Afyonkarahisar ili için jeotermal temelli enerji sistemi modellemeleri ve termodinamik analizi

Günümüzde dünya nüfusunun artmasıyla birlikte enerji ihtiyacı da buna bağlı olarak gün geçtikçe artmaktadır. Fosil yakıtların yenilenememesi, maliyet, olumsuz çevresel ve atmosferik etkiler nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Hidroelektrik, rüzgâr, güneş, jeotermal, dalga ve biyokütle kaynakları yenilenebilir enerji kaynaklarına örnek olarak gösterilebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından jeotermal enerji sürekli bir enerji kaynağı olması yanı sıra; ucuz, temiz, çevre dostu olması ve sıfıra yakın emisyon sunması ile en önemli enerji kaynaklarından birisidir. Jeotermal enerji, bu özelliklerinin yanında farklı kullanım alanlarına uygulanabilir olması ile alternatif olarak ön plana çıkmaktadır. Jeotermal enerji elektrik üretimi, ısıtma ve soğutma, seracılıkta, kimyasal madde ve mineral üretimi gibi birçok alanda tercih edilmektedir. Ülkemiz Alp-Himalaya tektonik kuşağı üzerinde bulunması sebebiyle zengin jeotermal kaynaklara sahip ülkelerden birisidir. Afyonkarahisar ili jeotermal enerji bakımından zengin bir yapıya sahip olup Türkiye'nin ikinci büyük jeotermal sahasıdır. İl sınırları içerisinde "Ömer-Gecek", "Gazlıgöl", "Hüdai" ve "Heybeli" olmak üzere toplam dört jeotermal saha bulunmaktadır. Afyonkarahisar iline ait jeotermal alanlar düşük sıcaklık değerine sahip jeotermal alanlar arasında geçmektedir. Orta ve düşük sıcaklık değerindeki jeotermal enerji kaynakları (150°C'nin altında), konut ve sanayi sektöründe doğrudan ısı enerjisi olarak kullanılabilmektedir. Afyonkarahisar ilinde bulunan Ömer-Gecek sahası jeotermal kaynağının aktif kullanımları incelenmiş olup alternatif üretim seçenekleri önerilmektedir. Ömer-Gecek sahasında 11 adet aktif kuyu bulunmakta olup bu kuyulardan çıkan jeotermal suyun sıcaklıkları 80-120 °C arasındadır. Bu sahada elektrik üretimi Organik Rankine Çevrimi ile yapılmakta olup, kurulu güç 2,76 MWe eşdeğerindedir. Jeotermal enerjinin üretimi hidrodinamik ve hidrotermal mekanizmaları harekete geçirerek akışkan hareketi ve ısı yayılımı oluşturmaktadır. Bu mekanizmaların matematiksel olarak diferansiyel denklemlerle ifade edilmesi ve jeotermal rezervuarın kavramsal modeline dayalı olarak belirlenen parametreler ve uygun sınır koşullarının uygulanması ile jeotermal rezervuarın modellemesi yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasında Ömer-Gecek jeotermal sahasının detaylı bir şeması çizilerek her bir akış için kütle, enerji, entropi ve ekserji denge denklemleri Engineering Equation Solver (EES) program yardım ile çözülmüştür. Ek olarak bu jeotermal sahanın kojenerasyon, trijenerasyon ve multijenerasyon yöntemleri ile çalışmasına dair detaylı şemalar çizilerek kütle, enerji, entropi ve ekserji analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler kullanılarak bu yöntemlerin mevcut sistem ile karşılaştırması yapılmıştır. Çalışma sonucunda önerilen multijenerasyon, trijenerasyon ve cojenerasyon sistemlerin verimlerinin yüksek olduğu ve Afyonkarahisar jeotermal kaynaklarının kullanılarak farklı çıktılar alınabileceği görülmüştür.