Hidrotermal sistem

Isı kaynağı, rezervuar, beslenme alanı ve bağlantı yolları, soğuk yüzeysel suyun sızdığı rezervuar ve pek çok durumda yüzeye kaçışlar hidrotermal sistemi oluşturmaktadır. Jeotermal sistemin tipi, ekonomik jeotermal enerji gelişmelerini desteklemektedir. Kabukta magmatik sokulumların yeterince yüksek olduğu ve yeraltı suyunun termal iletken sirkülâsyonunun olduğu yerlerde, elektrik üretimi bu duruma örnek olarak verilebilir. Bunlar, volkanik aktivite ile ilişkili olabilir ya da olmayabilir. Hidrotermal sistemlerden ısı çıkışı zaman içinde değişir. Bunlar zonların yapısal zayıflığının bulunduğu tekrarlayan mağmatizmanın beklendiği yerlerde bulunur. Dünyada 4 tip jeotermal sistem bulunmaktadır. Bunlar;

• hidrotermal sistem, • sıcak kuru kayalar, • jeobasınçlı sistemler • mağmatik sistemlerdir.

Günümüzde, jeotermal sistem türlerinden sadece hidrotermal sistemlerden yararlanılmaktadır. Diğer sistemlerden günümüz teknolojileri ile yararlanma henüz ekonomik değildir. Hidrotermal sistem, su baskın alanlar ve buhar baskın alanlar olarak ikiye ayrılır.

2.6.2.1 Su Baskın Alanlar

Sıcak su alanları ve ıslak buhar alanları olmak üzere iki tipi vardır Sıcak su alanlarında, yüzeyden 100ºC’ye kadar sıcak su üretimi yapılabilir. Rezervuarda sıvı fazı su olan, düşük sıcaklıklı jeotermal alanlardır. Rezervuar üstünde geçirimsiz örtü kayalar bulunmayabilir, bununla beraber bu termal akiferlerden bazıları basınç altındaki sıcak su katmanlarından oluşur. Rezervuarda sıcaklık herhangi bir basınçta kaynama noktasının altındadır, zira ısı kaynağı yeterince büyük değildir. Bu alanların bazılarında su kaynama noktasına yakın bulunabilir. Sıcak su alanları eğer, rezervuar yüzeyin 2 km altında, suyun tuz içeriği 60 g/kg'dan düşük ve maksimum debi 150 l/saat’in üzerinde ise ekonomik olabilir. Bu duruma uygun en iyi örnekler; Macaristan’daki Pannonian havzası,

Fransa’daki Paris Aquitanian havzaları, Rusya’daki jeotermal alanların çoğu, İtalya’daki Po Nehri vadisi ve Amerika’daki Oregon Klamath Çağlayanı’dır (Barbier, 2002).

Islak buhar alanlar; basınçlı su içeren, sıcaklığı 100ºC’yi geçen, az miktarlarda buhar içeriği olan yüzeysel ve düşük basınçlı rezervuarlardır. Rezervuardaki baskın faz birincil olarak sıvıdır ve bu faz rezervuar içindeki basınçla kontrol edilir. Buhar, akışkan su tarafından çevrilmiş kabarcıklar şeklindedir. Homojen bir dağılım sunmaz ve akışkan basıncının etkisine bağlı değildir. Genellikle, sıvının yüzeye kaçmasını önleyen geçirimsiz örtü kayalar vardır. Bu durum geneldir ama koşul değildir. Gerçekte su tablası altında herhangi bir derinlikte kendi hidrostatik basıncı altındadır. Sıvı yüzeye gelirken, büyük parça kalıntılı kaynamalar gösterir. Düşük basıncın sonucu, suyun parçalı buharlaşması ile su baskın fazlı, su-buhar karışımlıdır. Su-buhar karışım oranı, alandan alana ve aynı alanda yeni açılan kuyudan kuyuya dahi değişim göstermektedir. Elektrik üretiminde çoğunlukla, sadece buhar kullanılır bu durumda akışkan su ayırıcılar ile uzaklaştırılmalıdır.

Islak buhar alanların yüzeysel belirtileri kaynayan kaynaklar ve gayzerlerdir. Isı kaynağı büyük ve mağmatik kökenlidir. Üretilen su, çoğunlukla yüksek miktarda 1–100 g/kg, bazı alanlarda ise 350 g/kg’ın üzerinde kimyasal içermektedir. Bu kimyasallar, kuyular ve bitkilerde çeşitli problemlere yol açar. Kimyasalların ana bileşenleri; silis, flüoritler, boratlar, sülfatlar, bikarbonatlar ve klorürlerdir. Hidrotermal rezervuarların %90’nından fazlasında endüstriyel yararlanma, ıslak buhar tiptir.Elektrik üretimi en uygun yararlanma şeklidir. Islak buhar alanlarının en önemli ekonomik yönü, buhar ve suyun çok yüksek miktarlarda (Meksika Prieto Cerro, 6600 ton/saat) kullanıma izin vermesidir. Bu durumlara bağlı olarak suyun yüksek kimyasal içeriği reenjeksiyonu zorunlu kılmaktadır. Kızıldere (Türkiye), Milos (Yunanistan), Latera (İtalya), Azores (Portekiz), Krafla (İzlanda), Kakkonda, Hatchobaru ve Mori (Japanya), Pauzhetskaya ve Mutnovsky (Rusya), Mak-Ban, Tiwi, Tongonan, Palinpinon ve Bac Man (Pilipinler), Cerro Prieto, Los Azufres ve Los Humeros (Meksika), Wairakei, Ohaaki ve Kaw-erau (Yeni Zelanda), Soda Lake, Steamboat ve Brady Hot Springs (Nevada), Cove Fort (Utah) Salton Sea, Coso ve Casa Diablo

28

(Kaliforniya) ıslak buhar jeotermal alanlardan elektrik üretilen sahalara örnek olarak verilebilir (Barbier, 2002).

2.6.2.2 Buhar Baskın Alanlar

Buhar baskın alanlar, atmosferik basıncın biraz üzerinde veya kuru doygun üretimli rezervuarlardır. Jeolojik olarak ıslak buhar alanlara benzer. Ancak, ısı transferi çok daha yüksektir. Araştırmalara göre, iletim değerleri ıslak buhar alanlara göre daha düşük ve örtü kaya bulunması önemli ve temel ögedir. Su ve buhar birarada bulunur ancak, rezervuar içindeki basınç düzeninde (rezervuar boyunca basınç büyük değişiklik göstermez) buhar devamlı baskın fazdadır. Bu alanlar kuru veya süper sıcak alanlar olarak isimlendirilir. Üretilen buhar genellikle süper ısınmıştır ve içeriğinde, gazın ana bileşeni olan CO2 ve H2S’in dışında az miktarlarda diğer gazlar bulunur.

Bu alanlardaki üretim kontrolü mekanizmalarının oluşumuna ilişkin kabul şöyledir; alanda bir kuyu açarak üretime başlandığında kuyu dibinde düşük basınçlı bir zon şekillenir. Bu düşük basınç, çevre kayalar içindeki akışkan suyun kaynamasını ve buharlaşmasını sağlar. Bir kuru alanda, örneğin susuz bir zon içine buhar akımıyla kuyu dibi yakınında bir şekillenme olur. Kuru alandan buhara geçiş serinleme ve genişlemeyi başlatır. Ancak, çevre kayalardan eklenen ısı ile bu noktadaki basınç değeri buharlaşma sıcaklığı üzerinde kalır. Sonuç olarak, kuyu basıncı 5-10 bar iken çıkan buharın sıcaklığı 200ºC’den yüksektir. Yüzeysel jeotermal aktivite ile ilgili buhar baskın alanlar, (kuru veya süper ısınmış) ıslak buhar alanları ile etkinlikleri açısından benzerdir. Dünyadaki jeotermal elektrik üretiminin yarısı 6 adet buhar baskın alandan sağlanmaktadır. Bunlar; Larderello (İtalya), Mt. Amiata, (İtalya), The Geysers (Kaliforniya), Matsukawa (Japanya) ve Kamojang ile Darajat (Endonezya)’dır (Barbier, 2002). Yaklaşık 100 hidrotermal sistemde yapılan ve halen devam eden incelemelerde bu alanların; %10’dan azının buhar baskın alanlar, %60’ının ıslak buharlı alanlar (su baskın) ve %30’unun ise sıcak su üretimli alanlar olduğu saptanmıştır (Hochstein, 1990). Kullanımda olan bazı jeotermal alanlardaki ortalama buhar kompozisyonu Tablo 2.1’de verilmektedir.

Tablo 2.1: Bazı jeotermal alanların buhar içerikleri (Barbier, 2002) Bileşenler (g/kg) Gayser Amerika Larderello İtalya Matsukawa Japonya Wairakei Y.Zelanda Cerro Prieto Meksika H2O 995.9 953.2 986.3 997.5 984.3 CO2 3.3 45.2 12.4 2.3 14.1 H2S 0.2 0.8 1.2 0.1 1.5 NH3 0.2 0.2 0.1 CH4+H2 0.2 0.3 Diğerleri 0.2 0.3 0.1 0.1

Jeotermal buhar çoğunlukla alandan alana değişen bir içerikle; CO2, H2S, HCl, HF, NH3, CH4 ve H2 gibi gazları içermektedir. Bu gazlar üretimle, zamana bağlı olarak azalır.