Çevre Geotekniğinde Geotermal Enerji Sistemlerinin 3 Boyutlu Sonlu Elemanlar Yöntemiyle Analizi

Abstract

Endüstri devriminden sonra enerji oldukça önemli bir konu haline gelmiştir. Ancak geçtiğimiz yüzyılda insanların aşırı enerji tüketimi sonucu atmosferdeki CO2 miktarı hızla artmış ve bu hızlı değişim çevreye kalıcı zararlar vermeye başlamıştır. İnsanlık olarak, enerji kaynaklarını tüketmedeki alışkanlıklar değişmezse, yakın gelecekte ciddi problemler ile karşılaşılması kaçınılmaz olacaktır. Bu nedenle enerji konusunda kalıcı çözümler bulunması zorunludur. Bu bağlamda enerji konusundaki en güncel tartışmaların başında ise sürdürülebilir enerji kullanımının mümkün kılmak gelmektedir. Bu çalışmanın başlıca amacı ise yüzeysel geotermal enerjinin ısıtma ve soğutma sistemlerinde kullanımı konusunda mevcut çalışmalara bir katkıda bulunmaktır. Bu sistemler yeni geliştirilmekte olan ve çok yakında piyasaya sürülecek bir yazılım olan Plaxis 3D Geothermics beta sürümü ile modellenmiştir. Bu yazılım kullanılarak 3 farklı analiz yapılmıştır. İlk olarak zeminin geotermal parametrelerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan geotermal tepki deneyi modellenmiş ve sonuçları araziden alınan gerçek ölçümlerle kıyaslanarak yazılımın çalışabilirliği gösterilmiştir. Daha sonra ise aralık ve geometri tasarımının sistem performansındaki etkisini değerlendirmek için çeşitli analizler yapılmıştır. Analizler için bu üç konunun seçilme nedeni ise bunların geoteknik mühendisliği kapsamında da değerlendirilebilecek konular olmasıdır. Bu çalışmanın diğer bir önemli amacı ise, geotermal ısıtma ve soğutma sistemlerinin geoteknik mühendisliğindeki olası uygulamalarına vurgu yapmak ve bu konunun geoteknik mühendisliği disiplini içerisinde de değerlendirilmesi yönünde bir açılım yaparak geoteknik mühendisliğine bir katkıda bulunmaktır.

After the industrial revolution, the energy has become a very important issue for the development of a society, but over the past century there has been a dramatic increase in CO2 emissions in the atmosphere due to the over consumption of the energy by the humankind. Last two decades have witnessed a rapid change in CO2 emissions and the rapid change is having a serious effect to the environment. The conventional way of consuming energy can cause significant problems, so an optimum solution has to be found to solve the complex relationship between energy consumption and the environmental damage. One of the most significant current discussions in energy issue is that how the sustainability in this equation will be obtained. Renewable energy sources present very sensible alternatives to this complicated question and shallow geothermal energy is one of the most considerable ones. The purpose of the research is to review the basic terminology of the ground source heating and cooling sytems and to make a contribution to the present literature. The most important aim of the research is to validate a newly developed 3D finite element modelling software Plaxis 3D Geothermics Beta Version which is still being developed and officially given to the University of Newcastle upon Tyne for validating the software. In order to achieve this goal, three different simulations are performed and these are a geothermal response test (GRT), BHE spacing influence on the energy gain and borehole array geometry influence on the system performance over long term. The main reason to choose these three analyses is the fact that they are also applicable in geotechnical engineering applications. Another important purpose of the research is to introduce this brand new area to the geotechnical engineering discipline and to focus on the possible use of ground heating and cooling systems in geotechnical engineering applications.