Performance of a geothermal reservoir under unitized and competitive utilization conditions

Nüfus artışı ve yükselen yaşam standartları enerji talebine olan artışın yönlendirici unsuru iki olmayı sürdürmektedirler. Bu talebin karşılanmasına yönelik olarak enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesinde teknolojideki ilerlemelerin can alıcı önemi olduğu kadar, var olan kaynakların kapasitelerinin etkin geliştirilmesinde uygun yönetim stratejilerinin uyarlanması gerekli olabilir. Yenilenebilir enerji kaynağı olarak sınıflandırılan jeotermal enerji, bu arayış içinde yaşamsal bir rol oynamaktadır; çünki sistem üretim düzeylerini uzun dönemler boyunca koruyabilmektedir. Eldeki kaynağın özelik ve niteliklerine göre ortalama olarak nitelenebilecek çekiş debileri ile üretim düzeyinin korunması ve üretimin uzun ömürlü olması sağlanabilir. Bir jeotermal rezervuar doğası gereği bölünemez ve böyle bir rezervuar üzerinde farklı işletilen komşu ruhsatların kuralsız geliştirilmeleri yararlanılan kaynağın fiziksel ziyanı, ekonomik zarar, çevresel sorunlar ve etkinlikten uzak kaynak yönetimi ile sonuçlanır. Bu sorunun üstesinden gelmek için öne sürülen çözüm, birimleştirmedir. Birimleştirme, aynı rezervuar üzerinde yer alan ayrı ruhsatların işletme payı sahiplerinin kaynağı gönüllü veya gönülsüz bir antlaşma ile, paylaşımcı ve eşgüdümlü bir oluşum halinde, belirlenmiş bir işletmeci aracılığı ile kullanmaları ve işletmeleri olarak tanımlanır. Bu tez çalışmasının amacı, farklı rezervuar sıcaklıklarına sahip iki ruhsatın rekabetçi ve paylaşımcı işletim koşulları altında 20 MW güç üretebilmeleri için en uygun biçimde geliştirilmelerini tasarlamak üzere, zamana bağımlı üretim koşullarında rezervuarın davranışını ortaya koymaktır. Bu çalışma iki aşamayı kapsamaktadır. Birinci aşama, rekabetçi ve paylaşımcı yararlanma planları için zamana bağlı olarak yapılan üretimde rezervuar davranışını karşılaştırma üzerinde durmaktadır. Burada, rezervuarın basıncı ve sıcaklığı analizin kıstaslarıdır. İkinci aşama ise, proje yaşamı boyunca durağan bir elektrik üretim kapasitesi varsayımı ile, iki ruhsat tarafından paylaşılan bir rezervuarın gerektiği gibi geliştirilmesine yaklaşım tasarımı üzerinedir. Boyutsuz LP (lumped parameter) modellemesi, bir jeotermal sistemden akışkan çekilmesi ile sistemin gösterdiği basınç davranışını yansıtmak için de kullanılan çözümsel (analitik) bir tekniktir. Bu modellemede eşısıl (izotermal) olmayan tank modelinin araç olarak seçilmesiyle, rezervuar ve beslenme sıcaklıkları arasındaki belirgin farklara bağımlı dikkate değer sıcaklık değişimleri, enjeksiyon işlemleri sonucu olan değişimler ve rezervuar sıcaklığında akışkan üretiminden kaynaklanan düşüş açıklanabilmektedir. Durağan elektrik üretimi için iki ruhsatın rekabetçi ve paylaşımcı yönetim koşulları altında, üretilen akışkanın geri basılması da dikkate alınarak, akışkan üretimi ve zamana göre rezervuarın basınç ve sıcaklık davranışını araştırmak üzere, bir tank ve iki tank modellerini içeren üç hipotetik durum önerilmiş ve analiz edilmiştir. Bu durumlar (a) Durum 1: iki ruhsatlı rekabetçi yaklaşım, (b) Durum 2: birimleştirilmiş iki ruhsatlı paylaşımcı yaklaşım, (c) Durum 3: birimleştirilmiş iki ruhsatlı paylaşımcı yaklaşım (bir ruhsatta üretim ve diğer ruhsatta geri basma) olarak belirlenmiştir. Bu çalışmadaki varsayımlar, (i) her iki ruhsat için de keyfi olarak seçilmiş kayaç ve akışkan özelikleri, (ii) çift-çevrim (binary cycle) güç santrallarından durağan elektrik üretimi, (iii) rezervuar sıcaklığı farklı ve rekabetçi her bir ruhsat üzerine kurulmuş, 10 MWe elektrik üretim kapasiteli bir çift-çevrim güç santralı; veya birimleştirilmiş ruhsatlar üzerine kurulmuş 20 MWe elektrik üretim kapasiteli bir çift-çevrim güç santralı, (iv) beslenme kaynağı (akifer) ve bağlı olduğu Ruhsat 1 altındaki rezervuar kesiminin sıcaklıkları tüm durumlarda eşit ve 180°C, (v) Ruhsat 2 altında bulunan rezervuar parçasının sıcaklığı 160°C, ve (vi) proje tasarım ömrü tüm durumlar için 10,000 gün ile sınırlı olarak sıralanmaktadır. Bu tezin anlamlılığı, işletme payı sahipleri farklı iki komşu ruhsatın yararlandığı bir rezervuar için en uygun geliştirme yaklaşımının seçiminde vurgulanmıştır. Dikkate alınan tüm durumlar ortalama rezervuar basıncı, ortalama rezervuar sıcaklığı, üretilen net ısı ve güç santralının ısıl verimindeki değişimler bakımından değerlendirilmiştir. İrdelenen üç durumdan üçüncüsü olan, üretimin Ruhsat 1'den ve geri basımın Ruhsat 2'den yapıldığı birimleştirme yaklaşımı, elektrik üretimi amacıyla 20 MWe kapasiteli çift çevrim santralının beslenebilmesi için istenen işletim şekli olduğu bulunmuştur. Bu durumun en başarılı işlemesinin nedeni, en uygun kuyu planlanmasının kapsamlı ve tümleşik verilerle ve bunların iyi eşgüdümü ve bilgilerine dayalı teknik kararlarla yapılmasıdır. Sıcak akışkan bölgeleri üretim için belirlenir ve geri basım kuyularının konuşlanacağı daha serin kesimlerden gayet iyi ayrılabilir. Kuyuları uygun yerlere konuşlandırmanın amacı en verimli ve sürdürülebilir enerji üretimidir. Ruhsat 1'in altındaki rezervuar kesimi Ruhsat 2'de bulunan geri basım kuyusundan çok uzaktaki besleme kaynağına doğrudan bağlantılı olduğundan, üretilen akışkanların yerine gerekli debide olan dolum ortalama rezervuar basıncının yüksek kalmasını sağlar. Ruhsat 2 içinde geri basım kuyularının üretim kuyularından güvenli bir uzaklıkta konuşlanmasıyla, sıcak su kesiminin sıcaklığı denetim altında tutulur. Dolayısı ile, geri basılan akışkan Ruhsat 2 altındaki rezervuar kesimi boyunca kanallaşıp, sonsuz boyuttaki besleme kaynağından (akiferden) giren sıcak akışkandan yararlanan Ruhsat 1 altındaki rezervuar kesiminin sıcaklığında olası en düşük azalmayı güvence altına aldığından, net ısı üretimi çok olumlu düzeyde olur. Ayrıca Durum 3, tasarım ömrü sonuna kadar çift çevrim santralının ısıl veriminde en düşük azalmayı yaşar. Sonuç olarak söylenebilir ki, komşu ruhsat sahiplerinin sahanın, jeotermal enerjinin, jeotermal suları çevreleyen herhangi bir ısı veya enerji kaynağının ve ekosistemin birimleştirilmiş yönetim ile paydaşlar için olası en büyük yararı türetmek ve toplum çıkarlarını korumak üzere, paylaşımcı bir strateji içinde birlikte hareket etmeleri için cesaretlendirilmeli veya buna zorlanmalıdırlar.