Jeotermal kaynaklı enerji üretimi Dünya üzerinde 100 yılı aşkın süredir devam etmektedir. İlk olarak 1904 yılında, İtalya’da Larderello bölgesinde jeotermal buhardan elektrik üretimi gerçekleştirildi ve çok benzer teknolojiler ile günümüzde de elektrik enerjisi üretimi devam etmektedir.

Yer kabuğunun kilometrelerce altından gelen buhar, bazen buhar su karışımı (brine) çeşitli prosesler aracılığı ile türbin millerini direkt veya dolaylı yoldan hareket ettirerek “elektrik enerjisi” üretmektedir.
 

Jeotermal santraller; türbin (proses) alanları, üretim ve enjeksiyon kuyuları, şalt-kumanda binası ve yüksek gerilim şalt merkezlerinden oluşmaktadır.

Jeotermal enerji santralleri elektrik altyapısı (EBOP-Electrical Balance of Plant) aşağıdaki ekipman ve malzeme gruplarını içerir;

► Yüksek gerilim şalt merkezi (İletim ve dağıtım şebekesinin durumuna ve santral gücüne bağlı olarak)
► Orta gerilim şalt merkezi (Şekil 1: Binary Jeotermal Elektrik Santrali OG Tekhat Prensip Şeması)
► Alçak gerilim dağıtım sistemi (Dağıtım panoları, MCC panoları, kompanzasyon panoları)
► I&C Ekipmanları (Saha klemens kutuları, Remote IO istasyonları, DCS panoları, Merkezi SCADA)
► Kablolar (Yeraltı, havai hat iletkenleri ...vb.)
► Santral ve kuyu bölgeleri aydınlatma, zayıf akım sistemleri (CCTV, data, telefon, yangın algılama...vb.) topraklama ve yıldırımdan korunma sistemleri
► Beton köşkler (Kuyu bölgeleri için)

Şekil 1: Binary Jeotermal Elektrik Santrali OG Tekhat Prensip Şeması

Tüm bu sistemler ve ekipmanlar, önlem alınmadığı takdirde yer altından gelen çeşitli gazların korozif etkileri neticesinde zarar görebilmektedirler. Jeotermal santrallerin çevresinde bilindik en etkili gazın hidrojen sülfür olduğu söylenebilir. Hidrojen sülfür (H2S) korozyonuna maruz kalan metal yüzeylerde iletkenlik kaybı, mekanik işlevlerin ve görselliğin bozulması, aşınmalar ve erken yaşlanma gibi olumsuzluklar görülmektedir.
 

►İlginizi Çekebilir: Buhar ve Gaz Türbinleri Nasıl Çalışır?

 

Jeotermal Enerji Santralleri’nde işletme sırasında düzenli olarak hidrojen sülfür (H2S) konsantrasyonu ölçümleri yapılmaktadır. Bu ölçümlerde alınan değerler ile santral içerisindeki hidrojen sülfür (H2S) konsantrasyonunun ekipmanlara ve/veya insana zarar verecek değerlere ulaşıp ulaşmadığı belirlenebilir.Havadan daha ağır bir gaz olan hidrojen sülfürün etkinliği, hava şartlarına bağlı olarak (rüzgar hızı ve yönü) günden güne hatta saatten saate değişiklik gösterebilir.

Grafik 1: Korozyon ile ortam sıcaklığı arasındaki ilişki

Grafik 1'de görüldüğü üzere ortam sıcaklığı ve nem miktarı ile korozyon etkisi doğru orantılı şekilde artmaktadır. Korozif etkiyi azaltmak için kapalı alanlarda, özellikle elektrik şalt odalarında uygun havalandırma ortamlarının (örn: pozitif basınçlandırma, iklimlendirme) oluşturulması gerekmektedir.
 

Santrallerde en yaygın kullanılan iletkenler bakır ve alüminyumdur. Alüminyum, hidrojen sülfür (H2S) nedeniyle oluşan atmosferik korozyona karşı dayanıklı bir malzemedir.

Bakır iletkenlerde önlem alınmadığı takdirde işletmede ciddi sorunlar ile karşılaşılabilir. Herhangi bir önlem alınmayan bakır yüzeylerde hidrojen sülfür’ün (H2S) aşındırıcı etkisi oldukça yüksektir.

Bakır veya gümüş kaplı bakır, korozif çevre koşulları ile başedecek yapıya sahip olmadığından korozyona karşı dayanıklı hale getirmenin yolu iletkenleri kalay ile kaplamaktır. Özellikle hidrojen sülfür ve diğer korozif gazların kaynaklarına yakın yerlerde kullanılan tüm çıplak veya plastik izoleli bakır iletkenlerin, iletkenliklerini kaybetmemeleri için mutlaka kalay ile kaplanmaları gerekmektedir. Bir çok sahada görüldüğü üzere, kalay kaplanmamış yüzeylerde ciddi kararmalar, iletkenliklerde zayıflamalar görülürken; kalay kaplı yüzeylerde de bu kararmalar görülebilir ancak iletkenlik kaybı neredeyse hiç yoktur. (Şekil 2: Korozif (H2S) Etkiye Maruz Kalmış Çıplak Kalay Kaplı Topraklama İletkeni)

Şekil 2: Korozif (H2S) Etkiye Maruz Kalmış Çıplak Kalay Kaplı Topraklama İletkeni

Jeotermal enerji santrallerinde iletkenin izolasyon malzemesinin üzerinde dikkatle ve titizlikle durulması gerekmektedir. Kabloların damar izolasyonlarının ve dış kılıflarının doğru malzemelerden seçilmesinin korozyonun iletkene etkisini azalttığı bilinmektedir. Sülfürün, jeotermal enerji santrallerindeki formu ile PVC dış kılıfa ve polietilen izolasyon malzemesine nufüz ettiği fakat EPR (Etilen Propilen Kauçuk) malzemeden yapılmış olan kablo izolasyonunun hidrojen sülfürden etkilenmediği bilinmektedir.
 

Elektrik güç ve kontrol ekipmanları, santral içerisindeki tüm metal yüzeyler gibi hidrojen sülfür gazından ciddi şekilde etkilenmektedirler. Beklenmedik arızaların ortaya çıkışı, bu arızaların neticesinde de tesisin güvenli ve uzun süreli çalışmasının engellenmiş olması önemli olumsuzluklar olarak söylenebilir. Bu sorunları engellemek için elektriksel ekipmanların malzeme seçimleri ve sistem tasarımları yapılırken bazı özel önlemler alınması gerekir.

Özellikle akım taşıyan ve anahtarlama yapan ekipmanların yüzeylerinin gümüş kaplanması en sık görülen kaplama şeklidir. Hidrojen sülfür olan bir ortamda ise, bu gazın neden olacağı korozyon neticesinde, yüzeyde AG2S (gümüş sülfür) oluşacağından bu kaplama şekli çok fazla tercih edilmemelidir. İletken ve atmosfere açık olan kontakların kalay kaplı olması ileride karşılaşılması olası problemler için önlem olacaktır.

Jeotermal santrallerin kontrol devrelerinde kullanılan, röle ve kontaktörlerde, yani santralin kontrolünde önemli rol oynayan ekipmanların iletken yüzeylerinde kararmalar oluşabilir. Bunun neticesinde motor yolverme, generator koruma, yüksek gerilim şalt koruma-kumanda sisteminde gerekli açma kapamaların yapılmasında aksaklıklar yaşanabilir. Kumanda gerilimi yüksek tutulduğunda ise (220V), kontrol-kumanda ekipmalarının çalışma gerilim aralıkları artacak ve iletkenlik kaybı nedeniyle yapılamama ihtimali olan anahtarlamalar rahatlıkla yapılabilecektir.
 

►İlginizi Çekebilir: Hamitabat Doğalgaz Çevrim Santrali

Kontrol sistemlerinde kullanılan kabloların korozyondan olumsuz etkilenmeleri çalışan santralde ciddi problemler çıkarabilir. Jeotermal santrallerin kontrol sistemleri tasarımı yapılırken, saha dağıtım kutularında ve sinyal kablosu seçimlerinde bu etki göz önüne alınarak, iletkenlerin kalay kaplı olarak seçilmesi gerekmektedir. Jeotermal proses alanları içerisinde kullanılan elektrik panolarının metal yüzeyleri de korozyon tehlikesi altındandır. Özellikle soğutma kuleleri (cooling tower) ve taş dolgulu susturucu (rock muffler) üniteleri gibi jeotermal buhar, buhar-su karışımının atmosferle buluştuğu noktalara yakın tesis edilen panoların dış yüzey malzemelerinin paslanmaz çelik veya metal olmayan malzemelerden; IP66, NEMA 4X standartlarında seçilmesine dikkat edilmelidir. Bu malzemelerden seçilmiş panoların yatırım maliyetleri yüksek, bakım ve yenileme periyotları ise standart uygulamalara göre çok daha uzundur.

Orta gerilim ve alçak gerilim güç panolarında kullanılan bakır baraların kalay kaplanması gerekmektedir. Böylece elektrik enerjsi güç kaynağından, son tüketiciye kadar korozyona karşı önlem alınmış iletkenler vasıtasıyla taşınmış olacaktır.
 

Jeotermal santrallerde, bina içi mahallerde gerekli önlemler alındığında sıcak daldırma galvaniz elektrik tavalarının kullanımında bir sakınca yoktur. Diğer taraftan korozyon etkisinin çok yoğun olduğu harici alanlarda kablo tava ve borularının seçimine dikkat edilmesi gerekmektedir. Kablo taşıma ekipmanlarının mekanik mukavemetlerinin yanı sıra, korozif dayanımlarını da dikkate almak gerekmektedir.

Yağmur, kar gibi hava olaylarına maruz kalan ıslak metal yüzeylerde korozyon çok daha yoğun görülür. IEEE422’de de önerilen alüminyum veya paslanmaz çelik malzemeden yapılmış elektrik tavaları korozyana karşı dayanımı en yüksek çözümler olsa da maliyetleri yüksektir. Alüminyum tavalarda mukavemet ile ilgili problemler yaşanabilmektedir. (Şekil 3: Alüminyum tavada kablo yükü nedeniyle oluşan eğilme) Çok sık kullanılmamakla birlikte boyalı sıcak daldırma galvaniz elektrik tavaları korozif ortamlarda yeterli dayanıma sahiptirler.

Yeraltında kullanılması gereken kablo borularının ise metal yerine PVC veya polietilen malzemeden seçilmesi korozyona karşı alınan iyi bir önlem olacaktır.
 

Şekil 3: Alüminyum tavada kablo yükü nedeniyle oluşan eğilme

 

Sıfır altı topraklama malzemeleri de jeotermal santrallerde korozyondan etkilenen ekipmanlar arasındadır. Topraklama sistemi dizaynı yapılmadan önce toprak özgül direncinin ölçülmesi gerekmektedir. Toprak özgül direnci de toprağın korozif etkinliğini gösteren önemli parametrelerden biridir. Düşük toprak direnci, elektron akışına uygun olması nedeniyle aşındırıcı korozif reaksiyonları hızlandırıcı etki yapmaktadır. (Tablo 1 )
 

Tablo 1: Toprak özgül direnci ile korozyon etkisi arasındaki ilişki (Wranglén, 1972)

 

Toprağın gözenekli oluşu, düşük pH değeri (asidik) toprak altında serili olan çıplak iletkenlerin korozif etkisi olan gazla temasını kolaylaştırır ve korozyon etkisi ciddi şekilde artmaktadır. Tüm bu etkiler göz önüne alınıp, topraklama iletkeni cinsi ve kaplamasına karar verilmesi çok önemlidir. Aksi takdirde toprak altına gömülen iletkenlerin korozyona uğrayıp uğramadıklarını tespit etmek ve düzeltici faaliyette bulunmak çok güç olacaktır. Bu nedenle bakır topraklama iletkenlerinin kalay ile kaplanması önerilmektedir.

Jeotermal santrallerin elektrik ve otomasyon tasarımında, diğer enerji santrallerinden farklı olarak atmosferik korozyonun dikkate alınması çok önemlidir. Gerekli önlemlerin alındığı şalt ve otomasyon odaları, korozyona dayanıklı seçilmiş malzemeler jeotermal santrallerin güvenli ve sürekli çalışmasında önemli rol oynamaktadır.



Yazar: Selim Çoşkuner
Kıdemli Proje Mühendisi
Siemens Enerji Yönetimi Bölümü