Geliştirilmiş bir jeotermal sistemde ısı geri kazanımı

Karbon nötr hedeflerine ulaşmak için yeraltındaki sıcak ve sert kayalarda bulunan jeotermal enerji, fosil yakıtlar yerine kullanılabilir bir seçenektir. Geliştirilmiş bir jeotermal sistem (EGS), sıcak kayalardaki bol miktarda enerjiyi kullanmamızı sağlar. Bu yöntemin iyileştirilmesi ve risk yönetimi, farklı koşullar altında uzun süreli ısıl performansın doğru tahmin edilmesini gerektirir ve bu da genellikle sayısal modelleme yoluyla yapılır. EGS jeotermal kuyu konfigürasyonu, sıvı sirkülasyonu vb. gibi saha operasyonları için bir öngörü sağlar.

Güvenilir sayısal yöntem verileri için ısıl iletkenlik ve özgül ısı kapasitesi gibi kaya ısıl parametrelerinin doğru bir şekilde belirlenmesi gerekir. Bu parametreler, ısının geri kazanılması sırasında sıcaklığın düşmesi nedeniyle sıklıkla değişiklik gösterir¹. Bununla birlikte, mevcut sayısal modellerin çoğu bu değişimleri ihmal etme eğilimindedir. Bu kapsamda, Pekin Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, sıcaklığa bağlı kaya ısıl iletkenliği ve özgül ısı kapasitesinin bir EGS modeli üzerindeki ısıl performans etkisini araştırdı. Geliştirilmiş bir jeotermal sistem doğal veya yapay kırılma ağları² aracılığıyla bir sıvıyı sirküle edilerek jeotermal enerjiyi açığa çıkarmayı amaçlar.

Kaya oluşumlarında ısı taşınımını ısıl iletkenlik ve özgül ısı kapasitesi parametreleri belirler. Artan ısıl iletkenlik, belirli bir sıcaklık gradyanıyla daha hızlı ısı transferine yol açar ve büyük özgül ısı kapasitesi genellikle daha fazla jeotermal enerji çıkarılabileceği anlamına gelir. Bir EGS modelinin gelecek vadetmesi için verimli ısı geri kazanımı için yalnızca yüksek kaya sıcaklığına değil aynı zamanda büyük bir ısıl iletkenliğe ve özgül ısı kapasitesine de ihtiyaç duyar³.

Bu çalışmanın yürütücüsü Hui Wu, “Farklı kaya türleri üzerinde yapılan önceki deneysel çalışmalar, bir EGS’de sıcaklıklar düşürüldüğünde, kayanın ısıl özelliklerinin önemli ölçüde değiştiğini göstermektedir” dedi. “Amacımız bu değişikliklerin EGS’nin uzun vadeli ısıl performansını nasıl etkilediğini bulmak. Sonuçların gelecekteki sayısal çalışmalara rehberlik etmek için kullanılabileceğine inanıyoruz⁴.”

Araştırma ekibi, bir yandan sıcaklık düşüşünün neden olduğu ısıl iletkenlik seviyesindeki artışın kaya oluşumlarından çatlak sıvısında ısıl iletimi hızlandırdığını ve bunun da ısıl performansı artırdığını göstermiştir. Diğer yandan, sıcaklığın düşmesi ısıl performansı olumsuz yönde etkiler, ancak bu etki ısıl iletkenlikteki artıştan daha küçüktür.

Rock Mechanics Bulletin’de yayınladıkları çalışmalarında Yu, “Dikkat edilmesi gereken bir diğer ilginç nokta da, ısıl iletkenlik ve özgül ısı kapasitesinin EGS ısıl performansı üzerinde farklı etkilere sahip olmasına rağmen, bunların kombinasyon etkisinin minimum düzeyde olmasıdır. Esas olarak, ısıl performans kaya ısıl iletkenliği ve özgül ısı kapasitesinin çarpımıyla belirlenir. Görünüşe göre, oda sıcaklığında ölçülen kaya ısıl iletkenliğini ve özgül ısı kapasitesini sabit tutmak, EGS modelinin ısıl performansını doğru bir şekilde belirleyebiliyor.” dedi⁴.

Büşra Elif Turan

Kaynaklar

1. Tiskatine, R., Bougdour, N., Idoum, A., Bazgaou, A., Oaddi, R., Ihlal, A., & Aharoune, A. (2023). Experimental investigation on rock thermal properties under the influence of temperature. Thermochimica Acta, 720, 179424.
2. Zhou, D., Tatomir, A., Niemi, A., Tsang, C. F., & Sauter, M. (2022). Study on the influence of randomly distributed fracture aperture in a fracture network on heat production from an enhanced geothermal system (EGS). Energy, 250, 123781.
3. Hui Wu et al, Effect of temperature-dependent rock thermal conductivity and specific heat capacity on heat recovery in an enhanced geothermal system, Rock Mechanics Bulletin (2023).
4. https://phys.org/news/2023-05-impact-thermal-drawdown-induced-properties-recovery.html