Türkiye jeotermal enerji potansiyelinin araştırılması
An investigation of geothermal energy potential of Turkey
Yazar: EMİNE DİDEM KORKMAZ BAŞEL
Danışman: DOÇ. UMRAN SERPEN ; PROF. ABDURRAHMAN SATMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği = Petroleum and Natural Gas Engineering
Dizin: Jeoistatistik = Geostatistics ; Jeokimyasal özellikler = Geochemical features ; Jeotermal = Geothermal ; Jeotermal alanlar = Geothermal fields ; Jeotermal enerji = Geothermal energy ; Jeotermal gradyan = Geothermal gradient ; Jeotermal sistemler = Geothermal systems ; Jeotermometre = Geothermometer ; Monte Carlo Yöntemi = Monte Carlo Method ; Türkiye = Turkey

Özet:
Bu çalışmada, Türkiye'nin 0-10 km derinlik aralığındaki ısı içeriği, 0-3 km derinliktekiulaşılabilir hidrotermal kaynak potansiyeli, bilinen (tanımlanmış) 279 jeotermal alanınyerin(locality) kapasite envanteri ve bu sahaların kullanım (elektrik üretimi vedoğrudan) alanlarına göre potansiyelleri tahmin edilmiş, yeraltında 500 m ve 1000 mderinlikler için bölgesel ve genel sıcaklık dağılım haritaları oluşturulmuştur.Kapasite belirlenirken tanımlanmış saha verileri olarak Maden Tetkik ve Arama (MTA)jeotermal kaynakları envanter verileri, İTÜ Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Bölümü(İTÜ PDGMB) araştırma ve çalışmaları ile literatür bilgileri esas alınmıştır.Bu tez çalışması dört ana konudan oluşmaktadır:1. Türkiye'nin 0-3 km derinlik aralığı için yerkabuğunda depolanmış ısı içeriği (3.0 ±1.0) x 1023 J olarak hesaplanmıştır.2. Bilinen 279 jeotermal alanın tanımlanmış (görünür) kapasitesi 20 oC referans sıcaklığıiçin 5550 MWt ve 15 oC referans sıcaklığı için 5944 MWt olarak bulunmuştur. 279jeotermal alan içinde elektrik üretimine uygun jeotermal sahaların görünür kapasitesisıcaklığı 150 oC' den büyük olan 11 saha için 2971 MWt ve sıcaklığı 100 oC' den büyükolan 18 saha için 3518 MWt'dir.3. Bugüne kadar hacimsel yöntem kullanılarak yığınsal (birikimli) olasılık dağılımlarınınelde edildiği 122 jeotermal sahanın 15 oC referans sıcaklığı için tahmini üretilebilir ısılpotansiyel değeri (aritmetik ve olasılıklı toplam P10 değerlerinin ortalaması dikkatealındığında) en düşük 28.5 bin MWt olarak hesaplanmıştır.Değerlendirilmesi yapılan 122 jeotermal saha içinde sıcaklığı 100 oC'den yüksekelektrik üretimine uygun 25 saha mevcut olup, bu sahalardan tahmini üretilebilir toplamelektrik güç potansiyel değeri (P10 değerlerinin ortalaması dikkate alındığında) en düşük1055 MWe olarak bulunmuştur. Eğer sıcaklığı 100 oC'den yüksek olan 25 sahanın hemelektrik üretiminde ve hem de geri kalan ısının doğrudan kullanım şeklinde entegrekullanımı ve diğer tüm sahaların doğrudan kullanımı göz önüne alınırsa, P10 değerlerinekarşılık gelen elektrik üretim potansiyeli ve doğrudan kullanım potansiyeli 1055 MWe ve18 910 MWt'dir.4. Türkiye'nin bölgesel ve genel sıcaklık dağılımı haritaları farklı derinlikler içinjeoistatistiksel yöntemler kullanılarak oluşturulmuştur.Bu çalışmada değişik kaynaklardan elde edilen sonuçlar, mevcut verilere ve literatürbilgilerine dayalıdır. Her bir hesaplama için esas alınan verilere, literatür bilgisine,yöntemlere, kaynağa dayalı varsayımlara konuları içinde açıklık getirilmiştir. Gelecekte yeni bulunacak sahalar ile mevcut sahalarda elde edilecek yeni veriler ve bilimselgelişmeler bu çalışma değerlerini etkileyebilecektir.

Abstract:
All along it is said that Turkey is rich in geothermal energy but this resource is not yetevaluated enough in terms of energy production. Although it will give a modestcontribution, Turkey needs to include the geothermal resources to its energy supplyportfolio. The determination of this contribution in a scientific manner is the aim of thisstudy.All current geothermal exploration and development projects in Turkey are focused onhydrothermal. The geothermal potential and dependency on imported energy sources arestimulating geothermal energy exploration and development projects in Turkey.Geothermal exploration started in the beginning of 1960s in Turkey. Firstly in 1968, ahigh temperature geothermal field (Kızıldere), was discovered. Two mediumtemperature geothermal fields, Balçova and Seferihisar, were discovered and studied in1960 and 1970s, respectively. A second high temperature field, Germencik, and variousother medium temperature fields such as Salavatlı and Simav were identified in the1980s. Although geothermal activities have been continuing in the last 45 years inTurkey, low and medium temperature resources have not yet explored and evaluated indetails.To evaluate the potential of geothermal energy for Turkey, an assessment study has beenconducted at Istanbul Technical University. This study focuses on estimating thepotential of geothermal fields in terms of electricity generation and non-electric thermalproduction. We focused our efforts on two resource categories: (1) hydrothermalresources and (2) geothermal potential of Turkey obtained using terrestrial heat flow.Our results so far reveal that the geothermal resource potential of rocks shallower than 3km is 3±1x1023 J.There are 279 geothermal localities (including fields and occurances) known to exist inTurkey according to geothermal inventory data given by General Directorate of MineralResearch and Exploration (MTA, 1996 and 2005). In order to assess the identifiedgeothermal capacity which could be called also as reserves, a detailed data inspection isconducted. Not only the data on wells drilled, flow rate and temperature measurements,water chemistry given by MTA (1996, 2005) but also the fields studied in literature andour department were all collected, analyzed and classified. All the collected data areused to estimate the identified geothermal potential of the country in terms of capacity.Here the capacity (apparent capacity/identified capacity), the thermal power in MWt. iscalculated in terms of the flow rates and the temperature values. Current identifiedgeothermal capacity of all geothermal localities discovered in Turkey is 5944 MWt for a reference temperature of 15 oC. The installed capacity is about 100 MWe for electricitygeneration whereas the direct energy use is estimated to be 800 MWt for direct use.Probabilistic methods were employed to provide an approach that accounts for both theuncertainty in each of parameters that affect reserves of individual development andproduction.The stored heat method is well suited to being adapted to a probabilistic approach. Weused the ?Monte Carlo Simulation? technique to allow the variables to vary over adefined range, with the probability of any particular value being determined from anappropriately defined distribution.A total of 122 potential geothermal fields were evaluated using volumetric reserveestimation method employing existing geological, geochemical and geophysical data. 25geothermal fields with high temperatures (over 100 oC) are suitable for electric powergeneration,16 geothermal fields with moderate temperatures (60 oC -100 oC) are suitablefor district heating usages and the rest 81 small geothermal fields with medium to lowtemperatures (lower 60 oC) are suitable for other direct applications.Taking the results of the Monte Carlo Simulation studies for high temperaturegeothermal (hydrothermal) fields (a total of 25 individual fields) as an estimate of thelower limit of the geothermal potential, the lower limit of Turkey geothermal potentialfor electricity generation is estimated to be 1055 MWe and the corresponding value fordirect use to be 22 450 MWt, both values valid for P10 (Cumulative Probability of 0.1)for a reference temperature of 100 oC and 15 oC.According to Monte Carlo simulation results 122 fields have 28 500 MWt (cumulativeprobability; P10) thermal potential for a reference temperature of 15 oC. In case ofintegrated exploitation of the 25 high temperature fields for both electricity generationand direct use and the direct use exploitation of all other fields, the electricity generationpotential and the direct use potential corresponding to P10 values are 1055 MWe and 18910 MWt, respectively.This study describes the methodology and presents the updated results in terms ofidentified hydrothermal capacity, geothermal resource base, and EGS potential.Furthermore, the subsurface temperature distribution maps for regionallay and alsowhole country using two kind data sets were used to produce the subsurface temperaturedistribution maps at 500 m and 1000 m depth are discussed.As the study is related to the underground of the earth, it involves uncertainties and risksboth in the calculations and estimations. The main constraint is related to the limitednumber of measurements of our database. Using the geothermal resource we havereached some range of estimates of the hydrothermal resource and estimates of theextractable portion of heat. Our ongoing efforts to improve the database and methods forestimates are continuing. With addition of new, revised and updated data, better andmore accurate estimates of the geothermal capacity and potential will be possible.