Derinlerdeki enerji: Geliştirilmiş jeotermal sistemler

Jeotermal enerji temiz, sürdürülebilir bir enerji ve ısı kaynağı olmasına rağmen kısıtlı konum imkanları sebebiyle Dünya enerjisinin %1’inden daha azını karşılamaktadır. Bunun sebebi uygun ısı, su ve geçirgen kaya kombinasyon potansiyeline az sahip olmasıdır. Fakat 70’lerde hayatımıza girmeye başlayan geliştirilmiş jeotermal sistemler (enhanced geothermal systems), bu konum kısıtlamasından kurtarıp daha geniş alanlarda jeotermal işlemler yapma olanağı tanıyor.

Geliştirilmiş jeotermal sistemler (GJS)

Geleneksel jeotermal sistemler, yer altındaki sıcak su veya buharın doğal olarak yeryüzüne erişebildiği alanlarda çalışır.¹ Ancak geliştirilmiş jeotermal sistemler, yer kabuğunun derinlerinde bulunan su veya geçirgenlik içermeyen sıcak kayaç oluşumlarından enerji üretmeyi sağlayan bir yenilenebilir enerji teknolojisidir.² Bu sistemler sert tabakanın geçirgenliğini uyararak ve kaya boyunca sıvı akışını artırarak termal enerjinin dolaşımdaki sıvı tarafından süpürülmesine izin verir. Bu sayede geleneksel sistemler için elverişli olmayan bölgelerde de jeotermal sistemler kurulmasına olanak tanır. 

GJS türleri

GJS’de akışkanın hareketi genel olarak granitik kayaçların içinde gerçekleşir. Fakat granitik kayaçların geçirgenliği düşük olduğundan dolayı gerekli akışkan akışı, faylar veya kırık sistemler aracılığıyla granitik temele bağlandığında gerçekleşir. GJS iki genel kategoriye ayrılabilir. Bunlar iletken sistemler (az sayıda doğal kırığa sahip) ve konvektif sistemlerdir (hatırı sayılır miktarda doğal kırığa sahip).

1. İletken sistemler

GJS için ilk ortam doğal geçirgenliği düşük, yani içerisinde suyun dolaşamadığı kayaçlardır. Bu bölgelerde bir enerji üretiminin sağlanması için uyarma (stimulation) işlemi yapılması gerekir. Gerekli olan sıvı akışı ve ısı transferinin sağlanması için önce yatay veya oldukça eğimli sondajlar kullanılarak dikey kırıklar oluşturulur. Bu yapay kırıklar iki kuyu arasında suyun geçebileceği bir bağlantı yolu oluşturur. Her şey tamamlandığında soğuk su yeryüzünden kuyuya pompalanır. Su yapay çatlaklardan geçerken sıcak granit kayaçlara temas ederek ısınır.² Ardından ısınmış su tekrardan yeryüzüne çıkarılır. Isınmış su yeryüzüne çıktığında gerekli santraller aracılığıyla kullanılacağı alanlara dağıtılır.

2. Konvektif sistem

Konvektif ağırlıklı GJS’ler doğal çatlaklı kayaçlarda bulunur. Bu çatlaklar kapanmış veya zayıf bağlantılara sahip olduğundan dolayı akışı kolaylaştırmak amacıyla uyarma işlemi gerekir.² Fakat iletken sistemden farklı olarak su uyarma işlemine ihtiyaç duymadan da hareket edebilir, uyarma işlemi enerji üretiminin verimini artırır. Bu sistemler tersiyer grabenler, aktif volkanik alanlar (Oregon, Newberry), variskiyen granitleri (Almanya-Fransa sınırı, Alsas) gibi yerlerde bulunabilir. Aynı zamanda dört adet konvektif ağırlıklı GJS sahası Yukarı Ren Grabeni’nde aktif olarak elektrik ve ısı üretmektedir.

Sondaj performansı ve maliyeti

Sondaj işlemi, jeotermal sistemler için her zaman çok kritik bir rol oynamaktadır. Bunun sebebi sondaj işleminin kurulacak olan sistemin maliyetinin neredeyse yarısını oluşturmasıdır. Sondaj işlemindeki en büyük sorunlar, derine inildikçe zeminin sertleşmesi ve aynı şekilde derine inildikçe sıcaklığın artmasından dolayı sondaj makinalarının çok büyük zararlar görmesidir. Bundan dolayı sondaj teknolojilerinin GJS’nin gelişmesi için çok önemlidir. Günümüzde en gelişmiş ve verimli sondaj teknolojileri şeyl endüstrilerinde bulunmaktadır. Şeyl endüstrisinde üretilen çok kademeli uyarma ve polikristalin elmas kompakt uçlar gibi birçok GJS endüstrisinin gelişmesine katkı sağlamaktadır. Bu yeni teknolojiler sondaj sürelerini yarı yarıya, maliyetleri ise %35 civarlarına kadar düşürdü.² Yani sondaj teknolojisi ne kadar gelişirse jeotermal sistemler de bir o kadar gelişir.

GJS’nin oluşturabileceği deprem riski

GJS’ler hem sondajları sırasında hem de çalıştıkları zamanlarda depremlere sebep olabilir. Bunun sebebi, sistem çalıştığı sırada yer altına sıvı pompalanırken ya da yer altından sıvı çekilirken fay dengelerinin bozulabilmesidir. Faylarda oluşan bu dengesizlik basınç artışıyla beraber kırılmalara sebep olur.² Lakin bu oluşan depremler küçük ölçekli olduğu için endişe etmeye gerek yok. Depremler küçük ölçekli olsa da deprem riski gözardı edilmemekte ve hem sondaj hem de çalışma anında önlemler alınmaktadır.

Enerji üretimi

GJS günümüzde hem elektrik hem de ısı sağlama için kullanılabilmektedir. Bir çok enerji kaynağına kıyasla kesintisiz bir enerji üretimi sağlamaktadır. Yeraltından elde edilen ısı, buhar türbinleri ile elektrik enerjisine yaklaşık %12 oranında bir verimle dönüştürülür.² GJS’ler elektrik üretimi açısından Dünya’da oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Almanya’da 4,8 MW kapasitelerine çıkmış santraller bulunmaktadır. Amerika’da 3,5 MW olası çıkışlar raporlanmış ve Çin’de ise 2018 yılında 4-4,7 MW elektrik üretme potansiyeli olan sistemler geliştirilmeye başlanmıştır.

GJS’ler, geleneksel sistemlerin birçok açığını ortadan kaldırıyor. Daha derinlerden daha çok enerji çıkarmamızı sağlıyor. İlerleyen zamanlarda bu teknolojiden daha çok yararlanmak için sondaj teknolojilerinin gelişmesi gerekiyor. Günümüzde çok büyük yer kaplamasalar da GJS’ler çok büyük bir gelecek vaad ediyor.

Kaynaklar

1. Andrea Paulillo, Alberto Striolo, Paola Lettieri, Chapter 8 – Life cycle assessment of geothermal power technologies, Environmental Assessment of Renewable Energy Conversion Technologies, Elsevier, 2022, Pages 181-210, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817111-0.00002-4
2. Horne, R., Genter, A., McClure, M. et al. Enhanced geothermal systems for clean firm energy generation. Nat. Rev. Clean Technol. 1, 148–160 (2025). https://doi.org/10.1038/s44359-024-00019-9