Jeotermal enerji kaynaklarının optimal kullanım modelinin geliştirilmesi ve yöresel uygulaması

Abstract

Jeotermal kaynakların termodinamik, kimyasal, fiziksel, çevresel ve ekonomik özellikleri farklı olduğundan, her bir kaynaktan yüksek verimde yararlanmayı sağlamak için kaynağa özel yararlanma modelinin belirlenmesi gerekir. Bu tezde yüksek entalpili bir kaynaktan optimum oranda yararlanmayı mümkün kılacak bir modelin teknik analizi yapılmıştır. Jeotermal güç santralleri, 1970'li yıllardaki petrol krizi ile birlikte kurulmaya başlamıştır. O yıllarda tek flaşlı sistemde kurulan santraller bugün de çalışmaya devam etmektedir. Ancak tek flaşlı santrallerin dönüşüm verimleri çok düşüktür ve jeotermal akışkanın enerjisinin çok az bir kısmı kullanılabilmektedir. Enerjinin büyük bir kısmı ya kaynağa ya da çevreye atılmaktadır. Bu durum tek flaşlı santrallerin geliştirilmesi gerçeğini gündeme getirmektedir. Bu amaçla literatürde önerilen tekliflerden birisi de kombine tek flaş-binary jeotermal güç santralidir. Bu tip bir santralde tek flaşlı üniteden yüksek sıcaklıkta çıkan jeotermal akışkan bir ısı değiştiricisinden geçirilerek enerjisini düşük sıcaklıklarda buharlaşabilen bir akışkana aktarmakta ve elde edilen buhar Rankine çevrimini gerçekleştirmektedir. Diğer taraftan, ısı değiştiriciden çıkan jeoakışkanın sıcaklığı 60 °C'den daha büyük oluyorsa, bu akışkan bölgesel ısıtma sistemlerinde kullanılabilmektedir. Bu şekildeki kademeli kullanımlarla jeotermal akışkanın enerjisinden daha fazla yararlanmak mümkündür. Bu tezde, tek flaşlı bir güç santralinin performansını artırmaya yönelik çalışmaların ardından kombine tek flaş-binary jeotermal güç santralinin performans analizi yapılmıştır. Geliştirilen yararlanma modeline göre, kombine santralden yüksek sıcaklıkta ayrılan jeotermal akışkan ile bölgesel ısıtma da yapılmaktadır. Bu şekilde hazırlanan üç kademeli sistemin performans analizleri sonucunda optimal kullanım modeli belirlenmiştir. Tek flaşlı güç santralinin separatöründen ayrılan yüksek sıcaklıklı jeoakışkan ardışık iki ısı değiştiricisinden geçirilmiş ve birinci ısı değiştiricisi ile binary güç çevrimi, ikinci ısı değiştiricisi ile de bölgesel ısıtma sistemi kurulmuştur. Isı değiştiricilerinin optimizasyonu yapılarak, giriş şartları belli olan akışkanların optimal çıkış sıcaklıkları ve optimal ısı transfer alanları bilgisayar programı yardımıyla belirlenmiştir. Performans analizlerini yapmak için tüm sistemin temel noktalarının enerji ve ekserj ileri hesaplanmış ve optimal modelin I. ve II. kanuna göre yararlanma oranları belirlenmiştir. Optimizasyonlarm amaç fonksiyonu, üretilen net elektrik ve termal güçtür. Geliştirilen modelin uygulanabilir olduğunu göstermek ve ülkemize de katkı sağlamak amacıyla Denizli-Kızıldere jeotermal sahasına ait ölçülen değerler ve teknik bilgiler kullanılmıştır. Ayrıca, jeotermal enerjiden güç üretimi ve ısıtma uygulamaları konusunda Türkçe yayınların azlığı nedeniyle, bu konulara ait genel bilgiler de sunulmuştur.