GELENEKSEL VE YENİLEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI - Deneme Sınavı - 9

Kalorifik değer kısaca birim miktarda (birim kütle veya birim hacim) yakıt yandığında açığa çıkan ısı olarak tanımlanabilir. Doğal gazın kalitesini ve fiyatını etkileyen en önemli unsurlardan biri de kalorifik değeridir.

Patlamanın olması için üç unsurun bir araya gelmesi gerekir. Bunlar oksijen, yanabilir madde (yakıt) ve ateşleme kaynağıdır. Hava ile gaz karışımlarının iki önemli patlama limiti vardır: Alt patlama limiti bir gazın ortam havasında bulunduğunda, hacimsel olarak patlamaya sebep olabilecek minimum derişim değeridir; bu limitin altındaki derişimlerde patlama riski yoktur. Üst patlama limiti ise bir gazın hacimsel olarak ortam havasında bulunduğunda, patlama riski taşıyan en yüksek derişim değeridir; bu derişimin üstünde oksijen miktarı oksidasyon reaksiyonu (patlama) için yeterli olmadığından karışımın patlama riski yoktur. Örneğin üst patlama limiti 7,5 ve alt patlama limiti 1,0 olan bir gaz, bu derişim aralığı (%1-7,5) dışında patlama riski taşımamaktadır.

Petrol ve doğal gaz sektöründeki faaliyetler “upstream” ve “downstream” olarak iki ana grupta toplanır. Arama ve üretim faaliyetlerini kapsayan grup “upstream”; üretim sonrası, yani taşıma, rafinaj, depolama ve dağıtım faaliyetlerini kapsayan ikinci grup ise “downstream” faaliyetleri olarak adlandırılır.

Birincil enerji kaynakları kendi içinde yenilenebilir enerji kaynakları (güneş enerjisi, rüzgâr, dalga enerjisi, jeotermal enerji ve hidrolik enerji) ve yenilenebilir olmayan enerji kaynakları (bugün için enerji kaynaklarımızın %80’ini oluşturan kömür, ham petrol, doğal gaz gibi fosil yakıtlar ve uranyum) olarak iki geniş gruba ayrılmaktadır. Ülkemizdeki enerji kaynaklarının %80’ini oluşturan yenilenebilir olmayan enerji kaynakları içinde doğal gaz, kül ve cüruf bırakmadan yanan, depolanma sorunu bulunmayan ve yanma sonucu havayı kirleten kükürt içerikli gazların emisyonuna sebep olmayan çevre dostu çok önemli bir enerji kaynağıdır.

İngiltere doğal gaz kullanımını ticaretleştiren ilk ülkedir. 1920’lerde boru hattı taşımacılığı yöntemlerinin kullanılmaya başlaması ile birlikte dünyada hızla artan doğal gaz tüketimi, özellikle II. Dünya Savaşı’ndan sonra sürekli olarak gelişmiştir. ABD’de ise doğal gaz ilk defa 1625 yılında Erie Gölü’nde Amerikan yerlileri tarafından bulunmuş ve 1816’dan itibaren Baltimor’da sokakların aydınlatılmasında kullanılmıştır. İlk doğal gaz kuyusu 1821 yılında Fredonia, New York’da açılmıştır. 1885 yılında, Robert Bunsen tarafından icat edilen ve oksijenle doğal gazı doğru oranlarda karıştırarak alev ve ısı elde edilmesini sağlayan Bunsen Beki sayesinde, doğal gaz evlerde de kullanılmaya başlanılmış ve kullanım alanları biraz daha genişlemiştir.

Genel hatlarıyla bir kaya gazı çıkartma operasyonunun başlıca aşamaları aşağıdaki gibi sıralanabilir:

Jeolojik ve sismik araştırmalar: Sismik araştırma metotları ile yeraltı jeolojik oluşumlarının üç boyutlu haritalarının çıkartılması, şeyl formasyonlarının derinlik ve kalınlık bilgilerinin derlenmesi, maksimum verim elde edilebilmesi için gerekli kuyu sayılarının ve lokasyonlarının belirlenmesi.

Platform inşası: Belirlenen lokasyonlarda kuyu açma ekipmanlarının kurulması.

Dikey sondaj: Gaz ve petrol çıkartılacak kaya tabakasının derinliğine inene kadar dikey sondaj yapılması ve güvenlik amacıyla kuyunun çelik ve beton kaplamalar ile güçlendirilmesi.

Yatay sondaj: Şeyl tabakası içinde, kaya formasyonuyla temas alanının artırılması amacıyla 2-3 km’ye kadar yatay sondaj yapılması.

Perforasyon: Yatay sondaj kuyusunun beton kaplamasında belirli aralıklarla küçük patlayıcılar kullanılarak delikler açılması.

Çatlatma: Akışkanlığı özel formüllerle ayarlanmış su/kum karışımının perfore edilen kuyudan kayanın içine basınçla pompalanması ile kayada hidrokarbonların sızabileceği çatlaklar oluşturulması.

Atıkların yönetimi: Çatlatmak için kullanılan sıvının yeryüzüne dönen kısmının sonradan tekrar kullanılmak üzere biriktirilmesi veya arıtılarak kanalizasyona verilmesi.

Üretim: Kuyu açma ekipmanlarının sökülmesi, çıkan doğal gazın toplanması ve nakliyesi için gerekli donanımın kurulması.

Doğal gazın atmosferik basınçta yaklaşık -162˚C’ye soğutulması ile elde edilen LNG (Liquified Natural Gas/Sıvılaştırılmış Doğal Gaz) kokusuz, renksiz ve zehirli olmayan bir sıvı yakıttır. Sıvı fazda taşınır ve depolanır, tüketime ise gaz fazında sunulur. Doğal gaz sıvılaştırılması sırasında, bünyesindeki ağır hidrokarbonlar ayrıştırıldığı için LNG doğal gaza oranla daha temizdir ve daha yüksek enerji değerine sahiptir.

Doğal gazın sanayi ve şehir şebekelerinde kullanım çalışmalarına, 1984 yılında SSCB ile imzalanan Doğal Gaz Sevkiyatı Anlaşması’nın ardından başlanmıştır. 1986 yılında iki ülkenin yetkili kuruluşları doğal gaz alım-satım anlaşmasını imzalamışlar ve bu anlaşma ile doğal gazın sanayi ve şehir şebekelerinde yaygın kullanım çalışmaları başlamıştır. Doğal gaz, şehiriçi evsel ve ticari olarak ilk kez 1988’de Ankara’da kullanılmıştır. Hamitabat Doğal Gaz Çevrim Santrali’nde üretilen elektrik miktarı hızla artarken 1989’da Ambarlı Doğal Gaz Çevrim Santrali’nde de doğal gaz kullanılarak elektrik üretimi başlatılmıştır. SSCB ile imzalanan doğal gaz sevkiyatı anlaşmasını kaynak çeşitlenmesi amacıyla Cezayir ve Nijerya ile yapılan LNG ve çevre ülkelerle yapılan boru gazı anlaşmaları takip etmiştir. Doğal gaz pazarı, 1992’de İstanbul, Bursa, Eskişehir ve İzmit’i de içine alarak genişlemiştir. 1995’de BOTAŞ, TPAO’nun bağlı ortaklığı statüsünden çıkarılarak yeni bir Kamu İktisadi Teşekkülü (KİT) olarak yapılandırılmıştır

Doğal gaz için kullanılan yeraltı ve yerüstü depolama teknikleri şu şekilde sıralanabilir:

• Boru hatlarında depolama
• Sıvılaştırılmıs doğal gaz (LNG) depolanması
• Yüksek basınçlı tanklarda depolama
• Yeraltında açılan boşluklarda depolama
• Akiferlerde depolama
• Terk edilmiş petrol ya da gaz rezervuarlarında depolama

Küresel Doğal Gaz Rezervleri, 2014 yılına ilişkin veriler çerçevesinde 197 trilyon m3 olarak kaydedilmiştir. Bu rezervlerin %40,3’ü Orta Doğu’da, %31,2’si eski SSCB ülkelerinde, %8,7’si Afrika’da, %7,9’u Orta ve Güney Amerika’da, %7,8’i Asya-Pasifik ülkelerinde, %6’sı Kuzey Amerika’da ve %3,8’si Avrupa’da bulunmaktadır. 2014 yılında, ülkelerin rezervleri değerlendirildiğinde, Doğu Afrika’daki keşifler sonrasında, Afrika’da Mozambik Asya’da Çin, Hindistan ve Bangladeş rezerv artışları ile dikkat çekmiştir. Ancak rezerv artışları en fazla rezerve sahip ülkeler arasındaki sıralamayı değiştirmemiştir.

Gazlar katı ve sıvılardan farklı olarak düşük yoğunluk ve akmazlık değerlerine ve sıkıştırılabilme özelliğine sahiptir. Gazların hacim-sıcaklık-basınç ilişkileri hâl denklemleri (gaz yasaları) ile ifade edilmektedir. İdeal gaz yasası düşük basınç değerlerinde kullanılabilen ve bazı temel varsayımlar içeren en yaygın hâl denklemlerinden biridir. İdeal gaz yasasının kapsadığı varsayımlar aşağıdaki gibidir: 1. Gaz moleküllerinin toplam hacmi, içinde bulundukları kabın hacmi yanında ihmal edilebilecek düzeydedir. 2. Gaz molekülleri arasındaki çekim ve/veya itme kuvvetleri ihmal edilmektedir. 3. Gaz moleküllerinin kendi aralarında çarpışmaları sonucunda enerji kaybetmedikleri varsayılmaktadır. Basınç arttıkça ideal gaz yasasında kullanılan varsayımlar geçerliliğini kaybetmekte ve gazlar ideal gaz yasasından sapmaktadır. Bu nedenle yüksek basınçtaki gazların hacim, sıcaklık ve basınç ilişkilerini tanımlamak için ideal gaz yasasında bazı düzeltmeler yapmak gerekmektedir. Petrol endüstrisinde, yüksek basınç altındaki gazlar için en sık kullanılan hâl denklemi gerçek gaz yasası olarak isimlendirilmektedir. Gerçek gaz yasası, ideal gaz yasasına bir sıkıştırılabilme katsayısı (z) eklenerek elde edilmektedir. Doğal gaz için basınç, sıcaklık, hacim gibi fiziksel özellikler hesaplanırken düşük basınçlarda ideal gaz yasası kullanabilir ancak yüksek basınçlarda gerçek gaz yasası kullanılmalıdır.

Bir gazın bir ml veya bir cm3 ’ünün sahip olduğu ağırlık o gazın yoğunluğu olarak tanımlanmaktadır. Gaz molekülleri arasındaki çekim kuvveti katı ve sıvılara oranla çok daha zayıf olduğu için moleküller serbestçe hareket edebilmektedir. Bu nedenle, gaz molekülleri arasındaki uzaklık ve dolayısıyla birim hacimdeki molekül sayısı katı ve sıvılara oranla oldukça azdır; başka bir deyişle, gazların yoğunluğu katı ve sıvılardan oldukça düşüktür. İdeal gazların yoğunlukları ideal gaz yasası kullanılarak hesaplanabilir. Bir gazın 15,5˚C ve 1 atm basınçtaki yoğunluğunun aynı koşullardaki havanın yoğunluğuna oranına gazın gravitesi denir ve SGg ile gösterilir. Bu noktada şu hususu hatırlamak gerekmektedir: Saf element ve bileşiklerin mol kütleleri ortama ve/veya koşullara göre değişmeyen “sabit” sayılardır ancak karışımların ortalama veya görünen mol kütleleri (AMW) kompozisyonlarına göre değişebilmektedir. Örneğin oksijenin mol kütlesi 32 g/ mol’dür ve sabit bir değerdir ya da karbondioksitin mol kütlesi 44 g/mol’dür ve sabit bir değerdir. Oysa hem hava hem de doğal gaz farklı miktarlarda safsızlık da içerebilecek karışımlar oldukları için karışımın mol kütlesinin (görünen mol kütlesinin) tanımlanması gaz gravitesi hesaplamaları için gerekli olacaktır. Görünen mol kütlesi, AMW, petrol endüstrisinde sıklıkla kullanılmaktadır.

Jeolojik ve sismik araştırmalar: Sismik araştırma metotları ile yeraltı jeolojik oluşumlarının üç boyutlu haritalarının çıkartılması, şeyl formasyonlarının derinlik ve kalınlık bilgilerinin derlenmesi, maksimum verim elde edilebilmesi için gerekli kuyu sayılarının ve lokasyonlarının belirlenmesi. Platform inşası: Belirlenen lokasyonlarda kuyu açma ekipmanlarının kurulması. Dikey sondaj: Gaz ve petrol çıkartılacak kaya tabakasının derinliğine inene kadar dikey sondaj yapılması ve güvenlik amacıyla kuyunun çelik ve beton kaplamalar ile güçlendirilmesi. Yatay sondaj: Şeyl tabakası içinde, kaya formasyonuyla temas alanının artırılması amacıyla 2-3 km’ye kadar yatay sondaj yapılması. Perforasyon: Yatay sondaj kuyusunun beton kaplamasında belirli aralıklarla küçük patlayıcılar kullanılarak delikler açılması. Çatlatma: Akışkanlığı özel formüllerle ayarlanmış su/kum karışımının perfore edilen kuyudan kayanın içine basınçla pompalanması ile kayada hidrokarbonların sızabileceği çatlaklar oluşturulması. Atıkların yönetimi: Çatlatmak için kullanılan sıvının yeryüzüne dönen kısmının sonradan tekrar kullanılmak üzere biriktirilmesi veya arıtılarak kanalizasyona verilmesi. Üretim: Kuyu açma ekipmanlarının sökülmesi, çıkan doğal gazın toplanması ve nakliyesi için gerekli donanımın kurulması

Rezervuardan çıkarıldığı hâldeki doğal gaza ham doğal gaz denir. Ham doğal gaz, tüketime sunulmadan önce bünyesindeki ağır hidrokarbonlardan, su buharından, sülfür bileşenlerinden (hidrojen sülfür gibi) ve inert gazlardan ayrıştırılmalıdır. Kurutma İşlemi Milyonlarca yıl aynı ortamda bulunan doğal gaz ve su denge hâlinde olup doğal gazın bünyesinde doymuş oranda su buharı bulunmaktadır. Su buharına doymuş olarak yüzeye çıkarılan doğal gazın içerdiği su buharının bir kısımı azalan basınç ve sıcaklık nedeniyle yoğunlaşır. Kalan su buharının ilerki işlemlerde yoğunlaşmaması amacıyla üretilen doğal gaz ilk olarak kurutma işlemine tabi tutulur. Doğal gaz, su buharı ve sıvılaşabilen gaz içeriğine göre ıslak veya kuru (metan >%85) olarak isimlendirilir. H2 S ve CO2 Giderimi Ham doğal gazın sıklıkla içerdiği hidrojen sülfür ve karbondioksit gazları iletim hatlarında korozyona ve doğal gaz yakıldığında, çevre kirliliğine sebep olan iki zararlı bileşendir. Bu nedenle, doğal gaz tüketime sunulmadan önce ayrıştırılmaları gerekmektedir. Sülfür içeriği yüksek doğal gaz acı veya sert, sülfür içeriği düşük doğal gaz ise yumuşak veya tatlı olarak isimlendirilir. Hidrojen sülfür ve karbondioksit giderimi için biyolojik desülfürizasyon, ektraksiyon, absorplama, karbon moleküler elek kullanma, membrane ayrıştırma gibi farklı metotlar kullanılır. Ağır Hidrokarbonların Ayrıştırılması Doğal gazın içerdiği etan ve daha ağır hidrokarbonlar özellikle petrokimya endüstrisinde sıklıkla ham madde olarak kullanılmaktadır. Doğal gazın en önemli tüketim alanı ısı ve elektrik üretimidir. Bu amaçla üretilen doğal gaz ağır yoğunlaştırma ve rafinasyon işlemleri ile metan dışındaki hidrokarbonlardan ayrıştırılmakta ve bu hidrokarbonlar farklı üretim işlemlerinde ham madde olarak kullanılmak üzere ilgili proseslere temin edilmektedir.

Boru hattında gaz depolama sistemleri genellikle talebin düştüğü dönemlerde az miktarda doğal gazı depolama amacıyla kullanılır. Boru hattının çalışma prensibi doğal gazı bir uçtan basınçla göndermek ve gazın basıncının görece az olduğu diğer uca doğru kendiliğinden hareket ederek o uçtan çıkmasını sağlamak şeklindedir. Bu depolama metodu saatlik dalgalanmaları karşılayabilir ancak mevsimsel değişimleri karşılayamadığından genel bir çözüm sağlamaz. LNG depolama ve üretim işlemleri için özel tesisler ve kurulumlar gerekmektedir. Bu LNG depolama tesisleri, anlık dalgalanmaları dengelemek için kullanılır. Ancak özel LNG depolama tanklarının yatırım masraflarının yüksek olması ve doğal gazın sürekli olarak sıvılaştırılma ve gazlaştırılma gerekliliği nedeniyle bu depolama metodu yeraltı depolamasına göre pahalıdır. Yüksek Basınçlı Tanklarda Depolama metodu doğal gazın yüksek basınca dayanıklı tanklar içinde sıkıştırılarak depolanmasını içermektedir. Boru hatlarında olduğu gibi bu tür depolama için de depolanan miktar talepteki mevsimsel dalgalanmaları karşılayabilecek düzeyde değildir ve işletim maliyeti yeraltı depolama tekniklerine göre çok yüksektir. Yüksek Basınçlı Tanklarda Depolama Bu depolama metodu doğal gazın yüksek basınca dayanıklı tanklar içinde sıkıştırılarak depolanmasını içermektedir. Boru hatlarında olduğu gibi bu tür depolama için de depolanan miktar talepteki mevsimsel dalgalanmaları karşılayabilecek düzeyde değildir ve işletim maliyeti yeraltı depolama tekniklerine göre çok yüksektir.

Doğru cevap C seçeneğidir.

Doğru cevap D seçeneğidir.

Doğru cevap C seçeneğidir.

Doğru cevap E seçeneğidir.

Doğru cevap B seçeneğidir.