli özelliği ise, magmayı içinde bulundurmasıdır. Yeryüzünü şekillendiren bütün iç kuvvetler enerjisini magmadan almaktadır.
  • Çekirdek: Dünyanın merkezinde yer alan, yerin en iç katmanıdır. En kalın ve en ağır olan katmandır. Bu nedenle barisfer (ağır küre) denilmektedir. Çekirdeğin bileşiminde önemli ölçüde Demir (Fe) ve Nikel (Ni) elementleri bulunur. Sıcaklık ve yoğunluğu fazladır.
    Çekirdek, dış çekirdek ve iç çekirdek olmak üzere ikiye ayrılır. Sıcaklığı yaklaşık 5000°C olan dış çekirdek ergimiş haldeki demir ve nikelden meydana gelmiş olup sıvı haldedir. Sıcaklığı 6000°C civarında olan iç çekirdek kristal haldeki demir ve nikel karışımından oluşmaktadır.
    İç çekirdekte Nikel (Ni) ve demir (Fe) kristalize halde bulunduğu için buraya nifesima adı verilir.
jeotermal enerji
Şekil 3: Yerin Katmanları ve Özellikleri

Jeotermal Enerji Nedir?

Jeotermal enerji, yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan birikmiş ısının oluşturduğu sıcaklıkların, bölgesel atmosferik ortalama sıcaklığının üzerinde olan ve çevresindeki normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla çözülmüş mineral, çeşitli tuzlar ve gaz içerebilen basınç altındaki sıcak su ve buhar (akışkan) yolu ile yüzeye taşınan ısı olarak tanımlanabilir.

Jeotermal enerji genellikle yer içinden yer yüzüne kadar ulaşan çatlak ve kırıkların oluşturduğu zayıf zonları kullanarak yüzeylenen sulardan ya da özel olarak açılan sondaj kuyularından elde edilmektedir.

Jeotermal enerjinin kaynağı su, buhar, sıcak kayalar ve yeryüzüne yakın katmanlardaki magma olarak görülebilir. Isı kaynağının aşırı derecede ısıttığı akışkan, normal yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral, çeşitli tuzlar ve gazlar içermektedir. Jeotermal enerji, fosil yakıtlara alternatif enerji kaynakları arasında en önemlisi durumundadır.

Jeotermal enerji sistemlerinin en önemli elemanlarından biri “jeotermal akışkandır”. Yer içindeki ısı, farklı iletim yolları ile (konvektif, kondaktif vb.) kayaçlar içinde hapsolunmuş ya da dolaşan akışkanları (sıvı ve gazlar) ısıtır. Bu ısınmış sıvı ya da gazların hepsine birden jeotermal akışkan denir.

Jeotermal enerji yenilenebilir, sürdürülebilir, tükenmeyen, ucuz, güvenilir, çevre dostu ve yerli bir enerji kaynağıdır.

Jeotermal kaynakların üç önemli bileşeni vardır:

1. Isı kaynağı; jeotermal enerjiyi meydana getiren bölgedir.
2. Isıyı yer altından yüzeye taşıyan akışkan; jeotermal enerji sisteminde, jeotermal ısı kaynağındaki enerjiyi üzerine alıp türbinden iş üretilmesini sağlayan akışkandır.
3. Suyun dolaşımını sağlamaya yeterli kayaç geçirgenliği; ısı kaynağına ulaşabilmek için bölgenin sondaj yapılabilmeye elverişli olmalıdır.

Jeotermal alanlarda sıcak kayaç ve yüksek yeraltı suyu sıcaklığı normal alanlara göre daha sığ yerlerde bulunur. Bunun başlıca nedenleri arasında:

• Magmanın kabuğa doğru yükselmesi ve dolayısıyla ısıyı taşıması,
• Kabuğun inceldiği yerlerde yüksek sıcaklık farkı sonucunda oluşan ısı akışı,
• Yeraltı suyunun birkaç kilometre derine inip ısındıktan sonra yüzeye doğru yükselmesi.

Jeotermal Saha: Yeryüzünde bir jeotermal etkinliği gösteren coğrafik bir tanımdır. Eğer yeryüzünde herhangi bir doğal jeotermal çıkış yoksa, yeraltındaki jeotermal rezervuarın üstündeki alanı tanımlamakta kullanılır.

Jeotermal Sistem: Yeraltındaki hidrolik sistemi bütün parçaları ile birlikte (beslenme alanı, yeryüzüne çıkış noktaları ve yeraltındaki kısımları gibi) tanımlamakta kullanılır.

Jeotermal Rezervuar: İşletilmekte olan jeotermal sistemin sıcak ve geçirgen kısmını tanımlar.

Jeotermal sistemler ve rezervuarlar; rezervuar sıcaklığı, akışkan entalpisi, fiziksel durumu, doğası ve jeolojik yerleşimi gibi özelliklerine göre sınıflandırılırlar. Örneğin jeotermal rezervuarda 1 km derinlikteki sıcaklığa bağlı olarak sistemleri iki gruba ayırmak olasıdır.

a) Rezervuar sıcaklığının 150°C’ dan düşük olduğu, düşük sıcaklıklı sistemler: Bu tür sistemler genelde yeryüzüne ulaşmış doğal sıcak su veya kaynar çıkışlar gösterirler.

b) Rezervuar sıcaklığının 200°C’ dan yüksek olduğu yüksek sıcaklıklı sistemler: Bu tür sistemler ise doğal buhar çıkışları (fumeroller), kaynayan çamur göletleri ile kendini gösterir.

Jeotermal sistemlerin fiziksel durumlarına bağlı olarak sınıflandırılmaları durumunda, üç farklı rezervuar durumu tanımlanabilir.

Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar:

Rezervuardaki basınç koşullarında su sıcaklığının buharlaşma sıcaklığından daha düşük olduğu rezervuarları tanımlamakta kullanılır. Rezervuar basıncını sıvı su fazı kontrol etmektedir.

İki fazlı jeotermal rezervuarlar:

Rezervuarda sıvı su ve su buharı birlikte bulunmaktadır ve rezervuar basıncı ve sıcaklığı suyun buhar basıncı eğrisini izler.

Buharın etken olduğu jeotermal rezervuarlar:

Rezervuar basıncındaki akışkan sıcaklığının suyun buhar basıncı eğrisi sıcaklığından daha yüksek olması durumunda bu tür rezervuarlar oluşurlar. Rezervuardaki basıncı su buharı fazı kontrol etmektedir.

Bir jeotermal rezervuarın fiziksel durumu ve kimyasal özellikleri zamana bağlı olarak değişiklik gösterebileceği gibi aynı rezervuar içerisinde de bir noktadan diğerine farklılıklar gösterebilir. Örneğin sıvının etken olduğu bir rezervuar, üretim sonucu oluşan basınç düşümünden dolayı, zamanla iki fazlı bir jeotermal akışkan durumuna dönüşebilir. Jeotermal enerji, hava kirliliği yaratmayan ve dikkatli kullanıldığında çevre sorunlarını en aza indirgeme özelliği olan bir enerji kaynağıdır. Jeotermal enerji kaynağının sürdürülebilir projelerde kullanılması amaçlanmalıdır. Projelerin sürdürülebilir olması için jeotermal sistemlerin ve rezervuarların iyi bilinmesi ve var olan yeraltı özelliklerinin projelerin avantajına olacak şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.

Sıcak Kuru Kaya Sistemi: Yerküremizde özellikle genç, aktif volkanik kuşaklarda, jeotermal gradyanın çok yüksek olduğu bölgelerde, sıcak su içermeyen yüksek sıcaklığa sahip kızgın, kuru kayalar bulunmaktadır. Bu tür sistemlere soğuk su basılarak sıcak su+ buhar karışımı alınmakta ve bu, bir enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Ülkelere göre değişik sınıflandırmalar olmasına rağmen jeotermal enerji, sıcaklık içeriğine göre üç gruba ayrılır.

  • Düşük Sıcaklıklı Sahalar: 20°C-70°C
  • Orta Sıcaklıklı Sahalar: 70°C-150°C
  • Yüksek Sıcaklıklı Sahalar: >150°C

Düşük (20-70°C) ve orta sıcaklıklı (70-150°C) sahalar bugünkü teknolojik ve ekonomik koşullar altında, başta ısıtmacılık olmak üzere (sera, bina, zirai kullanımlar), endüstride (yiyecek kurutulması, kerestecilik, kağıt ve dokuma sanayiinde, dericilikte, soğutma tesislerinde), kimyasal madde üretiminde (Lityum, KaCl2, borik asit, amonyum bikarbonat, ağır su, akışkandaki CO2’den kuru buz eldesinde) kullanılmaktadır. Ancak orta sıcaklıklı sahalardaki akışkanlardan da elektrik üretimi için teknolojiler geliştirilmiş ve kullanıma sunulmuştur. Yüksek sıcaklıklı (150°C’den yüksek) sahalardan elde edilen akışkan ise elektrik üretiminin yanı sıra entegre olarak diğer alanlarda da kullanılabilmektedir.

Ancak, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde jeotermal akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı beslemesi bakımından, işlevi tamamlandıktan sonra tekrar yeraltına gönderilmesi (reenjeksiyon) zorunludur. Reenjeksiyon birçok ülkede yasalarla zorunlu hale getirilmiştir.

Dünya’nın merkezine doğru gidildikçe yerin ısısı, yer çekirdeğindeki çok yüksek sıcaklık (>60000°C) nedeniyle artar. Bu artışa ısı gradyeni denir ve yeryuvarı için ortalama değeri 30°C/100 m kadardır. Yani, yerin derinliklerine doğru bir kuyu açıldığı zaman, her 33 m de bir derece sıcaklık artışı olduğu yerbilimciler tarafından kabul edilmiştir. Kuru kaya adı verilen geçirimsiz (akışkansız) ama yüksek sıcaklığa sahip kayaçlarda normal jeotermal gradyen 400°C/km’dir. Bu sonuçlar derinliklere inildikçe jeotermal enerji potansiyelinin daha yüksek olduğunu göstermektedir.

Jeotermal Enerji Nerelerde Kullanılır?

Jeotermal enerji başlıca yedi farklı amaçta kullanılabilmektedir. Bunlar:

  • Elektrik Enerjisi Üretimi: 130°C ve üzeri sıcaklıklarda ekonomik olarak yapılabilir.
  • İklimlendirme (Isıtma, Soğutma): Bina, Şehir, Seracılık vb.
  • Endüstriyel amaçlı kullanım: Isıtma, kurutma, pişirme vb.
  • Kimyasal madde eldesi: Kuru buz üretimi (CO2), Li, Çeşitli tuzlar, H2, Ağırsu, Borik Asit, Amonyum bikarbonat eldesi ve Gübre vb.
  • Kaplıca amaçlı kullanım (Termal Turizm): 36- 45°C arası balneolojide ideal sıcaklık
  • Kültür Balıkçılığı
  • Mineralli su olarak kullanımı
  • Entegre Kullanım: Yukarıdaki yararlanmaların fiziksel ve kimyasal özelliklere göre (elektrik eldesi, ısıtma– soğutma, endüstride yararlanma, kimyasal madde eldesi CO2, sera, kaplıca vs.) birlikte yararlanılmasına entegre uygulamalar adı verilmektedir. Enerji verimliliği açısından en uygun kullanım şekli enerjinin entegre kullanımıdır. Aşağıda jeotermal enerjiden entegre olarak yararlanılmasına dair bir örnek tasarım gösterilmektedir:
jeotermal enerji
Şekil 4: Jeotermal Enerjinin Kullanım Alanları
Reenjeksiyon Kuyusu Nedir?

Pek çok ülkede jeotermal enerji tesislerinde reejenksiyon kuyusunun olması yasal zorunluluğu bulunmaktadır. Bu yüzden jeotermal enerji sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biri de “reenjeksiyon kuyusudur”.

İçindeki ısı enerjisinin bir bölümü soğrulmuş olan akışkan, hem doğayı kirletmemek hem de yer içindeki rezervuarı beslemek için yer içindeki alıcı ortama geri basılmasına Reenjeksiyon denir. Jeotermal akışkan üretildikten sonra, akışkandan ısı enerjisinin bir kısmı soğrulur (doğrudan ya da eşanşörler ile), kalan akışkan, içinde artık ısı enerjisi ile birlikte doğaya zararlı minerallerle (bor, arsenik vd.) birlikte basılır. Bu yöntem, jeotermal enerjinin “sürdürebilirliliğini” sağlar.

Jeotermal Enerji Sistemleri Nelerdir?

Jeotermal sistemler; buhar hakim ve su hakim sistemler olarak ikiye ayrılırlar. Santral kurulmasında sahanın durumu da göz önüne alınarak en ekonomik ve verimli teknolojiyi seçmek gereklidir. Jeotermal akışkandan elektrik üretimi için tek buharlaşmalı “single flash cycle” sistem yerine, yüksek verimli çift buharlaşmalı “double flash cycle” sistemi 1977 yılından beri yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca “total flow” ve “binary cycle” tipi santrallerde de verim yüksek olmaktadır.

jeotermal enerji
Şekil 5: Tek ve Çift Flashlı Santrallerin Akış Şeması

“Double flash cycle” sisteminde akışkan, iki aşamada iki ayrı seperatörde buharlaştırılarak türbine gönderilir. Santralin verimi “single flash cycle” sistemine göre %15 ile %20 daha fazladır. kWh başına net maliyetin %10 ile %20 daha düşük olduğu hesaplanmaktadır. ”Single flash” orta büyüklükte, 200°C dolayındaki sıcaklıklı sahalar için uygundur. Bu sistemde buhar seperatörde ayrılarak doğrudan türbine gönderilir.

”Double flash” sistemler, elde edilen akışkandan maksimum ölçüde yararlanmak için kullanılan sistemlerdir. Akışkan birinci seperatörde ayrıştırıldıktan sonra sıcak su ikinci bir seperatöre gönderilerek tekrar ayrıştırılır ve iki seperatörde ayrıştırılan buhar türbinlere gönderilir. “Binary Çevrim” sistemleri, jeotermal akışkanın flashing edilmeden (buharından, gazından ve suyundan ayrıştırılmadan) doğrudan doğruya elektrik üretim amaçlı olarak ısıeşanjörüne verilip, enerjisinin ikincil akışkana aktarılmasından sonra, direkt olarak reenjeksiyona gönderildiği sistemlerdir. Bu sistemler, rezervuar sıcaklığının 100-200°C olduğu sahalarda son derece olumlu sonuçlar vermektedir.

jeotermal enerji
Şekil 6: Binary Santrallerin Akış Şeması

Türkiye’de Jeotermal Enerji Kullanımı Nasıldır?

Türkiye jeolojik ve coğrafik konumu itibarı ile aktif bir tektonik kuşak üzerinde yer aldığı için jeotermal açıdan dünya ülkeleri arasında zengin bir konumdadır. Ülkemizin her tarafında yayılmış yaklaşık 1.000 adet doğal çıkış şeklinde değişik sıcaklıklarda jeotermal kaynaklar mevcuttur.

Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı (ETKB)’nın verilerine göre, Türkiye 1.283 MW jeotermal enerji santrali kurulu güç ile Avrupa ülkeleri arasında ilk sırada yer alıyor. Dünya’da ise Türkiye dördüncü sırada yer alıyor.

Türkiye’nin jeotermal potansiyeli oldukça yüksek olup potansiyel oluşturan alanların %78’i Batı Anadolu’da, %9’u İç Anadolu’da, %7’si Marmara Bölgesi’nde, %5’i Doğu Anadolu’da ve %1’i diğer bölgelerde yer almaktadır.

jeotermal enerji
Şekil 7: Türkiye’nin Jeotermal Kaynakları Dağılımı

Jeotermal kaynaklarımızın %90’ı düşük ve orta sıcaklıkta olup doğrudan uygulamalar (ısıtma, termal turizm, çeşitli endüstriyel uygulamalar vb.) için, %10’ u ise dolaylı uygulamalar (elektrik enerjisi üretimi) için uygundur. Jeotermal enerji uygulamalarında ilk elektrik üretimi 1975 yılında 0,5 MWe güce sahip Kızıldere Santrali ile başlatılmıştır.

jeotermal enerji
Şekil 8: Türkiye’deki Jeotermal Kaynakların Kullanılma Durumları

Jeotermal kaynaklarımızın yüzde 90’ı düşük ve orta sıcaklıkta olup doğrudan uygulamalar (ısıtma, termal turizm, mineral eldesi vb.) için uygun olup kalan yüzde 10’luk potansiyelimiz ise dolaylı uygulamalar (elektrik enerjisi üretimi) için uygundur.

Jeotermal kaynaklar yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Bugün için Tükiye’de elde edilen jeotermal enerjiden elektrik üretimi, ısıtma (sera ve konut), termal ve sağlık turizmi, endüstriyel mineral eldesi ve kurutmacılık gibi alanlarda yararlanılmaktadır.

Türkiye’de jeotermal enerji arama çalışmalarına hız verilmiş ve sondajlı jeotermal enerji aramaları 2.000 m seviyelerinden 28.000 m seviyelerine çıkarılmıştır. 2005 yılından itibaren Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın desteğiyle, mevcut kaynakların geliştirilmesi ve yeni kaynak alanlarının aranması çalışmalarına ağırlık verilmesi nedeniyle, 2004 sonu itibari ile 3.100 MWt olan kullanılabilir ısı kapasitesi, 2018 yılı Aralık sonu itibari ile ilave 1.900 MWt ısı enerjisi artışıyla 5.000 MWt’e yükselmiştir.

173 adet olan keşfedilmiş jeotermal saha sayısı da sondajlı aramalarla 10 adedi elektrik üretimine uygun olan yeni sahaların keşfiyle 239 sahaya çıkarılmış olup bugüne kadar toplam 632 adet, 410.000 metre sondajlı arama çalışması yapılarak doğal çıkışlar dahil açılan kuyularla yaklaşık 5.000 MWt ısı enerjisi elde edilmiştir.

2008 yılında, Jeotermal Kaynaklar ve Doğal Mineralli Sular Kanunu’nun yürürlüğe girmesi ve özel sektörün de jeotermal arama, geliştirme ve yatırım çalışmaları ile birlikte ülkemiz toplam jeotermal ısı kapasitesi (görünür ısı miktarı) 35.500 MWt’e ulaşmıştır.

Jeotermal alanların araştırılmasına yönelik yapılan jeolojik araştırmalarla belirlenen ve jeolojik yapıdaki çeşitlilik, beslenme ve boşalım koşulları, jeolojik unsurlar ve jeodinamik süreçlere bağlı olarak gelişen jeotermal sistemlerdeki kaynaklar, genç tektonizma ve volkanizma ile çok yakın ilişkili olarak Türkiye’nin her yanına dağılmışlardır. Aşağıdaki tabloda 2017 yılında yapılan araştırmalara Türkiye’deki jeotermal kaynak alanlarının kullanımı gösterilmektedir:

jeotermal enerji
Tablo 1: Türkiye’deki Jeotermal Kaynak Kullanımı Dağılımı

Dünya’da Jeotermal Enerji Kurulu Gücü Ne Kadardır?

Jeotermal enerjiden elektrik üretiminde ilk beş ülke; ABD, Filipinler, Endonezya, Türkiye ve Yeni Zelanda şeklindedir. Elektrik dışı kullanım ise 70.329 MWt olup Dünya’da doğrudan kullanım uygulamalarındaki ilk 5 ülke ABD, Çin, İsveç, Belarus ve Norveç’tir.

Dünya’da jeotermal enerji kurulu gücü 2018 yılı verilerine göre 14.369 GWe düzeyindedir. Jeotermal enerjiden elektrik üretiminde ilk beş ülke; ABD, Filipinler, Endonezya, Türkiye ve Yeni Zelanda şeklindedir. Elektrik dışı kullanım ise 70.000 MWt’ı aşmış olup dünyada doğrudan kullanım uygulamalarındaki ilk 5 ülke ise ABD, Çin, İsveç, Belarus ve Norveç’tir.

1 Yorum

  • Avatar Mehmet Olgun dedi ki:

    Yüzeye yakın termal yatakların oluşması karbon ile hidrojenin reaksiyonla yanması neticesinde çok büyük depremlerle çok büyük basınç altında petrol, doğalgaz oluşurken meydana gelen ısıyla ortamın lav haline gelmiş haldir. Daha derinlerde soğuk tabakalar, katmanlar olduğunu düşünmeliyiz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir