JEOTERMAL AKIŞLARDA TÜRKİYE'DE ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ VE SONUÇLARI

JEOTERMAL AKIŞLARDAN TÜRKİY E'DE ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİ M İ VE SONUÇLARI

Orhan MERTOĞLU

en ekonomik ve basit yapılışı olup en büyük dönüşüm ve rimine sahiptir, yaklaşık olarak 0,15 0,19 gibi.

Bu sistemde yaklaşık 9 kg buhar, Bir Kvvh enerjiye karşı lıktır, (kondanserli çalışmada).

2 Sıcak su 4 Buhar sistemi (Islak Buhar)

A Tek buharlaştırmalı Sistem : a) Kondanserli buhar türbinli b) Atmosferik çıkışlı buhar türbinli.

B Çift Buharlaştırmalı Sistem : a) İki devresi de kondanserli. b) Bir devresi kondanserli.

C Binary Sistem : a) Basic Binary cycle. b) Regeneratif Binary cycle. c) CO2 enjeksiyon uygulamalı Binary cycle.

Bu sistemde akışkan optimum seperatör basıncında % 5'in üzerinde buhar fazına ayrışıyorsa seperatörden alınan bu harın yine buhar türbininde enerjiye dönüşümü ile ol maktadır. Bu sistemde buhar ayrıştırması tek ve çift bu harlaştırma olarak iki türlüdür ve yine kondanser kullanı mı gaz oranına bağlı olarak çift buharlaştırmada bir zo runluluktur.

Genel sistem dönüşüm verimi yaklaşık 0,03 ile 0,10 dur, eğer ıslak buhar çok gazlı ise (% 10'dan büyük ağırlık cin sinden) Binary sistem daha verimli olarak gözükmekte dir. Jeotermal akışkan enerjisini ikincil akışkana (Freon, izobütan gibi) aktarmakta ve bu ikincil akışkan gazı özel türbinde enerjiye dönüşmektedir.

Bu sistemde döşünüm verimi 0,1 0,2 olmaktadır ve yine bu sistemde sıcaklığı 60 ile 100°C civarında olan sular dan elektrik enerjisi üretmek mümkün olmaktadır, örnek olarak, 85°C giriş 55°C çıkış sıcaklıkları arasında çalışan bir Binary sistem santraldan 1 Kwh enerjiyi, 0,29 litre/sa niye debili jeotermal sıcak sudan elde etmek mümkündür.

Bilindiği üzere jeotermal akışkanlar magma enerjisini bünyelerinde taşıyıp yer yüzeyine sıcaksu, Sıcak su + Bu har, Kuru Buhar olarak çıkarlar veya çıkarılırlar.

Jeotermal akışkanların elektriğe dönüşümünde aşağıdaki sistemler söz konusudur.

1 Kuru Buhar Sistemi : A Kondanserli Buhar Türbinli. B Atmosferik çıkışlı Buhar Türbinli. Bu sistemde jeotermal buharın filitreden geçirilip klasik tip buhar türbininde işe dönüşmesiyle olur. Buhar içeri sinde kondanse olmayan gazları ağırlık cinsinden % 15'in üzerinde ise türbin atmosferik çıkışlı, eğer altında ise kondanserli olmalıdır, bu sistem jeotermal santrallarının

D Total Flovv sistemi : Buhar + Sıcak su + gazların hep birlikte işe dönüştürül düğü bir sistemdir. Türbini özel helisel vidalı olup dönüşüm veriminin 0,30'u bile geçtiği gözlenmiştir. Kondanserli ve Atmosferik çı kışlı olabilmektedir. Dünyada halen gelişim halinde olup iki MW gücündeki deneme tesislerinin çok olumlu sonuç lar verdiği gözlenmiştir. Resim 1 'de, Özgül net güç eldesinin rezervuar sıcaklığı ve çeşitli sistemlere bağıntısı gösterilmektedir.

YURDUMUZDAKİ UYGULAMALAR

İlk Jeotermal saha olan Kızıldere'de enerji üretmeye el verişli yüksek gazlı ıslak buhar 1968 yılında sondaj neti

cesinde bulunmuştur. 1973 yılında KD 13 kuyusunun özelliklerine göre 0,5 MW güçlü özel jeotermal buhar tür bininin ve tesisinin dizaynı M.T.A. Enstitüsü Atölyelerin de tamamlanması neticesinde yerli işçilik, proje ve % 90' in üzerinde yerli malzeme ile adı geçen atölyelerde imala tı 1,5 yılda tamamlanmıştır. Bu tesis KD 13 kuyusuna 1974 yılında monte edilmiş, yapılan test çalışmaları ne ticesinde 1975 yılı ilk aylarında devamlı enerji üretimine başlanmış, 1981 Nisan ayına kadar 60.000 saat, % 99.8 zaman verimi ile çalışarak 6 Milyon Kwh tan fazla ener jiyi ücretsiz olarak 3 köye ve çeşitli tesislere vermiştir.

Bu tesis tek buharlaştırmalı atmosferik çıkışlı bir pilot santral olarak aşağıda kısa teknik özelliklere haizdir.

Türbin gücü, deviri, tipi : 0,5 MW, 4500/1500 d/a,

Curtis çift sıralı kanatlı

Buhar basıncı, sıcaklığı : 4,5 Ata, 153°C

Kondanse olmayan gazlar: % 22 (Ağırlıkça) (% 97 CO2,

Buhar debisi

% 1 H2S vs.) : 13.000 kg^saat

Özgül akışkan tüketimi : 273 kg/Kw hr

Toplam akışkan değeri : 137.000 kg/hr

Dönüşüm faktörü (verimi): 0,04

Ayrıca yeni bulunan bir jeotermal sahada küçük bir pilot santrali ile üretim tesisleri yapılması dünyada yaygın bir tekniktir. Adı geçen 0,5 MW santral kullandığı enerji hammaddesi, ve bu santralı oluşturan makina ekipman ve sistemlerinde öz malımız olması bu santralın çok az dışa bağımlılığını göstermektedir.

Bu tesis Türkiye'nin ilk ve tek jeotermal santralı olmakla birlikte ilk yerli yapılan buhar türbinide bu santraldayer almıştır. Tesis maliyeti ithal maliyetinin % 20 25'i civa rında olmuştur. Bu tesisin gerçekleştirilmesinde hiçbir lisans, Knovv no w, patent kullanımı söz konusu olmamış tır.

Bu tesisin (1971'den 1981'e kadar) işletilmesi esnasında elde edilen deneyim aşağıya çıkarılmıştır. 1 Kabuklaşma, a) Kuyu içinde, b) Kuşu başı sistemle rinde, c) Türbinde. 2 Korozyon, Erozyon, a) Borularda, b) Türbinde.

AÇIKLAMALARI

1 a) Jeotermal kuyunun bu şartlarda çalışması halinde her üç yılda bir sondaj makinası ile temizlenmesi gerek mektedir. b) Seperatör ve sıcaksu + buhar hatlarının 6 ayda bir ka buktan temizlenmesi ile seperatör sıcaksu çıkış hattına özel dizayn kendisini kabuktan temizleyen butter fly elektrik motoru tahrikli valfın konulması gerektiğini.

c) Türbin buhar girişine özel buhar filtresi konulması ve buharın kuruluğunun çok iyi kontrol edilerek türbine sevk edilmesi gerektiğini bu ıslaklık ve kimyasal kompo zisyondan dolayı türbin seyyarkanatlarının sırtında 5 mm kalınlığında kabuk tabakasının 60.000 saatlik çalışma neticesinde olduğu gözlenmiştir. Ayrıca buhar içerisin deki H2S gazı türbin içinde ve hatlarda siyah koruyucu film tabakası meydana getirmiştir. Bu tabakaya demir sülfür kabuğu demek mümkündür, bu kabuğun tamamen zararsız olduğu gözlenmiştir.

2 a) 10.000 saatlik çalışma neticesinde karbon çeliğin den mamul borularda (Et kalınlığı 5 mm) 0,3 mm derin liğe varan çukurluklar gözlenmiştir.

b) Türbin içerisini korozyondan korumak için her 4.000 saatte bir Molykote kaygan lâk spray uygulamasının ge rekliliği görülmüştür.

Bu 0,5 MW santralın başarısından sonra 5 MW güçlü yeni bir jeotermal enerji santralının imalatı için ön proje ve dizayn çalışmaları 2 3 yıl kadar sürmüştür. Bu santralın Kuyu başı sistemlerinin imalatına M.T.A. atölyelerinde 1976 yılında başlanmış ve içinde bulunduğumuz yılda büyük ölçüde tamamlanmıştır.

Söz konusu 5 MW santralın buhar türbininin döner te kerleklerinin özel çelik dövme işlemleri çok deneme ve uğraşıyı gerektirmiş ve bunlar 3 4 yıl kadar sürmüştür.

Buhar Türbini ve tesisinin kısa özellikleri aşağıya çıkarıl mıştır.

Tesis Tipi : Tek ve Çift Buharlaştırmalı, ilk etapta atmos ferlik çıkışlı. Türbin Tipi : Tek taraflı, aksiyon, 6 kademe. Türbin gücü, deviri : 5 000 KW, 3 000 d/d Giriş basıncı, sıcaklığı : 3,5 Ata, 148°C Buhar debisi : 53 500 Kg/saat Kondanse olmayan gazlar oranı : % 20 (maksimum ağır lıkta) Kondanser: Barometrik, Tray trp.

Bu 5 KW kapasiteli tesis atmosferik çıkışlı olarak çalıştı ğı zaman 2,3 MW üretim yapacaktır. Bu santralın gerçek leştirilmesinde de 0,5 MW'ta olduğu gibi hiçbir lisans, patent, Know how kullanımı söz konusu değildir ve bu güçte yerli yapılan ilk jeotermal santral ve ilk buhar tür bini olma özelliğine sahiptir.

Bu tesisin girdi değerleri geniş olacak şekilde dizayn edil miştir. Bu özellik tesisin her jeotermal sahada küçük ve rim düşüklükleri ile çalıştırılabilmesini mümkün kılacak tır.

Bu özelliğinden dolayı bu santrala "Üniversal Jeotermal Enerji Santralı" demek mümkündür. 5 MW santralın bu özelliği Birleşmiş Milletler Küçük Enerji Kaynakları Kon feransında (9 18 Eylül, Los Angeles, ABD) tartışılmış ve otoriteler tarafından kabul edilmiştir.

Bu tesiste yaklaşık olarak ithal maliyetinin % 20'sinin gerçekleşmesi planlanmaktadır. Bu santralda Alternatör bazı ölçü aletleri ve rulmanlar dışındaki tüm yapı ele manları yerli olarak yapılacaktır.

Buhar Türbinindeki döner kanatlar dışındaki büyük bir bölüm tamamlanmıştır. Bu santralın 1982 yılı ortaların da atmosferik çıkışlı olarak çalışabilecek şekilde tamam lanması planlanmaktadır. Bu tesisin Çanakkale Tuzla ve ya Aydın Germencik'te uygun jeotermal akışkan bulu nursa bu sahalara, bulunmadığı halde Kızıldere'ye ikinci ünite olarak kurulması düşünülmektedir. Bu santral halen M.T .A. Atölyelerinde imalat ve montaj halindedir.

SONUÇ VE ÖNERİLER

Halen Dünya'da Jeotermal akışkanlardan en büyük ölçü de yararlanma için çalışmaları hızlı bir şekilde ilerlemek tedir. Ülkemiz Jeotermal Akışkanları özellikleri göz önü ne alınarak aşağıdaki tekniklerin uygulamalarının örnek leri belirtilecektir.

1 Buhar + Sıcaksu + Gazın birlikte işe dönüştürüleceği total flow teknolojisi yurdumuza getirilmeli ve bizim sa halarımızda pilot çapta ilk testler yapılmalıdır. Bu ülke miz jeotermal sahaların değerlendirilmesi için bir zorun luluktur.

2 Yine ıslak buharlı ve gazlı sahalar için binary tip yük sek verimli bir sistem olmaktadır. Total Flow teknoloji sinde olduğu gibi bu sistemin test edilmesi ile birlikte özel ısı eşanjörleri ve özel freon veya izobütan teknoloji lerini benimsemek ve üzerinde çalışmalara bir an evvel başlamak gereklidir.

3 Yurdumuzda sıcak suların varlığı büyük değerlerde dir. Sıcaklığı 80 90°C civarında olan kendinden akışlı 1500 İt/saniye debili olan bu suların elektrik enerjisine dönüşümünün pilot uygulamaları vakit geçirmeden ya pılmalıdır. Bu gaye için freon 113 kullanan Binary tip 100 KW güçlü tesis dizayn edilmiştir. Bu tesis 80°C sı cak sudan enerji üretebilecektir. Bu tesis ile Jeotermal santralların atık sıcak suyundan enerji üretmekte müm kündür. Yurdumuzda sıcaklığı bu civarda olan her 10000 It/saniye debili sıcak su yılda 400 milyon Kvvh enerjiye karşılık olacaktır.

4 Yukarıda bahis edilen jeotermal santralların atık sula rının elektrik enerjisi üretiminden başka ısı enerjilerinin de kullanımı için özel ısı eşanjörleri ile ilgili çalışmalara başlamak gerektir, örneğin, halen 20 MW gücünde Kızıl dere'de kurulan tek buharlaşmalı kondanserli santraldan atılacak sıcak su 110 MVV (termal) enerji İçermektedir. Bu atık suyun değerlendirmesi ile günde yaklaşık 8 mil yon TL. fuel oil karşılığı enerji kazanılacaktır, veya bu

atık suyun bir kompleks içerisinde değerlendirilmesi ile 5000 KVV kadar elektrik üretimine ilaveten ısı enerjisi eldesi mümkündür.

5 Sol kabuklaşma yapma özelliği olan yurdumuz sıcak sularından yararlanmada diğer bir alternatifte kuyudibi tipi ısı eşanjörlerinin kullanımının ve işletilmesinin test edilmesidir. (Isıtma amaçlı) İzmir Agememnun'da 30000 Kcal/saat kapasiteli bir sistemin önümüzdeki birkaç ay içerisinde test edilmesi planlanmıştır.

6 Yurdumuzda yapılacak daha ileriki aramalarda hali hazırda bilinen jeotermal akışkan karakteristiği değiş mez ise o sahalara kurulacak olan santral tipi kesinlikle Binary tip veya Total Flow olmalıdır. Şu anda Kızıldere' de bulunan tek buharlaştırmalı kondanserli tip 20 MVV bürüt güç verdiği halde Binary tip santral 48 MVV güç ve rebilecektir. (Kuyu içi pompalı veya CO2 enjeksiyon ça lışma ile) bu teknikler 1975 yılından sonra uygulamaya koyulmaktadır. Heber'de (ABD) 50 MVV güçlü tesis bu Ilınmaktadır.

7 Kızıldere sahasındaki kabuklaşma sahadan enerji üre timini % 100'e yakın ölçüde düşürmektedir. Kabuklaş manın oluşumuna tam veya kısmi engel olmak için tek nolojiler geliştirilmeli ve uygulanmalıdır.

8 Jeotermal ısıtma amaçlı çalışmalara ağırlık verilmeli ve hızlandırılmalıdır. M.T.A. Atölyeleri imalatı ve dizay nı olan 2 ayrı tip özel jeotermal ısı eşanjörlerinin, Afyon jeotermal sahasındaki testi çok olumlu ve yararlı sonuç lar vermiş bu sahadaki kuyuların değerlendirilmesine ışık tutmuştur. Testler 20000 Kcal/saat ısı kapasitesinde gerçekleştirilmiştir.

9 Yukarıda 0,5 ve 5 MVV'lık yerli jeotermal santralları nın imalinde çok büyük güçlüklerle karşılaşılmıştır, şu andaki imkânlara göre bu yapabilirlik sınırı 5 10 MVV'tır bu değeri 50 MVV'a çıkarmak için teknolojik girişimlere gereksinim, vardır. Bu girişimler enerji üretimimizdeki dı şa bağımlılığı kaldıracaktır.

10 Yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde je otermal enerji Türkiye için en önde gelen enerji kaynağı dır. Tüm sektörlerin bu kaynağın değerlendirilmesi üzeri ne çok daha fazla gitmeleri ulusal bir görevdir. Ayrıca je otermal akışkanların değerlendirilmesinde ısı pompası uygulamasının bir an evvel devreye girmesinde yarar bu lunmaktadır. Türkiye'nin jeotermal enerji potansiyeli göz önüne alınıp iyi bir değerlendirme programı ile seksenli yılların sonunda jeotermal enerjisinin ulusal enerji siste mine katkısı % 4'e yaklaşması veya geçmesi ile ısı enerjisi olarakta genel ısı tüketiminin % 20 25'ini karşılaması mümkün görülmektedir.

Not : Dönüşüm verimi, dönüşüm faktörü ile aym anlam da alınmıştır.

"9 m

{fi 50

LD a 30

LU ev o 20

ISI

;O 10

TOTAL FL0W SİSTEM ÇİFT BUPARLASTIRMALI SİSTEM TEK BUHARLASTIRMALI SİSTEM

BINARY SİSTEM

2S0

REZERVUAR SICAKLIĞI

ön kabuller : a Türbin verimi : %75 t Totat FLow türbini verimi: % 70 c % 10 i$tcnmcy«n kayıplar. d % 0 kondanse olmayan gazlar. e Voğujtur/na sıcaklığı; 50 *C

( RESİM 1 )