Aydın ili jeotermal enerji santrallerinden çıkan atık ısının şehrin ısıtılmasında kullanımının araştırılması
Investigation of waste heat from geothermal power plants in Aydın province for district heating
Yazar: ÇAĞATAY KAHRİMAN
Danışman: DOÇ. DR. KAMİL ERKAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atık ısı = Waste heat ; Aydın = Aydın ; Jeotermal enerji = Geothermal energy

Özet:
Jeotermal enerji, yer ısıl enerjisi anlamına gelmektedir ve günümüzde enerji kaynağı olarak kullanımı artmaktadır. Türkiye jeotermal enerji bakımından önemli kaynaklara sahip bir ülkedir. Özellikle Ege Bölgesi'ndeki Büyük Menderes havzasında çok sayıda jeotermal enerji santrali (JES) mevcuttur. Bu santrallerin çoğu Aydın ilinde bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, Aydın ilindeki JES'lerden çıkan atık ısının konut ısıtılmasında değerlendirilmesi ve böylece şehirde ortaya çıkan CO2 emisyonundaki azalmanın hesaplanmasıdır. Aydın ilindeki JES'lerin ve bunlardan çıkan atık ısı miktarlarının yüksek olmasının yanında ısıtılması planlanan havza içindeki ilçe merkezlerinin konumları ve nüfus yoğunlukları bu çalışmanın temel motivasyonudur. Çalışma kapsamında Aydın ilinde halen faal olan JES'lerle ilgili verilerin elde edilmesinden sonra çıkan atık ısı miktarı her santral için hesaplanmıştır. Enerji dağıtımında aktarım sonucunda ortaya çıkan ısı eşanjör ve radyatör verimleri Türkiye'deki faal olan jeotermal ısıtma uygulamaları referans alınarak hesaplanmıştır. Termal enerji hesabının yapılmasının yanında ısıtılması planlanan havza içindeki ilçelerin merkez mahallelerinin yıllık ısı yükleri (ihtiyaç olan enerji); nüfus, hane halkı büyüklüğü, ısıtılacak toplam alan gibi veriler kullanılarak hesaplanmıştır. Daha sonra ısıtılması hedeflenen havza içindeki ilçe merkezlerinin toplam ısı yükleri ile jeotermal enerji santrallerinden çıkan toplam atık ısı miktarlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Bu çalışmada ilçe merkezlerine maksimum 20 kilometre uzaklıkta olan santraller hesaplamalara dahil edilmiştir. JES'lerden elde edilen ısının havza içindeki bölgelere özel borularla taşınması sırasında oluşacak ısı kayıplarının da hesaplaması yapılmıştır. Özel borularla taşınan atık ısıda toplamda % 11,12'lik ısı kaybı meydana gelmektedir. Yapılan tüm hesaplamaların sonucunda JES'lerden elde edilen atık ısı ile Büyük Menderes havzası içinde bulunan Söke, Germencik, İncirliova, Efeler, Köşk ilçelerinin % 93,79'unu; Sultanhisar, Nazilli, Kuyucak ve Buharkent ilçelerinin merkez mahallerinin ısıtma ve sıcak su ihtiyaçlarının ise tamamını karşılayabilecek miktarda olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bu yolla temin edilebilecek ısıl enerji, 10.119,92 TJ olup 578.196 kişinin ısıtma ve sıcak su ihtiyacı karşılanabilmektedir. Havza içindeki ilçe merkezleri doğalgaz ve kömür yerine jeotermal olarak ısıtıldığında Aydın ilindeki konutlardan oluşan yıllık toplam CO2 emisyonunun % 40,84 oranında azalacağı hesaplanmıştır. Bunun sonucunda Aydın ilinde ortaya çıkan yıllık toplam CO2 emisyonunun % 14 azalmış olacaktır. Bu çalışmada ayrıca, uygulanacak sistemin yatırım ve işletme maliyetlerinin hesaplamaları yapılmıştır. Bunun sonucunda, jeotermal atık ısı kullanılarak seviyelendirilmiş ısı maliyeti (LCOH) 1,69 USD/GJ olarak hesaplanmıştır. Diğer ısıtma çeşitleriyle karşılaştırıldığında (odun 15 USD/GJ ve fosil yakıtlar 8-20 USD/GJ), jeotermal atık ısı kaynaklı ısıtmanın diğer ısıtma çeşitlerine göre çok daha az maliyetli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Geothermal energy is the thermal energy of the earth, and its use as an energy source has been increasing recently. Turkey is a country with significant resources in terms of geothermal energy. There are many geothermal power plants (GPPs) in the Aegean Region, especially in the Büyük Menderes Basin. Most of these power plants are located in Aydın province. The aim of this study is to evaluate the waste heat from GPPs in Aydın in residential heating and thus to calculate the reduction in CO2 emissions in the city. The main motivation of this study is the location of GPPs in  Aydın and the high waste heat caused by them, as well as the location and population density of district centers in the basin that are planned to be heated. Within the scope of the study, after obtaining data on the GPPs currently operating in Aydın, the amount of waste heat released was calculated separately for each power plant. Heat exchanger and radiator efficiencies that cause energy dissipation are calculated with reference to active geothermal heating applications in Turkey. After the heat energy calculation was performed, the annual heat loads (required energy) of the central neighborhoods of the districts within the basin that are planned to be heated were calculated using data such as population, household size and total area to be heated. Then, the total heat loads of the district centers in the basin that are intended to be heated are compared with the total amount of waste heat from geothermal power plants. In this study, power plants that are located no more than 20 kilometers from the district centers are included in the calculations.The heat losses that will occur during the transportation of heat from the GPPs to the districts in the basin through special pipes have also been calculated as 11.12 %. As a result of all the calculations, the waste heat obtained from the GPPs can provide 93.79 % of the heating and hot water needs to the districts of Soke, Germencik, Incirliova, Efeler, Köşk in the Buyuk Menderes Basin; and all the demand is for the districts of Sultanhisar, Nazilli, Kuyucak and Buharkent. The heat energy that can be provided in this way is 10119,2 TJ and the heating and hot water needs of 578.196 people can be met. It has been calculated that by heating the district centers in the basin with geothermal instead of natural gas and coal, the total annual CO2 emissions from housing in Aydın will decrease by 40.84 % and, accordingly, the total annual CO2 emissions in Aydın will decrease by 14 %. The cost heat level of the study was calculated as USD 1.69/GJ. Thus, it was concluded that geothermal heating costs less than wood and fossil heating fuels.In in this study, calculations of the investment and operating costs of the system to be implemented have also been made. As a result, the heat cost (LCOH) leveled using geothermal waste heat was calculated as 1.69 USD/GJ. Compared with other types of  heating  (wood  costs  15  USD/GJ  and  fossil  fuels  8-20 USD/GJ), it is concluded that geothermal heating costs much  less  than  other types of heating.