Jeotermal Enerji Nedir? Nasıl Elde Edilir?

Dünya Bankası 2015 verilerine göre dünya genelinde enerji ihtiyacının %80’i kömür, petrol gibi fosil yakıtlardan karşılanır. Ancak bu kaynakların tükenmeye başlaması ve çevre kirliliği yaratması nedeniyle alternatif kaynaklar önem kazanır.

Jeotermal enerji de hava kirliliği yaratmaması ve düşük karbondioksit emisyonuna sahip olması ile önemli bir alternatif kaynaktır. Daha kapsamlı politikalar ve çalışmalar ile enerji ihtiyacının bir bölümü jeotermal enerji ile karşılanabilir. 

Bu yazımızda jeotermal enerji ile ilgili merak ettiğiniz tüm konular hakkında detaylı bilgi alabilirsiniz.

Jeotermal Enerji Nedir?

Jeotermal enerji, hidrotermal kütleden üretilir. Hidrotermal kütle yer kabuğunda bulunur ve yeryüzündeki havzalardan beslenir.

Gaz ve mineralli içeren buhar ve sudan oluşan hidrotermal kütlenin sıcaklık dereceleri ise bölgeye göre değişebilir.

Jeotermal kelimesinin kökeni ise Yunancada dünya anlamına gelen “geo” ve ısı anlamına gelen “termal” kelimelerinden oluşur.

Bu noktada “Jeotermal enerji yenilenebilir enerji midir?” sorusuna da yanıt vermek gerekir. Yenilenebilir enerji türlerinden biri olan jeotermal enerji, dünyanın alt katmanlarında bulunur ve ısınma ve yemek pişirme amacıyla ya da tıbbi amaçlı yüzyıllardır kullanılır.

Jeotermal kaynaklardan elektrik üretimi ısı ve buhar kullanılarak yapılır. Kuyularda üretilen akışkanın buhar ve su olarak ayrılmasına dayanan konvansiyonel santrallerde buhar, türbinlere gönderilir. Ardından jeneratörler sayesinde elektrik elde edilir.

Jeotermal Enerji Nerelerde Kullanılır?

Jeotermal enerji, çoğunlukla ısı ve elektrik üretiminde kullanılsa da bu enerjinin termal turizmde ve sağlık amaçlı kullanımı da mevcuttur. Ancak kullanım alanları doğrudan ve dolaylı kullanım olarak da iki ana gruba ayrılabilir. 

• Doğrudan Kullanım Alanları

Termal enerji, 150°C altındaki sıcaklıklarda doğrudan seralarda, bölge ısıtmasında, endüstriyel işlemlerde ve tarımsal faaliyetlerde kullanılabilir.

Sarayköy / Kızıldere Jeotermal Santrali Denizli – Aydem, Türkiye’nin yüksek sıcaklığa sahip jeotermal enerji kaynaklarından biridir. Bu bölgede ısıtma amacıyla jeotermal enerji kullanımı oldukça yaygındır.

40 °C’nin üzerindeki jeotermal kaynaklar sayesinde merkezi sistemle şehirler ve binaların içi ısıtılabilir. Aynı şekilde çiçekçilik, meyvecilik ve turfanda sebzecilik faaliyetleri için seralarda da ısıtma sağlanabilir.

Jeotermal enerji, endüstriyel alanda pek çok farklı şekilde kullanılır. Kereste ve tahılların kurutulması, kâğıt hamurlarının ve atık suların işlenmesi, sebzelerin kurutulması ve bazı kimyasal madde

Tarımsal ürünleri de bu şekilde kurutmak mümkün olsa da bu yöntemi dünya genelinde yalnızca 10 ülke uygulamaktadır. Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, İzlanda, İsviçre gibi bazı ülkeler, yoğun kar nedeniyle yollarda oluşan buzları çözmek için jeotermal kaynaklardan yararlanır.

Dünya genelinde 45 ülkede ise termal turizm önemli bir ekonomik kaynaktır. Spa merkezlerinde ve kaplıcalarda jeotermal kaynaklar kullanılır.

• Dolaylı Kullanım Alanları

Jeotermal enerji ile elektrik üretimi, bu kaynağın dolaylı olarak kullanılmasını sağlar. Elektrik üretimi için sondaj ile kaynaktan çıkarılan yaş veya kuru buhar ve sudan faydalanılır. Üretilen enerji evlerde, iş yerlerinde, tarım arazilerinde kullanılabilir.

Jeotermal Enerji Santrali Nedir? Çeşitleri Nelerdir?

Jeotermal enerji santralleri, jeotermal kaynaklardan yararlanarak elektrik üretiminin yapıldığı yerlerdir. Bu santraller; kuru buhar, çift çevrim (binary) ve buhar püskürtmeli (flaş) olmak üzere kendi içinde ayrılır. Bu ayrım, jeotermal kaynağın sıcaklığına bağlı olarak yapılır.

Kuru buhar santralleri için gereken minimum sıcaklık 150°C’dir. 180 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda tek veya çift faz akışkanlı flaş tipi santraller kullanılır. Burada, sıvıdan ayrıştırılan buhar direkt olarak türbine verilerek elektrik enerjisi elde edilir.

Akışkan sıcaklığının 100-180 °C arasındaki orta ve düşük güçlü (entalpili) kaynaklarda çift akışkan çevrimli olarak da bilinen binary santraller kullanılır. Akışkan, ısı seperatörlerinde izo-pentan, pentan ve izbütan gibi düşük sıvılaşma sıcaklığına sahip olan başka bir akışkan yüklenir. Yüksek basınçlı türbinde genişleyen bu akışkan, türbinin çevrilmesini sağlar.

Türbinin çıkışında ise yeniden çevrime girmek üzere kondenserde sıvılaştırılır. Böylece enerji üretimi sürekli hale gelir. Türkiye’de bulunan santrallerin büyük bir çoğunluğu binary santraldir.

Çift akışkan çevrimli türbinler, iki farklı döngüden meydana gelir. İlki, sıcaklığı ileten ve üretim kuyusu yardımı ile sağlanan akışkandır. Pentan adı verilen ikinci döngü ise ısıyı enerjiye çevirir. Bu döngünün sağlanması için santraller iki parçadan oluşur.

Elektrik üretim bölümünde organik rankine çevrimi ile yani santrallerde buharla çalışmakta olan ısı makinelerinden elde edilen enerji kullanılarak elektrik elde edilir. Yardımcı servisler bölümünde ise üretim kuyuları, reenjeksiyon sistemi, pompalar ve hatlar yer alır.

• Kuru Buhar Çevrimi

Jeotermal enerji santralleri arasında en uygun maliyetli ve en basit çalışma prensipli olan kuru buhar çevrimli santraller, doğrudan kızgın buhar üreten kaynaklarda kullanılır. Kondenser yani akışkan sıvıyı yoğuşturan makine kullanılmayan bu yöntemde kaynaktan çıkan buhar, türbinden geçirildikten sonra atmosfere bırakılır.

Ancak buharın atmosfere bırakılması çevre kirliliğine neden olduğu için kondanserli buhar çevrimi daha çok tercih edilmektedir. Kondanserli çevrimde türbin çıkışında buhar atmosfere salınmaz, türbinin ucunda bulunan kondansere alınır.

Buhar, tekrar yer altına sevk edilir. Kondanser, türbin çıkışında daha fazla basınç oluştuğu için yüksek verim elde edilir.

• Buhar-Su Çevrimi (Flaş Buhar)

Yer altından gelen jeotermal akışkan, her zaman yalnızca buhardan oluşmaz. Su ve buhardan oluşan akışkanda buhar oranı yeterliyse, su buhardan ayrıştırılır. Buhar türbine alınırken su ise yer altına gönderilir.

Ancak bazı durumlarda buhar oranı yeterli değildir ya da akışkan tamamen sudan oluşur. Bu durumda su püskürtülerek buhar elde edilmeye çalışılır.

Bu işlemin ardından çift fazlı akışkan elde edilerek ayrıştırıcıya alınır. Ayrıştırıcıdan gelen buhar ise bir türbinden geçirilir. Akışkanın sıcaklığının çok yüksek olduğu durumlarda bu işlem tekrarlanabilir.

Püskürtme sayısına uygun olarak jeotermal çevrim tek ya da çift püskürtmeli olarak ayarlanabilir. Ancak maliyeti yüksek olduğu için ikiden fazla püskürtme genellikle yapılmaz.

• Çift Çevrim (Binary)

Düşük ve orta sıcaklıktaki kaynaklarda ya da atık ısıda kullanılan çift çevrim ya da binary işleminde, sudan düşük buharlaşma sıcaklığına sahip akışkanın buharlaştırılması sağlanır. Buharlaşan bu akışkan ile türbin döndürülür.

Jeotermal Kaynakların Sınıflandırılması

Jeotermal kaynakların sınıflandırılmasında, jeotermal sıvıların içerdiği entalpi değerine, yani sıcaklık değerine dikkat edilir. Termal enerji içeriğini belirten entalpi, kaynağın değeri hakkında bir fikir verir. Buna göre jeotermal kaynaklar düşük, orta, yüksek entalpili olarak kategorize edilir.

Jeotermal kaynaklar akışkan sıcaklıklarına göre şu şekilde sınıflandırılır:

• Düşük entalpili – 20 °C – 70 °C arası
• Orta entalpili – 70 °C – 180 °C arası
• Yüksek entalpili – 180 °C’den büyük

Düşük entalpili kaynaklardan genellikle balık çiftliği tesisleri ya da yüzme havuzları yararlanır.

Sera ve konutların ısıtılmasında, endüstriyel kurutma işlemlerinde orta entalpili kaynaklar işlevsel hale gelir.

Yüksek entalpili kaynaklardan ise elektrik enerjisi üretiminde yararlanılır. Ancak bu kaynakların kullanımı hem akışkan sıcaklığına hem de bölgenin coğrafi koşullarına bağlıdır. Enerjinin verimli olması için akışkanın kaynağın yakınında kullanılması gerekir.

Başka bir sınıflandırma ise jeotermal kaynakların su ya da buhar yoğunluklu olmasına göre yapılır.

Bazı akışkanların buhar oranı yüksekken bazılarında su oranı yüksektir. Bazılarında ise buhar hiç yoktur. Bu oranlara göre santrallerde kaynakların işlenme yöntemleri belirlenir.

Jeotermal Enerjinin Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?

Jeotermal enerjinin avantajları şu şekilde sıralanabilir:

• Jeotermal kaynağın veriminin çok yüksek olması, sağlanan en önemli avantajlardan biridir. Yenilenebilir, çevre dostu, sürdürülebilir bu enerjinin maliyeti de düşüktür.
• Yerel bir kaynak olduğu için işlenmesinde üçüncü kişilere ihtiyaç duyulmaz.
• Termik santraller ile karşılaştırıldığında daha az çevre sorununa yol açar.
• Elektrik üretimi ile entegre sistemler kurulabildiği için daha fazla termal güç elde etmek mümkündür. Entegre sistemler, aynı zamanda maliyetlerin düşmesi anlamına da gelir.
• Jeotermal enerjinin yaygın olarak kullanılması, fosil yakıtların tüketimi nedeniyle ortaya çıkan asit yağmurlarının ve sera gazı etkisinin azaltılmasına yardımcı olur.
• Fosil yakıtlarda bulunan patlama, alev alma gibi riskler jeotermal enerjide bulunmaz.

Bu avantajlarının yanı sıra jeotermal enerjinin bazı dezavantajları da bulunur. Jeotermal enerji kullanımı sırasında yer altından çıkan bor nedeniyle doğanın kirlenmesine ya da akışkanların paslanmasına veya çürümesine neden olabilir.

Ayrıca karbondioksit ve hidrojen sülfür gazlarını barındırır. Bu nedenle çalışmalar sırasında çıkan maddelerin doğaya salınmaması için teknolojik önlemler alınması faydalı olur.

Türkiye'nin Jeotermal Enerji Potansiyel Haritası

Aktif tektonik kuşak üzerinde yer alan Türkiye’de yaklaşık 1000 adet doğal çıkışlı jeotermal kaynak bulunur. Sıcaklıkları değişen bu kaynaklar, ülkemizi jeotermal potansiyel açısından Avrupa’da birinci, kurulu güç açısından ise dünyada dördüncü ülke konumuna getirir.

Jeotermal enerji üretiminde Türkiye ile birlikte Filipinler, Amerika Birleşik Devletleri, Endonezya ve Yeni Zelanda dünyada en çok jeotermal enerji üreten ilk 5 ülke arasında yere alır.

Türkiye’nin jeotermal potansiyeli en yüksek olan bölgelerinin dağılımı şu şekildedir: %78 Batı Anadolu, %9 İç Anadolu, %7 Marmara Bölgesi, %5 Doğu Anadolu ve %1 diğer bölgeler.

Üretimde kullanılan kaynakların %90’ı orta ve düşük sıcaklıktadır. Bu kaynaklar termal turizm, ısınma ve çeşitli endüstriyel amaçlar için kullanılır.

Elektrik enerjisi üretimi gibi daha dolaylı uygulamalar içinse kaynakların %10’undan yararlanılır. Türkiye’de jeotermal enerjiden elektrik üretimi ilk kez 1975 yılında başlamıştır.  

Türkiye’nin jeotermal ısı potansiyelinin 35.500 MWt olduğu, elektrik üretimi potansiyelinin ise 450 MWe olduğu düşünülmektedir. Bu potansiyelin tam olarak kullanılması için son yıllarda sondajlı arama çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalar, 2.000 metre seviyelerinde başlar ve 28.000 metreye kadar devam eder.

2005 yılı itibarıyla Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın da desteği ile kaynak arama çalışmalarına hız verilir. Böylece 2004 yılında 3.100 MWt olan ısı kapasitesi 2008 yılı sonunda 35.500 MWt’ye ulaşır.

Bu artışta; jeotermal kaynaklar ve Doğal Mineralli Sular Kanunu’nun yürürlüğe girmesinin, yatırımların artmasının ve jeotermal kaynakların bulunmasına daha fazla ilgi gösterilmesinin etkisi bulunur.

Jeotermal enerjinin doğrudan kullanımı ile şehir ve konutlar, seralar, termal su kaynakları, termal tesisler ve sağlık tesislerinin ısıtılması sağlanır. Bu kaynaklar zirai kurutmada, ısı pompalarında ve soğutma işlemlerinde de kullanılır.

Türkiye’de toplam 125.820 konut, 1132 MWt; 4052 dönüm, 794 MWt ve 350 adet termal tesis jeotermal enerji kapasitesinden yararlanır.

Türkiye’de, potansiyeli yüksek olan yerleşim yerlerinde jeotermal enerji ile ısıtma uygulamaları yapılır.

Bu şehirler ve toplam ısı kapasiteleri şu şekilde sıralanabilir:

• İzmir – Balçova ve Narlıdere: 243 MWt
• Afyonkarahisar: 127,5 MWt
• Afyonkarahisar – Sandıklı: 119 MWt
• Kütahya – Simav: 110 MWt
• Ağrı – Diyadin: 62 MWt
• Manisa – Salihli: 57 MWt
• Balıkesir – Edremit: 39 MWt
• Nevşehir – Kozaklı: 34 MWt
• Ankara – Kızılcahamam: 28 MWt
• Balıkesir – Sındırgı: 24 MWt
• Kırşehir: 20 MWt
• Yozgat – Sorgun: 19 MWt
• Denizli – Sarayköy: 19 MWt
• Balıkesir – Gönen: 19 MWt
• Balıkesir – Bigadiç: 7 MWt
• İzmir – Bergama: 3 MWt

Bu bölgelerde sağlanabilecek maksimum su sıcaklığı ise entalpiye bağlı olarak değişiklik gösterir.

Örneğin; yüksek entalpiye sahip İzmir – Balçova ve Narlıdere’de sıcaklık 140 °C’ye kadar çıkarken daha düşük ısı kapasitesine sahip Bergama’da maksimum sıcaklık 70 °C’dir.

Türkiye’nin jeotermal enerji potansiyeli oldukça yüksek olsa da bu kapasitenin yalnızca %3’ünün kullanıldığı düşünülmektedir. Bu nedenle jeotermal kaynakların kullanımının teşvik edilmesi ve giderek artan enerji ihtiyacının bu yenilenebilir kaynaklar ile karşılanması gerekmektedir.

Türkiye'de Jeotermal Enerji ile Elektrik Üretim Oranları

Türkiye’de jeotermal enerjiden üretilen elektriğin toplam elektrik üretimindeki oranı 2004 yılında %0,06 iken 2019 itibarıyla %3’tür.

2021 yılı verileri ise jeotermal enerji kullanımının artış göstermeye devam ettiğini gösterir. 2021 sonunda toplam kurulu güç 1.679 MWt’ye ulaşmıştır.

Dünya'da Jeotermal Enerji Kullanım Oranları

Dünyada jeotermal enerji ile elektrik üretimi 1970-1985 yılları arasında ivme kazanır. 2021 sonu itibarıyla dünya genelinde jeotermal elektrik enerjisini en çok kullanan ülkeler Amerika Birleşik Devletleri, Endonezya ve Filipinler’dir. 
2022 yılına girerken Türkiye de yeni projeleri sayesinde bu ülkelere eklenir.

Jeotermal enerji kullanımında ilk 10 ülke ve kullanılan enerji kapasiteleri aşağıdaki gibidir:

• Amerika Birleşik Devletleri: 3,714 MWt
• Endonezya: 2,133 MWt
• Filipinler: 1,918 MWt
• Türkiye: 1,679 MWt
• Yeni Zelanda: 1,005 MWt
• Meksika: 963 MWt
• İtalya: 944 MWt
• Kenya: 861 MWt
• İrlanda: 755 MWt
• Japonya: 603 MWt

Türkiye'deki ve Dünya'daki Jeotermal Enerji Santrallerinin Karşılaştırılması

2018 Aralık ayı verilerine göre dünyanın jeotermal gücü yaklaşık 14.9 GWe’dir. Bu kapasitenin elektrik dışı kullanımları ortalama 70.000 MWt’dir.

Elektrik üretiminde ilk 5 ülke Filipinler, Amerika Birleşik Devletleri, Türkiye, Endonezya ve Yeni Zelanda olsa da doğrudan kullanımda ABD, Norveç, Çin, Belarus ve İsveç öne çıkar.

Jeotermal Enerji ve Diğer Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Karşılaştırılması

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında jeotermal enerjinin yanı sıra rüzgâr enerjisi, hidroelektrik enerjisi, güneş enerjisi, biyokütle enerjisi, dalgalar ve gel-git bulunur.

Bu enerji çeşitlerinin işlenme yöntemleri değiştiği gibi maliyeti, verimliliği ve çevreye etkileri de değişiklik gösterir. Güneş ve rüzgâr enerjisi santralleri, atmosfere zararlı gaz emisyonunun önüne geçer. Ayrıca bu santraller, enerji üretimi sırasında herhangi bir atığa neden olmaz. Çevresel etkileri oldukça azdır.

Ancak biyokütle ve jeotermal enerji kaynaklarının yapısında bazı kimyasallar bulunur. Jeotermal enerjinin işlenmesi sırasında hidrojen sülfür ve karbondioksit gazları atmosfere karışabilir. Biyokütle enerjisi sera gazı emisyonuna sebep olabilir.

Jeotermal enerjiden sağlanan gücün maliyeti, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha düşüktür. Bunun tek istisnası hidroelektrik santralleridir. Güneş enerjisinin üretim verimi düşüktür. Rüzgâr enerjisinin verimi değişkenlik gösterse de jeotermal enerjiye kıyasla düşüktür.

Hidroelektrik santrallerin enerji üretim kapasitesi ise yağışlara bağlıdır. Jeotermal enerji santralleri, özellikle yerleşim yerlerine yakın kurulduğunda diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına göre avantajlı olabilir.

Jeotermal Enerjinin Tarihçesi

Jeotermal enerjinin kullanımı önceleri yalnızca ısınma ve yemek pişirme olsa da bor üretimi için bu kaynaktan yararlanılmak istenmiştir. Bu amaçla 1833 yılında ilk saha çalışmaları başlamıştır.

1904 yılında kurulan ilk jeotermal santral, buhar baskın sistemden beslenen bir atmosferik buhar türbininde sahipti. Buhardan ilk elektrik üretimi de bu sırada gerçekleşiyordu. Ardından benzer süreçler İtalya Larderello’da devam etmiştir.

1958 yılında Wairakei’de ise su baskın sistemler için flaş sisteme dayalı ilk çalışmalar gerçekleştirilmiştir. 1960’lı yıllarda, yüksek sıcaklığa sahip olan kaynaklar için tek flaş sistemlere iki flaşlı sistemler eklenmiştir.

1980’li yıllara gelindiğinde öncelikle prototip olarak kurulan binary jeotermal santraller kurulmuştur. Bunlar 2000’li yılların başlarında yaygın olarak kullanılmıştır.

Türkiye’de ise jeotermal enerji faaliyetleri Maden Tetkik Arama Genel Müdürlüğü tarafından 1962 yılında başlatıldı. 1963 yılında ilk sondaj çalışmaları başladı ve 1968 yılında Kızıldere jeotermal sahası bulundu.

MTA tarafından 2018 yılına kadar sıcaklıkları 35 – 40 °C arasında değişen 227 termal kaynak belirlenmiştir.

Jeotermal enerji hakkında merak ettiklerinizi yorumlarda bizimle paylaşabilirsiniz.