Sığ jeotermal kaynakların ısı pompaları aracılığıyla ısıtma işleminde kullanılabilirliği: Kütahya ili örneği

Abstract

Artan küresel ısınma ve çevre sorunları ile birlikte gelişmiş ülkeler yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiştir. Bu doğrultuda yenilenebilir ve çevre dostu bir enerji sistemi olan sığ jeotermal enerji, dünya çapında giderek yaygınlaşmaktadır. Sığ jeotermal sistemlerin plansız kullanımı, sistem performansını ve sürdürülebilirliğini olumsuz etkileyebilmektedir. Tez çalışması kapsamında Kütahya ili şehir merkezinde kentsel ısı adasının sığ akiferler üzerindeki etkisi, çalışma alanının sığ jeotermal potansiyeli ve sığ jeotermal sistemler açısından elverişliliğinin araştırılması hedeflenmiştir. Buna ek olarak, oluşturulan termal etkileşim modelleri ile hidrolik iletkenlik ve debi faktörlerinin sistemlerin çevresinde zaman içerisinde oluşan termal zon üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Ocak-Aralık (2019) tarihleri arasında gözlem kuyularında yeraltısuyu sıcaklığı ve seviyesi ölçülmüştür. Ayrıca, FEFLOW yazılımı üzerinde çalışma alanında sığ jeotermal sistemler simüle edilmiş ve termal etkileşim simülasyonları oluşturulmuştur. Yeraltısuyu sıcaklığı ölçümlerine göre Kütahya şehir merkezinde sıcaklık anomalilerinin kentleşmenin yoğun olduğu şehir merkezine doğru net bir artış gösterdiği tespit edilmiştir. Çalışma alanında yer alan alüvyon akiferin teorik olarak ortalama 3,50×1013 kJ.K-1 ısı potansiyeline sahip olduğu hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre, sığ jeotermal sistemlerin çevresindeki termal etki zamanla artmaktadır. Hidrolik iletkenlik ve sistem çalışma debisinin termal etkileşimi doğrudan etkilediği gözlemlenmiştir. Termal bozunumun sistem performansını olumsuz etkilediği göz önüne alındığında, tasarım aşamasında bu parametrelerin dikkate alınması gerektiği sonucuna varılmıştır.Anahtar kelimeler: Kentsel ısı adası etkisi, Yenilenebilir enerji, Sığ jeotermal enerji, Termal etkileşim, FEFLOW.

Increasing global warming and environmental problems have led the developed countries to renewable energy sources. In this context, shallow geothermal energy, which is a renewable and environmentally friendly energy system, is becoming increasingly common around the world. Unplanned use of shallow geothermal systems may adversely affect system performance and sustainability. Within the scope of the thesis, it was aimed to investigate the effect of urban heat island on shallow aquifers in the city center of Kutahya province, the shallow geothermal potential of the study area and its availability in terms of shallow geothermal systems. In addition to this, it was aimed to determine the effects of hydraulic conductivity and flow rate factors on the thermal zone formed over time around the systems with created thermal interaction models. For this purpose, groundwater temperatures and groundwater levels were measured in observation wells between January and December (2019). In addition, shallow geothermal systems were simulated and thermal interaction simulations were created in the study area by using FEFLOW software. According to the groundwater temperature measurements, it has been determined that the temperature anomalies show a net increase towards the city center where urbanization is intense. It has been calculated that the alluvial aquifer in the study area has a theoretical average heat potential of 3.50×1013 kJ.K-1. According to the simulation results, the thermal effect around shallow geothermal systems increases by the time. It has been observed that the hydraulic conductivity and the flow rate of the system directly affect the thermal interaction. Considering that thermal interaction negatively affects system performance, it was concluded that these parameters should be taken into account during the design phase.Keywords: Urban heat island effect, renewable energy, shallow geothermal energy, thermal interaction, FEFLOW.