Jeotermal Sahalarda Üretim

Prof. Dr. Niyazi Aksoy

Dokuz Eylül Üniversitesi

Jeotermal Enerji Araştırma ve Uygulama Merkezi

Sunum Kapsamı

Türkiye’de güncel jeotermal enerji kullanımı

Üretim ve Saha Yönetimi

Kuyu planlama-tamamlama

Tesis-saha arayzünün tasarımı

Üretim yöntemleri

Korozyon

Kabuklaşma

Monitoring

Türkiye’de güncel jeotermal enerji kullanımı

Elektrik Üretimi

EPDK verileri (2014) ve Jeotermal Elektrik Üretimi

44,7

0,5 28,2

2,1

22,8 1,7

Türkiye'de Üretilen Elektriğin Kaynağı

Doğal Gaz

Jeotermal

Kömür

Rüzgar

Hidroelektrik

Sıvı Yakıtlar

Elektrik kurulu güç: 57,058 MW

Jeotermal : 405.97 MW

Jeotermal lisans toplamı yaklaşık 800 MW

Kurulu güç (Jeotermal /toplam) = % 0.5

Üretim (jeotermal /toplam) = %1.2

? Çünkü; jeotermal santrallar temel

güç santrallarıdır, sürekli

çalışmaktadırlar.

Yan ürün : CO2

Kızıldere (Denizli) sahası :

Salavatlı (Aydın) sahası:

3 tesis 120,000 t/yıl CO2 üretimi

Jeotermal Kuyu Planlama - Tamamlama

Jeotermal kuyu profilleri (tipik üretim /reenjeksiyon)

1

2

3

4

1- Kondüktör borusu 20 inç

2- Yüzey borusu 13-3/8 inç

3- Ara borusu – 9-5/8 inç

4- Rezervuae -Üretim borusu 7 inç

Tipik koruma boru çap ve çelik kaliteleri

1- 94 lb/ft, K55, J55

2- 54.5 – 72 lb/ft K55, L80

3- 36 – 40 – 43.5 – 47 lb/ft, K55, L80

4- 23 – 26 – 29 lb/ft, K55 – l80

Çimentolanabilir

Liner hanger

Liner hanger

Tipik jeotermal kuyu tasarımları /1 (İzmir Valiliği Jeotermal Enerji Yönetmeliği – Yayınlanmamış çalışma- İTÜ PDGM-İzmir MMO Ortak çalışması, 2004).

Tipik jeotermal kuyu tasarımları /2

Tipik jeotermal kuyu tasarımları /3

Tipik jeotermal kuyu tasarımları /4

Kuyubaşı tasarımı

Tesis-saha arayüzünün tasarımı

Üretim ve reenjeksiyon kuyularının (IPR) akış performans ilişkisi

Üretim kuyularının ortalama üretim entalpileri

Tesis çıkış sıcaklığının alt limiti

Kondanse olmayan gaz (NCG) miktarı

Üretilen ve basılan sularının kimyasal özellikleri

Bölgenin uzun dönem ortalama sıcaklık, nem değerleri

Kuyu, tesis yeri ve boru hatlarının geçeceği güzergahın konumları

Hakim rüzgar yönü ve maksimum rüzgar hızı

Acil durum deşarj hattı veya toplama havuzunun yeri

Enerji bağlantı noktasının yeri, bağlantı gücü

Deprem çekincesi ve zemin dayanımı

Çevresel kısıtlar (SİT alanları, gürültü, deşarj sıcaklığı, emisyon sınır değerleri)

Tesis Tasarımı

Kuyu akış performans ilişkisi, IPR, ( WHP – Q )

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

WH

P, b

ar

Üretim, t/sa

Üretim ölçme

• Savak silencer metodu

• Orifis

• Debi ölçerler ( sonic, vortex, ..)

Enjeksiyon kuyularının performansları

Üretim – reenjeksiyon kapasitesini artırma

Çatlatma

Hidrolik çatlatma: Formasyon çatlatma basıncının aşılarak çatlatma, packer , çatlatılacak formasyonun izole edilmesi, çatlatma basıncının hesaplanması, yüksek basınçlı pompalar, mixerler

Termal çatlatma : Sıcak ve kırılgan formasyonlara uzun süre soğuk su basılarak, soğuma dolaysıyla oluşacak termal gerilimlerin formasyon çatlama basıncını aşaması

Asitleme

Asitlenecek formasyonun jeokimyası

Uygun asit seçimi (HCl, HF, organik asitler) (Formasyonun kimyasal yapısı)

Korozyon inhibitörü seçimi (asit türü, sıcaklık, asit konsantrasyonu, asitleme süresi, çelik kalitesi)

Uygun konsantrasyonun seçimi ( formasyonun yapısı, sıcaklık, korozyon inhibitörü, koruma borusu çelik kalitesi,…)

Pompalama debisi seçimi ( WHP, pompa kapasiteleri)

Nitrojen ile temizleme

Perforasyon

Serpen, U. ve N., Aksoy, “Reinjection Experience in Salavatli-Sultanhisar Geothermal Field of Turkey”,

Proc. 29th NZ Geothermal Workshop, Auckland, 2007.

Üretim yöntemi seçimi

Artezyenik üretim

Pompalı üretim

Dalgıç (submersible) pompalar

Şaftlı pompalar

Jeotermal kuyu pompaları

Kuyunun kendiliğinden üretmediği veya yeterli üretmediği durumlar için bir seçenektir.

Pompa seçimi için:

Kuyunun üretkenlik indeksi, PI,

Statik basınç

Sıcaklık

NCG (Kondanse olmayan gaz oranı)

Korozyon

Pompaya yataklık edecek koruma borusu çapı

Debi

Şaftlı pompalar –Dalgıç pompalar

ŞAFTLI POMPALAR

Ucuz

Bakım ve onarımı kolay

Derinliği sınırlıdır ( en fazla 600 m, çoğunlukla 150-200 m).

Sıcaklık limitleri 150 oC civarında /uzamalar sorun yaratıyor.

DALGIÇ POMPALAR

Derinlik sınırı yok

Pahalı

Özel trafo, motor ve kablolar gerektiriyor

200 oC sıcaklığa kadar çalışabiliyorlar

Enjeksiyon pompası seçimi

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Enje

ksi

yon B

ası

ncı,

bar

Enjeksiyon Debisi, t/sa

Enjeksiyon Kuyuları Sistem Karakteristiği

Yardımcı donanımları – üretim tarafı

Seperatörler

Akümülatörler

Transfer pompaları

İnhibitör dozajpompa ve düzenekleri

Debi, basınç, sıcaklık, seviye ölçerler

Haberleşme – kontrol ekipmanları

Buhar boru hatları

Sıcak su boru hatları

Taşıyıcılar

İzolasyon malzemeleri

Kuyubaşı tesisleri - seperatör

Yardımcı donanımlar – enjeksiyon tarafı

Enjeksiyon pompaları

Basınç, sıcaklık, seviye ve debi ölçerler

Haberleşme-otomasyon

Pompa hız kontrol cihazları

Trafolar, elektrik ve haberleşme kabloları

Enjeksiyon pompası seçimi

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Enje

ksi

yon B

ası

ncı,

bar

Enjeksiyon Debisi, t/sa

Enjeksiyon Kuyuları Sistem Karakteristiği

Korozyon Suyun kimyasal yapısı ve sıcaklığı korozyonu etkiler.

Malzeme seçimi ile ve korozyon inhibitörleri ile korozyon hızı azaltılabilir.

Çandar, Ö., Aksoy,N. Yüksek tuzluluğa sahip jeotermal suların korozyon ve kabuklaşma özellikleri.

DEU BAP no.2012.KB.Fen.127; İzmir, 2014.

Örnek : 35000 ppm Cl içeren, tuzlu suyun

135oC sıcaklığa kadar, bir boru

İçinde 2 m/s hızda akarken yarattığı

korozyonun modellenmesi.

Asitleme sırasında korozyon: HCl+ 1% korozyon inhibitörü

Aksoy, N., Serpen, U. Acidizing in geothermal wells and HCl corrosion.

In: WGC 2010, Bali Indonesia, paper no: 2702; 2010

32

Kabuklaşma

Jeotermal akışkan içerisinde çözünmüş olan elementlerin sıcaklık, pH

ve konsantrasyon değişimleri nedeniyle aşırı doygun duruma geçmeleri

sonucunda, katı bileşikler oluşturarak çökelmelerine “kabuklaşma”

denir.

33

Kabuklaşmanın etkileri

Kabuklaşma, kuyu ve boruların tıkanmasına

Üretimin azalmasına

Reenjeksiyon kuyularının tıkanmasına

Eşanjörlerin kirlenmesi

ve daha az enerji transferine

neden olur.

Bu nedenle projelerin planlanması ve kaynak değerlendirme aşamalarında, finansal risk değerlendirilmesinde hep dikkate

alınması gereken bir faktördür.

34

Kabuklaşma türleri

Karbonatlı kabuklaşmalar (kalsit, aragonit, vaterit )

Silis kabuklaşmaları (kuvars, kalseduan, amorf silika)

Sülfit-Sülfat çökelleri (metal sülfitler, stibnit)

35

Karbonatlı kabuklaşma

)(3)(22)(2

)(3 )(2katısivıçözeltiçözelti

CaCOOHgCOCaHCO

36

37

Silika kabuklaşması

42),var(2 )(2 OHSiOHSiOaamorfsiliksku

38

Sülfid-Sülfür çökelmeleri

Sülfidler; yüksek TDS’e sahip korozif suların açığa çıkardığı metallerin

“metal sülfid” ler şeklinde çökelmeleridir.

Stibnit:Yüksek Antimuan “Sb” konsantrayonuna sahip suların kükürtle

bileşiminden oluşur, SbS3 çökelimleri daha çok soğuma bölgelerinde

(eşanjörlerde) gözlenir.

39

KABUKLAŞMA ve OLUŞTUĞU YERLER

40

Kabuklaşma önleyici basılması (İnhibitör dozajı)

41

42

İnhibitör dozajı nasıl yapılır ?

İnhibitör dozajı flaş noktasının 50-200 m altından yapılmalıdır.

Flaş derinliği nasıl bulunur ?

Doğrudan dinamik basınç ölçümleri ile

Kuyu içi akışı modelleyen programlarla

İnhibitör borusu set derinliği hesaplanırken

Maksimum üretim debisi

Diğer kuyuların rezervuar basıncına etkisi

Gelecekteki olası rezervuar basıncı değişimi

İnhibitör boru ağırlığı – debi ilişkisi

dikkate alınmalıdır.

43

İnhibitörler

Karbonatlı kabuklaşmaları önlemek için :

Fosfonatlar, poliakrilatlar

Silika çökelleri için

Silika dispersantları

44

İnhibitörler nasıl çalışır ?

• Çekirdek oluşumunu önleyerek • Çekirdek oluşumunu geciktirerek

Monitoring - Gözlem

Amaç: Üretim ve enjeksiyon faaliyetleri sonucunda rezervuar ve çevresinde

oluşan değişimlerin ölçülmesi, model çalışmalarına veri toplanması ve kurulan

modellerin kontrol edilmesi,

Sıcaklık değişimlerinin izlenmesi

Basınç değişimlerinin izlenmesi

Kimyasal değişimlerin izlenmesi

Saha çevresindeki tatlı sular ve tarımsal toprak kalitesinin izlenmesi

Sismik izleme

555000 555100 555200 555300 555400 555500 555600 555700 555800 5559004440400

4440500

4440600

4440700

4440800

4440900

4441000

4441100

4441200

4441300

4441400

4441500

G2

G3

G4

G5

G6

G7

G8

G9

G10

G12

G13

G14

G15

G16

555000 555100 555200 555300 555400 555500 555600 555700 555800 5559004440400

4440500

4440600

4440700

4440800

4440900

4441000

4441100

4441200

4441300

4441400

4441500

G2

G3

G4

G5

G6

G7

G8

G9

G10

G12

G13

G14

G15

G16

Sahanın orijinal sıcaklık dağılımı 2003 yılı sonundaki sıcaklık dağılımı

Gönen jeotermal sahası

Serpen, U. ve N., Aksoy, “Reinjection Experience in Gönen Field of Turkey”, Proc. 19th. Geothermal Reservoir Engineering, California, 2004.

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

-0,050

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

5 Eylül 10 18 Ocak 12 1 Haziran 13 14 Ekim 14 26 Şubat 16 10 Temmuz 17

Santral verimliliği izleme (dış hava sıcaklığı – verimlilik)

80,000

81,000

82,000

83,000

84,000

85,000

86,000

87,000

88,000

89,000

90,000

2 Eylül 13 22 Ekim 13 11 Aralık 13 30 Ocak 14 21 Mart 14 10 Mayıs 14 29 Haziran 14 18 Ağustos 14

Rezervuar basıncının izlenmesi

Sismik izleme:

Türkiye’de bir jeotermal sahada

işletme faaliyetleri

Bir yıllık süre içinde kaydedilen sismik

hareketler.

Sismik izleme

1,00

5,00

25,00

125,00

1 A

ralık

31 A

ralık

30 O

cak

1 M

art

31 M

art

30 N

isan

30 M

ayıs

29 H

azi

ran

29 T

em

muz

28 A

ğust

os

27 E

ylü

l

27 E

kim

26 K

ası

m

26 A

ralık

DOZAJ SERTLİK DEBİ

İnhibitör etkinliğinin izlenmesi

Ekonomi Üniv.

Balçova Termal Oteli DEÜ

Onur Mah

Narlıdere