Tükenmiş doğal gaz rezervuarlarının hidrojen depolama için kullanılmasının sayısal modelleme yoluyla incelenmesi: Tekirdağ sahası örneği
Underground hydrogen storage in a depleted gas field for seasonal storage: A numerical case study of the Tekirdağ gas field
Yazar: EMRAH SARI
Danışman: DOÇ. DR. ERDEM ÇİFTÇİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Son zamanlarda enerji sektöründe hidrojene olan ilginin artması, kapsamlı hidrojen depolama sistemlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Doğal gazın uzun süre güvenli bir şekilde depolanması için kullanılan tükenmiş doğal gaz rezervuarları, hidrojen depolama için de uygun bir seçenek olarak kabul edilmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin Trakya bölgesinde yer alan nispeten sığ derinlikli ve düşük basınçlı bir doğal gaz sahası olan Tekirdağ doğal gaz sahasında hidrojenin mevsimsel olarak depolanması sayısal modelleme yoluyla incelenmektedir. En yüksek rezervuar basıncının 32 bar ve en düşük rezervuar basıncının 10 bar olduğu varsayımıyla, çalışma gazı kapasitesi yaklaşık 920 milyon standart metreküp (Sm3) olarak elde edilmiştir. Rezervuarın enjeksiyon ve geri üretim kapasiteleri, üretilen gazın hidrojen oranı ve kuyuların zar faktörü değerinin bu parametreler üzerindeki etkisini belirlemek için üç ayrı senaryoda mevsimsel hidrojen depolama simülasyonu yapılmıştır. Üç farklı senaryonun son depolama döngüsünde hesaplanan yıllık hidrojen enjeksiyon miktarları sırasıyla 372,2 milyon Sm3, 276,6 milyon Sm3 ve 419,2 milyon Sm3 olup, aynı senaryolarda elde edilen hidrojen geri üretim miktarları sırasıyla 347,8 milyon Sm3, 254,8 milyon Sm3 ve 393,7 milyon Sm3'tür. Üç farklı senaryoda da son depolama döngüsünde benzer saflık değerleri elde edilmiştir. Simülasyonlardan elde edilen bulgulara dayanarak, tükenmiş doğal gaz rezervuarlarının hem enjeksiyon ve geri üretim kapasiteleri hem de hidrojen saflığı açısından hidrojen depolama için uygun bir seçenek olduğu sonucuna varılmıştır. Çalışmada, kuyu zar faktörü değerinin hidrojen depolama performansı üzerindeki etkileri de incelenmiş ve negatif zar faktörü değerinin enjeksiyon ve geri üretim miktarları açısından olumlu olduğu, hidrojen saflığın açısından ise olumsuz, ancak oldukça sınırlı bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
The growing attention towards hydrogen within the energy sector in recent times has necessitated the development of extensive hydrogen storage systems. Depleted natural gas reservoirs, which have been utilized for the secure storage of natural gas over an extended period, are widely regarded as a viable option for the large-scale storage of hydrogen. This research study presents the results of numerical simulations that were conducted to analyze the seasonal storage of hydrogen in the Tekirdağ gas field, which is a relatively shallow-depth, low-pressure, and low-temperature gas field located in the Thrace region of Türkiye. The working gas capacity was estimated to be approximately 920 million standard cubic meters (Sm3), under the assumption of a maximum reservoir pressure of 32 bar and a minimum reservoir pressure of 10 bar. To determine the injection and withdrawal capacities of the reservoir, the hydrogen ratio of the withdrawn gas, as well as the impact of the wells' skin factor value on these parameters, cyclic storage simulations were conducted in three distinct cases. The estimated annual injection capacities for the final storage cycles of the three cases are 372.2 million Sm3, 276.6 million Sm3, and 419.2 million Sm3, and the obtained hydrogen withdrawal capacities are 347.8 million Sm3, 254.8 million Sm3, and 393.7 million Sm3, respectively. The differences in the hydrogen ratio of recovered gas among the three cases are especially noticeable during the initial two storage cycles. Nevertheless, comparable levels of purity similar purity values were achieved for hydrogen in all three cases during the last storage cycle. Based on the findings derived from the simulations, it can be inferred that depleted natural gas reservoirs offer a viable option for hydrogen storage in terms of both storage capacity and hydrogen purity. Although a negative skin factor value and subsequent high-rate withdrawal initially lead to a decrease in hydrogen purity, this drawback gradually diminishes over time.