Yeraltında termal enerji depolama tekniklerindeki kimyasal sorunlar

Abstract

oz YÜKSEK LİSANS TEZİ YERALTINDA TERMAL ENERJİ DEPOLAMA TEKNİKLERİNDEKİ KİMYASAL SORUNLAR Derya DİKİCİ ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KİMYA ANABİLİMDALI Danışman: Doç.Dr. Halime Ö. PAKSOY 1997 Yeraltında Termal Enerji Depolama (UTES) Tekniklerinden Akiferde Termal Enerji Depolama (ATES) sistemi artan enerji sorununa çözümler getirmektedir. ATEŞ 'in ülkemizdeki ilk uygulaması olacak olan; Çukurova Üniversitesi (Ç.Ü.) Balcalı Hastanesi'nin ATEŞ sistemi ile ısıtma-soğutma projesi için bir fizibilite çalışması başlatılmıştır. Bu amaçla bir araştırma kuyusu açılmıştır. Bu çalışmada, bu ATEŞ sisteminin uygulaması sırasında çıkabilecek kimyasal problemleri önceden belirleyebilmek hedeflenmiştir. Özellikle uygulama bölgesindeki yeraltısuyunun kimyasal bileşimi, kullanılan malzeme ve ortam şartları sorunlar yaratabilmektedir. Bu sorunlar; uygulama bölgesinin jeolojik yapısı, yeraltısuyunun kimyasal bileşimi ve uygulama sıcaklığı ile değişebilmektedir. Bu nedenle Ç.Ü.ATES projesi kullanılacak akifer formasyonu (konglomera) kullanılarak laboratuvarda bir kuyu modeli tasarlanmıştır. Bu modelde depolama deneyleri bir referans olması için önce saf su, daha sonra Ç.Ü. ATEŞ projesi için açılan kuyu suyu ile yapılmıştır. Oda sıcaklığı ve 50°C'de yapılan depolamalarda birer haftalık sürelerle, suyun kimyasal bileşimindeki değişmeler incelenmiştir.Bu çalışmayla yapılan kimyasal analiz sonuçlarına göre Ç.Ü. ATEŞ projesi uygulaması sırasında, karşılaşılması ihtimali olan sorunlar belirlenmiş ve alınabilecek önlemlerle ilgili önerilerde bulunulmuştur. Sonuç olarak sıcak depolamalarda kalsiyumkarbonat çökelmesi ile gerçekleşebilecek kabuklaşma sorunu ile karşılaşılabilir. Demir iyonlarının yeraltısuyunda yaşayabilen bakterilerin de sebep olabildiği; oksitleri ve hidroksitleri halinde çökelmesi ile tıkanma sorunu olabilir. Sıcak depolamalarda mangan iyonlarının çökelmesinden kaynaklanan tıkanma oluşabilir. Soğuk depolamada ise önemli bir kimyasal sorunla karşılaşılmayacağı söylenebilir. Bu ihtimalleri daha iyi belirleyebilmek ve daha başarılı bir Ç.Ü. ATEŞ uygulaması yapılabilmesi için uygulama bölgesinde bir saha çalışması yapılabilir. Anahtar Kelimeler : Akifer Termal Enerji Depolaması, Yeraltısuyu Kimyası, Kabuklaşma, Tıkanma

ABSTRACT MSc THESIS CHEMICAL PROBLEMS IN UNDERGROUND THERMAL ENERGY STORAGE Derya DİKİCİ ÇUKUROVA UNIVERSITY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCDZNCES CHEMISTRY DEPARTMENT Supervisor: Doç.Dr. Halime Ö. PAKSOY 1997 Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) system, which is one of the Underground Thermal Energy Storage (UTES) techniques, brings solutions to the current increasing energy problem. Feasibility study for ATES heating-cooling project for Çukurova University Balcali Hospital, which will be the first ATES project in Turkey, has started. A research well was drilled for this purpose. The aim of the following work is to determine the chemical problems that may appear in the ATES system prior to its application. Especially chemical composition of the groundwater, materials used and operating conditions may cause problems. These problems may vary with local geologic formation, groundwater chemistry and temperature. Therefore, a well model was designed in the laboratory using the aquifer formation (conglomerate) that will be used in Çukurova University Balcali Hospital ATES project. Storage experiments in this model was first run with distilled water as a reference, then groundwater from the research well for the project was used. The change in the chemical composition of the water was analyzed in weekly periods during experiments carried out at room and 50°C temperatures. The chemical problems that are highly probable for Çukurova University Balcalı Hospital ATES project were determined with this study and some recommendations to prevent these problems are given. During heat storage scaling problem caused by calcium carbonate precipitation can be seen. Clogging by the precipitation of oxides and hydroxides of iron ions that is affected by bacteria living in the groundwater. In heat storage clogging may also be caused by precipitation of manganese ions. However, no major chemical problem is expected in cold storage applications. For a more successful ATES application, a field study can be carried out to determine these problems more precisely. Keywords: Aquifer Thermal Energy Storage, Groundwater chemistry, Scaling, Clogging n