jeotermal sistemler

TERMAL (TERMİK) GRADYAN
KAVRAMI
YER İÇİNİN SICAKLIĞI NASIL ÖLÇÜLEBİLİR?
GRADYAN SONDAJLARI İLE ÖLÇÜLEBİLİNİR.
Yeraltı sıcaklığının ölçülmesi ve gradyan artışının belirlenmesi jeotermal enerji
aramalarının sağlıklı ve güvenilir yöntemlerindendir. Yeraltı sıcaklığı derinlik ile
orantılı olarak artmaktadır. Jeotermal (jeotermik) gradyan; sıcaklığın 1°C
artması için gerekli derinliktir. Dünyada ortalama gradyan artışı 30 C°/km. dir.
Bu gradyan artışı dünyanın her yerinde düzenli değildir., Örneğin, Bahama
Andras adalarında 5 C°/km, Endonezya’da 90 C°/kmdir. Kayaçların ısı
iletkenliği, bölgesel ısı akısı dağılımı, aktif tektonik yapı ve yeraltı su dolaşımı
jeotermal gradyan değerini etkileyen faktörlerdir.
Kayaçların ısı iletkenliği, mineraloji bileşimine, gözenekliliğine, geçirgenliliğine,
suya ve gaza doygunluğuna bağlıdır. Şeyllerin ısı iletkenliği 2, kireçtaşlarının
3.1, kuvarsın ise 15 milical/ sn C° dır (Ünalan, 1977).
Isı akısı: Bir cm2 alandan bir saniyede geçen ısı miktarının kalori cinsinden
değeridir. Yer içinin ısı akısı doğrudan ölçülemez. Ancak jeotermik gradyan
yardımıyla hesaplanabilir.
Fourier ısı iletim eşitliği:
Q = -k .A (dT/dz)
Q: ısı akısı (HFU)
k: Kayaçların ısı iletkenliği (milical/cm sn. C°)
A: Birim alan (cm2)
dT/dz: Jeolermal gradyan (C°/cm)
Özellikle Jeotermal akışkan ve petrol aramalarında yararlanmak amacı ile yeraltı
sıcaklık dağılımları saptanmaya çalışılır. Gradyan sıcaklıkları kuyulardan
ölçülerek bölgesel ölçekte 1, 100, 200, … ,5000 metreye kadar yeraltının eş
sıcaklık dağılım haritaları yapılır. Bu sıcaklıklar ve Fourier ısı iletim eşitliği
kullanılarak da ısı akısı haritaları oluşturulur.
(http://www.mta.gov.tr/v2.0/default.php?id=jeofizik_haritalari)
Örnek yayınlar:
İlkışık-gradyan.pdf
İlkışık-gradyan2.pdf
JEOTERMAL SİSTEMLER
İnce yada kırıklı kabuk bölgeleri mağmanın lavlar şeklinde
yeryüzüne çıkmasına izin verir. Bazen mağma yeryüzüne
çıkmaz, ancak geniş yeraltı alanlarını ısıtır. Faylardan ve
kırıklardan yeraltına süzülen yağmur suları da yeraltında bu
etkiyle ısınarak yeryüzüne buhar yada sıcak su olarak geri
döner. Bu oluşuma genel olarak “jeotermal sistem” denir.
JEOTERMAL ENERJİ
Yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde bulunan birikmiş ısının
oluşturduğu sıcaklıkları, devamlı olarak bölgesel atmosferik
ortalama sıcaklığının üzerinde olan ve çevresindeki normal
yeraltı ve yerüstü sularına göre daha fazla erimiş mineral,
gaz ve çeşitli tuzlar içerebilen, basınç altındaki sıcak su ve
buhar olarak tanımlanır. Ayrıca herhangi bir akışkan
içermediği
halde,
bazı
teknik
yöntemlerle
ısısından
yararlanılan sıcak kuru kaynaklar (hot dry rocks)
jeotermal enerji kaynağı olarak nitelendirilmektedir.
da
Sıcak su ya da buhar yeryüzüne; gaz ve buhar
çıkışı, sıcak su kaynağı veya çamur gözleri gibi
çeşitli şekillerde ulaşır.
Fumarol: Buhar ve volkanik gazların yeryüzüne çıkış yaptığı
hava delikleridir.
JEOTERMAL SİSTEMLERİ OLUŞTURAN PARAMETRELER
- Isı kaynağı
- Isıyı taşıyan akışkan (çalışan akışkan, meteorik su)
- Rezervuar zon (poroziteli, permeabiliteli)
- Örtü kaya
1. Isı Kaynağı
Kabuk üzerinde yüzeye yakın tektonik kırıkların ulaşabildiği ısı
anomali zonları jeotermal sistemler için ısı kaynağını
oluşturmaktadır.
2. Isıyı Taşıyan Akışkan
Meteorik kökenli yağmur sularıda yeryüzüne düştükten sonra
çatlaklı zonlardan süzülerek derinlerdeki ısı anomalisi etkisi
ile ısınmış kayaçlardaki ısıyı süpürerek yüzeye, ekonomik
anlamda sığ derinliklere taşıyarak sistemin çalışan akışkanını
oluşturur.
Çok nadir anlamda ise derin okyanus çökellerinde bazı
kapanlanmış sular ve metamorfizma sonucu kayaçtaki
mineral bileşiminde bulunan suyun atılması ile ortaya çıkan
sularda, derinlerdeki ısıyı taşıyıcı olabilmektedir, ancak bunlar
meteorik sularla karşılaştırıldığında önemsiz derecede azdır.
3. Rezervuar Kaya Ve/Veya Zon
Yukarılara doğru taşınan ısınmış akışkan, kabuk içerisinde
ekonomik anlamda sığ derinlikte, poroziteli ve
permeabiliteli litolojik birimler ve/veya zonlar içinde belirli
bir süre depolanabilirler. Rezervuarı besleyen derinden
gelen bu akışkanın, beslenme alanı ile uzun mesafelerde
bağlantılı olması gerekir ki sürekli olarak beslenebilsin.
4. Örtü Kaya
Rezervuar zonda depolanan bu akışkanın ve ısının,
enerjisini kaybetmeden korunmalı olarak kalabilmesi için
bu zon ve/veya birimler üzerinde ısı ve akışkan kaybını
önleyecek geçirimsiz birimler olmalıdır, bu birimlere ise
örtü kaya denir.
Sıcaklık İçeriğine göre Jeotermal Sistemler:
1. Düşük Entalpili Sahalar (20-70 °C sıcaklık)
2. Orta Entalpili Sahalar (70-150 °C sıcaklık)
3. Yüksek Entalpili Sahalar (150 °C den yüksek)
Jeotermal Sistemin Fiziksel Durumuna Göre
Rezervuarlar:


Sıvının etken olduğu jeotermal rezervuarlar:
Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma
sıcaklığından daha düşüktür.
İki fazlı jeotermal rezervuarlar:
Rezervuarda su ve su buharı birlikte
bulunmaktadır.

Buharın etken olduğu jeotermal rezervuarlar:
Rezervuardaki suyun sıcaklığı buharlaşma
sıcaklığından daha yüksektir.
Doğal Duruma ve Jeolojik Konuma Göre Jeotermal Sistemler





Volkanik Sistemler: Volkanik etkinlikle ilişkili sistemlerdir. Isı kaynağı
mağmadır. Volkanik sistemde geçirgen çatlaklar vefay zonları suyun
akışını kontrol eder.
Taşınım Sistemleri: Düşey çatlak ve faylarla yüksek ısı akışının olduğu
tektonik olarak aktif bölgelerdir. Isı kaynağı sıcak kabuktur. Su düşey
çatlak ve faylarla 1 km den daha derinlere inip ısınıp tekrar yükselerek
taşınım sistemlerini oluşturmaktadır.
Sedimanter Sistemler: Bir kilometreden daha derin yerlerde geçirgen
tortul tabakalarda oluşan, ısı taşınımından çok iletimin etken olduğu
sistemlerdir.
Yüksek Basınçlı Sistemler: Yüksek basınçlı petrol rezervuarlarına benzer
olarak basıncın normal basınçtan yüksek tabakalardan oluşan
sistemlerdir.
Sıcak Kuru Kayaç Sistemleri: Volkanizma veya anormal yüksek ısı akışı
sonucu oluşmuş, geçirimsiz özellikte sistemledir. Akışkan içermediği ve
geçirimsiz olduğundan normal jeotermal sistemler gibi işletilemezler.
Yağmur, kar, deniz ve magmatik suların yeraltındaki gözenekli ve
çatlaklı kayaç kütlelerini besleyerek oluşturdukları jeotermal
rezervuarlar, yeraltı ve reenjeksiyon koşulları devam ettiği müddetçe
yenilenebilir ve sürdürülebilir özelliklerini korurlar. Kısa süreli atmosferik
koşullardan
etkilenmezler.
Ancak, jeotermal rezervuarlardan yapılan sondajlı üretimlerde jeotermal
akışkanın çevreye atılmaması ve rezervuarı beslemesi bakımından, işlevi
tamamlandıktan sonra tekrar yeraltına gönderilmesi (reenjeksiyon)
zorunludur. Reenjeksiyon birçok ülkede yasalarla zorunlu hale
getirilmiştir.