Kızıldere jeotermal rezervuarının teknik ve ekonomik değerlendirilmesi

Abstract

Kızıldere jeotermal sahası 1967 yılında keşfedilmiş ilk yüksek entalpili sistemimizdir. 1976 yılına dek derinlikleri 300-1200 m'ler arasında değişen 17 kuyu delinerek yapılan geliştirme çalışmalarından sonra, biraz gecikmeli olarak 1984 yılında 20.4 MWe kapasiteli bir santral kurulup, elektrik üretimine başlanmıştır. Santralın bir türlü tam kapasiteyle çalışamaması nedeniyle, 1986 yılında 3 kuyu daha delinmiş, ancak, güç üretimi yine de, net 7.5 MWe seviyesinde kalmıştır. Bu çalışmanın ilk aşamasında Kızıldere jeotermal sahasının teknik ve teknik olmayan sorunları kısaca incelenerek, özellikle teknik sorunlardan santralın tam kapasiteyle çalışması için, çökelme ve tekrar-basmanın dikkatle araştırılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Kızıldere santralının tam kapasiteyle çalışması, jeotermal rezervuarın bugüne değin yapılmayan daha sağlıklı ve detaylı bir değerlendirilmesini gerektirdiği için, önce başlangıçtan bu güne kadar gerçekleştirilen yerbilimi çalışmaları literatür ve MTA raporlarından araştırılmış ve bunlara kişisel bilgilerimiz de eklenerek değerlendirme yapılmıştır. Yapılan çeşitli yerbilimi çalışmaları Kızıldere'de jeotermal enerji varlığını kanıtlamış ve delinen kuyular ile sahanın yayılımı araştırılmıştır. Elde edilen bilgiler sığ, fakat, süreksizlik gösteren 195-200°C sıcaklıktaki kireçtaşları ile daha derin, kalın ve süreklilik gösteren ve 200-2 10°C sıcaklık taşıyan mermerleri hazne kayaç olarak işaret etmiştir. Kızıldere jeotermal rezervuarını değerlendirebilmek için rezervuar özelliklerinin daha iyi belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada bu amaçla, gözeneklilik ve geçirgenlik gibi kayaç özellikleri yanında, akışkan kimyası, içerdiği gazlar, sıcaklığı gibi akışkan özellikleri ve bunların pVT davranışları ile rezervuarın sıcaklık dağılımı, basıncı, geçirgen bölgeleri, faz değişimleri gibi fiziksel durumları da belirlenmiştir. Bu özellikleri tesbit edebilmek için kuyu loğları, kuyu testleri, basınç ve sıcaklık ölçmeleri yanında akışkanın kimyasal analizlerinden de faydalanılmıştır. Bu değerlendirmeler sonucunda elde edilen veri ve parametreler, daha sonraki Kızıldere jeotermal rezervuarınm kapasitesinin belirlenmesi, tekrar-basma ve çökelmenin değerlendirilmesi aşaması ile sıcak su ve derin termal rezervuar olarak ifade edilen jeotermal sistemin modelinin kurulmasında kullanılmışlardır. Kızıldere jeotermal sisteminin kapasitesinin belirlenebilmesi için rezervuar büyüklüğü ve dolayısıyla taşıdığı akışkan ve ısı miktarları önemli olduğundan, çeşitli yöntemler uygulanarak bu parameterler tesbit edilmeye çalışılmıştır. Kızıldere jeotermal sisteminin ısı dengesi kurulmuştur. Jeotermal sistem kapalı olmadığı ve dışardan belli bir ölçüde beslendiği için, beslenmenin miktarı ve bileşenleri belirlenmiştir. Bu aşamada zaman içinde rezervuarda oluşan değişimler jeokimyasal XV11 parametreler yoluyla incelenmiştir. Kızıldere rezervuarımn üretim performası da incelenerek yorumlanmıştır. Tüm bu çalışmalardan elde edilen bilgi ve verilerin kullanıldığı model çalışmalarından, değişik üretim politikalarına göre, jeotermal rezervuarımn uzun dönem performası tahmin edilmiştir. Son aşamada değişik yöntemler kullanılarak sahanın kapasitesi ve buna bağlı olarak ömrü belirlenmeye çalışılmıştır. Kızıldere jeotermal rezervuarından üretilen atık suyun durumu incelenerek, B. Menderes nehrine atılan jeotermal suyun her mevsim kirlilik yarattığı ve bu önemli havzada tarıma zararlı olacağı tesbit edilmiş ve çare olarak bu suyun rezervuara tekrar-basılması önerilmiştir. Bu bağlamda tekrar-basma işlemi Kızıldere için daha önceki çalışmalardan da faydalanılarak kuramsal olarak incelenmiştir. Kızıldere rezervuarında gerçekleştirilen tekrar-basma deneyleri ve tekrar-basma sırasında soğuk ve sıcak enjeksiyon nedeniyle oluşabilecek olası çökelme de dikkate alınarak alternatif tekrar-basma stratejileri oluşturulmuştur. Kızıldere rezervuarından akışkan üretimi sırasında oluşan çökelme, kimyasal ve ekonomik boyutlarıyla incelenerek, sorunla birlikte yaşamanın en uygun yolunun mekanik yöntemler yerine inhibitor kullanımıyla olacağı kanısına varılmıştır. Ayrıca, derin termal rezervuardan yapılacak üretimde kalsit çökelmesinin oluşmayabileceğine işaret edilmiş ve bunun nedenleri üzerinde durulmuştur. Kızıldere jeotermal sahasında şimdiye dek uygulanan sondaj ve kuyu tamamlama yöntemleri, donanımları, malzemeleri ve pratiklerinin bir eleştirisi yapılarak, yeni keşfedilen derin termal rezervuardaki sıcaklığı da dikkate alan yöntem, donanım ve malzemelerin kullanılması gereğinden bahsedilmiştir. Bu bağlamda, çatlak geçirgen zonların tıkanmasını önlemek amacıyla, kullanılan klasik dolaşım sıvısı olan tatlısu- bentonit çamuru yerine laboratuvarımızda geliştirilen sepiolit ve diğer bazı killerden oluşan bir karışım önerilmiştir. Ayrıca, hızlı ve günümüzün bilgi birikimi, donanım ve teknolojisine sahip yeni bir sondaj yüklenicisinin yararlı olacağı ifade edilmiştir. Bunun yanında, kuyu canlandırma tekniği olarak kullanılan asitleme uygulamaları da incelenerek daha etken asitleme yöntemi konusunda önerilerde bulunulmuştur. Jeotermal enerji ekonomisi ve değerlendirme kriterleri konusunda genel bilgiler sunulmuştur. Kızıldere jeotermal kaynağının ekonomik değerlendirilmesi, klasik karlılık ölçütleri kullanımının yanında, hızlandırılmış proje değerlendirilmesi, risk analizi ve maliyet analizleri uygulanarak yapılmıştır. Kızıldere'de şimdiyedek yapılan yatırımları dikkate alan bir ekonomik analizde projenin bugün itibariyle kendini ödemiş görünmesine rağmen, devletin yatırımları sürüncemede bırakması, kurulu gücün yarısının üretilmesi vb. nedenlerle aslında zarar ettiği ortaya çıkmıştır. Atık sudan bir "binary" sistemle elektrik üretilmesi durumunda, bunun karlı ve yapılabilir bir hızlandırılmış proje olabileceği gösterilmiştir. Kızıldere jeotermal kaynağının elektrik enerjisi üretimiyle birlikte ısı üretiminin entegre bir şekilde kullanma olanakları için ekonomik analiz yapılmıştır. Bu bağlamda uzak ve yakın yerleşim bölgeleri ele alınarak, buralarda konut ısıtmasının ekonomisi incelenmiştir. Uzak olan Denizli kentinin ısıtılması projesi marjinal olarak nitelendirilirken, yakın bölgelerde ısıtmanın ekonomik olduğu, hatta yakın yerleşim yeri olan Sarayköy'ün soğuk tekrar-basma ile birlikte düşünüldüğünde, yapılabilir olduğu gözlenmiştir. Denizli kent ısıtmasının ekonomik olarak marjinal olması XV111 yanında, rezervuarda ciddi soğuma yaratacağı için, bu konuda Kızıldere atık suyunun kullanılmasının doğru olmadığı ifade edilmiştir. Öte yandan, gerçekleştirilen bir risk analizi sonunda, kuyular için en uygun üretim koruma borusu çapının 95/8" olduğu ortaya çıkmıştır. Yapılan bir maliyet analizinde de TPAO'nın deleceği kuyuların maliyetlerinin çok daha düşük olacağı gösterilmiştir. Kaynağın termodinamik olarak incelenmesinde kullanım veriminin %12, çevrim veriminin de %25 olduğu hesaplanmıştır. Santralın yapılan incelemesinde özellikle kondansörün optimize edilmediği ve CCh'in kondansörden alınması için fazla güç harcandığı tahmin edilmiştir. Aslında santralın bir "binary" sistem olarak kurulması durumunda % 50 daha fazla güç üretme imkanı olduğu belirtilmiştir. Sonuç olarak, Kızıldere jeotermal sisteminin bir derin termal ve bir de sığ sıcak su rezervuarından ibaret olduğu, derin rezervuarın devreye girmesiyle kurulu güç kapasitesiyle üretim yapılabileceği belirtilmiştir. Bunun yanında, rezervuar işletilmesi, sondaj ve kuyu tamamlama pratikleri konusunda da bazı öneriler sunulmuştur.

Kızıldere geothermal field discovered in 1967 is the first high enthalpy geothermal system of Turkey. The field was developed by drilling 17 wells with depths 300 to 1200 m. until 1976 and then a power plant was established in 1984 with electric generation capacity of 20.4 MWe. At the first stage of this study, technical and non-technical problems of the Kızıldere geothermal field were briefly examined, and technical problems such as, working of power plant with full capacity, mineral scaling and reinjection were deemed worth to be investigated throughly. From the very beginning, Kızıldere geothermal power plant has never generated power with full capacity. This problem required a careful and detailed study of the geothermal reservoir. This work started with the investigation of earlier geoscientific studies given in the literature, (UNDP and MTA reports). Personal knowledge about the field has also contributed, and evaluation of the field was made on these available data. The geological and geophysical studies carried out previously had already proved the existence of geothermal energy in the field, and the areal extention of the field was investigated by drilling wells. The data obtained from these studies indicated shallow and thin limestone strata with temperatures of 195-200°C, and deeper, thicker and more continious marble strata with temperatures of 200-2 10°C as reservoir rocks. Assessing Kızıldere geothermal resource requires well established reservoir characteristics. For this purpose, in this study, along with rock properties such as, porosity and permeability, fluid properties such as fluid chemistry, contained gases, temperatures and their pVT behavoir were determined. Moreover, physical facts such as, temperature distribution within and outside reservoir, the reservoir pressure, permeable horizons and phase variations were also established. To determine these properties well logs, well tests, temperature and pressure surveys along with chemical analysis of geothermal fluids were used. As a result of these evaluations, the data and parameters obtained were utilized in defining the geothermal system model as shallow and deep thermal reservoirs and estimating the capacity of Kızıldere geothermal reservoir. To determine the capacity of Kızıldere geothermal system, pivoting parameters such as reservoir size, the contained fluid and heat within the system were tried to be estimated by using several methods. Heat balance was also established for Kızıldere geothermal field. Kızıldere geothermal system is not a closed one and was fed by a complex recharge system, and therefore, its components were also defined. The physical changes occurring within the reservoir were investigated for the last long XX term production period by using geochemical data. The production performance of the Kızıldere reservoir was also examined and interpreted. The data and knowledge obtained from these studies were also utilized in modelling studies, and long term production performances of the field were obtained with respect to different production scenarios. Finally, by using different methods, the capacity of the field and its related life were tried to established. After examining the state of the effluent water produced from the Kızıİdere geothermal field, the contamination of B.Menderes river water was predicted for all seasons, instead of only summer season pollution formerly occurred. The possible damage caused to this fertile area was predicted, and a remedial measure reinjection was proposed. In this connection, the reinjection into Kızıldere area was investigated by taking advantage of former studies. Taking into account the reinjection tests carried out in Kızıldere field and potential scaling fenomenon due to hot and cold reinjection, alternative reinjection strategies were proposed. Mineral scaling formed during geothermal fluid production was investigated from the economical and chemical point of view, and it was decided that the best way to prevent this problem was the use of inhibitors. However, it was pointed out that the geothermal fluid produced from the deep thermal reservoir would probably not cause calcite scaling and the reasons of nondeposition were discussed. Drilling and well completion practices, equipment and materials that were used in Kızıldere field up until now were analysed. New practices, equipment and materials were proposed to resist higher temperatures encountered in newly discovered deep thermal reservoir. In this connection, to prevent plugging the permeable horizons, and therefore avoiding formation damage, a new sepiolite based mud formed with some special clays and tested in our mud laboratory was suggested instead of conventional fresh water-bentonite mud as circulation fluid. On the other hand, a better equipped new drilling contractor with updated knowhow and technology was deemed much more beneficial to the Kızıldere field. Moreover, acidizing applications used as well stimulation technique were examined. Suggestions were made to carry out more efficient acidizing operations. General knowledge on economics of geothermal energy and criteria for evaluation of geothermal projetcs were submitted. Economical evaluation of Kızıldere geothermal resource was conducted by using profitability measures, accelerated project assessment, risk and cost analysis. Taking into account of all investments made on Kızıldere project up until now, economical analysis of the project indicated that it was a failure from the economical point of view because of bad timed investments by the state and half capacity power generation, even though it paid out appearantly as for today. Power generation from disposal water through a binary system was considered a feasible and profitable accelarated project. Economical analysis of a possible integrated use of Kızıldere geothermal resource, generating electricity and space heating simultenaously was performed. In this connection, close and far settlements were considered, and economics of space heating of these small and relatively big towns were examined. While the space heating project for far away Denizli town was considered marginal from the economical point of view, a similar project for nearby small town Sarayköy was XXI considered feasible if it was carried out integrally together with cold water reinjection in a small scale. In addition to be an economically marginal project, the space heating of Denizli town would have caused cooling of Kızıldere geothermal reservoir, because it requires high flow rates to meet higher heating requirements of relatively big town. Therefore, the use of disposal water energy for this project was considered meaningless. On the other hand, a risk analysis performed resulted in the best suitable pipe size of 9 " for both deep and shallow production casing strings. Moreover, a cost analysis conducted indicated that TPAO as drilling contractor would drill wells much faster at more reasonable cost. The utilization efficiency and cycle efficiency were calculated as 12% and 25%, respectively. The examination of power plant implied that no possible optimization study was conducted for selecting condanser size and pressure. Excessive power was estimated to be used for noncondensible gas CO2 extraction from condanser. It was stated that, if the power plant had had a binary cycle, it would have produced 50% more power. Finally, it was stated that Kızıldere geothermal sysytem is composed of a shallow hot water reservoir and a deep thermal reservoir. If deep thermal reservoir was harnessed, or in other words, put into production, the installed power 20.4 MWe would be generated. Moreover, several recommendations were given on reservoir exploitation and management, economics, drilling and well completion practices.