Jeotermal aramalarda yüksek çözünürlüklü sismiğin önemi
Jeotermal aramalarda yüksek çözünürlüklü sismiğin önemi (kaynak: STRYDE)
Merve Uytun
22 Mar 2024
Hafif ve çevik düğüm teknolojisini kullanan sismik veri toplama, jeotermal gelişimin ön proje risklerini yönetmede önemli bir rol oynayabilir.
Jeotermal arama için kullanılan hemen hemen her yüzey araştırması, yüksek yoğunluklu verilerden yararlanacaktır. Daha sıkı bir mekansal dağılımda daha fazla veri, daha iyi modeller ve potansiyel bir jeotermal kaynağın daha iyi anlaşılması anlamına gelir. Ancak daha yüksek yoğunluklu araştırmaların tasarlanması ve yürütülmesinde maliyet ve lojistik hususları vardır ve bu seçenek tüm projeler için geçerli olmayabilir.
Philippa Decker tarafından yazılan bu makalede sismik düğüm teknolojisinin avantajlarını ve özellikle kentsel alanlarda sismik araştırmaların gerçekleştirilmesinde nasıl çığır açıcı olabileceğini inceliyoruz.
Jeotermal enerji, karbonsuz, sürekli bir ısı ve elektrik kaynağı olarak muazzam potansiyeline rağmen günümüzün küresel yenilenebilir kapasitesinin %1’inden azını oluşturmaktadır (IRENA, 2023). Yüksek ve dalgalı petrol ve gaz fiyatlarıyla karakterize edilen son küresel çatışmalar, hava durumuna bağlı yeşil enerji kaynaklarının ısınma ve elektrik şebekesinin istikrarı için fosil yakıtlarla bir arada bulunması gereken mevcut yenilenebilir enerji piyasasının sınırlamalarını ortaya çıkardı.
Bu, jeotermal enerjinin ısı ve enerji üretimini çeşitlendirmek ve yerelleştirmek için önemli bir stratejik çözüm haline gelmesi için yenilenmiş bir fırsattır. Jeotermal enerji, sürekli, karbon nötr bir enerji tedariği için yapbozun eksik parçasını sağlayabilir ve hava koşullarından ve küresel coğrafyadan bağımsız olarak elektrik, ısı ve katma değerli maden çıkarımı sağlayabilmesi açısından yenilenebilir enerji ekosisteminde benzersizdir.
Jeotermalin yüksek ön riskleri
Peki ayaklarımızın altındaki bu ücretsiz ve bol kaynağın gelişimini engelleyen ne? Kullanım sonunda, jeotermal tesisler verimli, ölçeklenebilir ve düşük işletme maliyetlerine sahiptir. Bununla birlikte, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının aksine, jeotermal enerji keşfinin ilk aşamaları nispeten yüksek riskle, daha uzun proje geliştirme zaman çizelgeleriyle karşı karşıya kalabilir ve önemli miktarda ön sermaye harcaması gerektirebilir (IRENA, 2023).
Maliyetleri azaltmak ve aşırı düzenleme ve sigorta maliyetlerinin yükünü hafifletmek için hükümetlerden artan desteği görsek de (Avrupa Parlamentosu, 2023), sondaj jeotermal projelerin en sermaye yoğun yönü olmaya devam ediyor ve toplam maliyetlerin yaklaşık %30-50’sini temsil ediyor (Dumas) ve diğerleri, 2013). Bu, kuyu konumları için karar alma sürecini yönlendirmek ve kuyu çıktısını en üst düzeye çıkarmak için jeotermal hedef alanların kapsamlı bir şekilde araştırılmasının önemini vurgulamaktadır. Jeotermal kaynakların başarılı bir şekilde araştırılması ve karakterizasyonu, yerel yeraltı jeolojisi hakkında doğru bilgi gerektirir (İrlanda, 2023).
Avrupa Parlamentosu’nun jeotermal enerjiye ilişkin 2023 raporunda “jeotermal için en önemli zorluklardan birinin yeterli jeotermal kaynak haritalamasının olmaması” olduğu belirtiliyor ve AB çapında bir “atlas” oluşturmak amacıyla yer altı verilerine erişimi artırmak için ortak bir çaba gösterilmesi çağrısında bulunuluyor.” (Avrupa Parlamentosu, 2023).
Yeraltı haritalaması için sismik veriler
Sismik yansıma araştırmaları, bir alanın yeraltı yapısının görüntüsünü oluşturmak için ses dalgalarını kullanır. Bu invaziv olmayan yöntemler, gaz ve hidrokarbon rezervleri ile maden yataklarının araştırılmasının omurgasını oluşturur (Mackowski ve diğerleri, 2019). Sismik veriler, yüzey altı ufukları, faylar, kırıklar ve kil örtüleri gibi özellikleri tespit ederek geçirgenlik ve akışkanların potansiyel göstergelerini tanımlamak için kullanılabilir (Trainor-Guitton, 2020).
Dış kaynaklar (titreşimli kamyonlar gibi) tarafından üretilen sismik dalgalar dünya boyunca ilerler ve kısmen jeolojik özelliklerden yansıtılır. Bu yansıma verileri, özel sensörler (alıcılar) tarafından yakalanır ve yeraltının ayrıntılı görüntülerini oluşturmak için işlenir. Sismik yeraltı görüntülemenin kalitesi, sismik keşif tarihi boyunca giderek artmaktadır. Veri işleme, anket tasarımları ve edinim yöntemlerindeki ilerlemeler önemli olmakla birlikte, edinim yüzey alanı başına ölçüm sayısı (kaynak/alıcı çiftleri) veya “iz yoğunluğu” arttığında veri kalitesinin büyük ölçüde arttığı açıktır (Ourabah ve diğerleri, 2021).
Yüksek yoğunluklu sismik verilerle çözünürlüğün iyileştirilmesi
Bu teknolojiyi petrol ve gaz endüstrisinden ödünç almak ve uyarlamak, jeotermal enerji geliştiricilerinin riskleri azaltmasına ve enerji verimini ölçmesine olanak tanır (Ourabah ve diğerleri, 2021). Çok yakın zamana kadar, yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu sismik araştırmaların engelleyici maliyetleri, jeotermal araştırmaya uygulanmasına sınırlamalar getiriyordu ve özellikle jeotermal hedef alanı için özel olarak hazırlanmış yeni araştırmalar yerine eski veriler sıklıkla kullanılıyordu (Ireland ve diğerleri, 2023). Yeni, yüksek yoğunluklu sismik araştırmalar yerine eski verilere veya bölgesel jeolojik araştırmalara güvenmenin, jeotermal aramalarda riski azaltmada sınırlı faydaları vardır. Yüksek iz yoğunluklu sismik kazanımların çözünürlüğü iyileştirdiği ve daha iyi sinyal-gürültü oranları sağlayarak daha net nihai görüntüler oluşturduğu gösterilmiştir (Ourabah ve diğerleri, 2014).
Petrol ve gaz endüstrisindeki araştırmaların giderek artan yoğunluğuna yönelik itici güç, eş zamanlı kaynak teknolojisinin ve tek noktalı alıcıların kullanılmasına yol açmıştır. Bu teknoloji, yalnızca araştırma yoğunluğunun artması nedeniyle değil, aynı zamanda projeleri mali açıdan daha uygulanabilir ve araştırmaya daha uygun hale getiren daha küçük, daha çevik ekipmanların yan faydaları nedeniyle, jeotermal gibi diğer endüstrilerdeki sismik araştırmaların uyarlanabilirliğinde devrim yarattı. (Ourabah ve diğerleri, 2021).
Sismik düğüm teknolojisinin avantajı
Geleneksel olarak sismik arazi araştırmaları, karmaşık kablo sistemleri ve yardımcı birimlerle büyük merkezi kayıt sistemlerine bağlanan hantal ve pahalı jeofon dizileri kullanılarak gerçekleştiriliyordu. Dağıtım için ağır ve maliyetli insan gücü gerektirirler, bu da çok sayıda dizinin konuşlandırılma olasılığını azaltır ve dolayısıyla araştırmaların yoğunluğunu sınırlar.
Araştırmacılar, daha ilk zamanlarda bile, elektrik kesintileri ve kablo hasarı nedeniyle verimsiz zaman gibi sorunlara neden olan kablolu sistemlerin engeli olmadan sismik veri elde edebilme ihtiyacını fark ettiler (Dean ve Sweeney, 2019). Sismik “düğüm” teknolojisi, daha yüksek yoğunluklu araştırmalar ve daha çevik ekipman talebi üzerine geliştirildi. Çok daha yoğun bir ızgaraya dağıtılan bağımsız, tek noktalı alıcılar, jeofon dizilerinin doğal ardıllarıdır ve araştırmaların yoğunluğunda gerçek iyileştirmelere ve araştırma sürecinin kolaylaştırılmasına olanak tanır. Daha hızlı, daha yoğun ve daha uygun maliyetli sismik arazi araştırmalarına olanak tanıyan hafif, kablosuz, otonom sistemleri sunarak sismik araştırmada devrim yarattıklarını kanıtlıyorlar.
Kentsel alanlarda sismik kampanyalar
Hafif otonom düğümlerin geliştirilmesi, potansiyel sondaj sahalarının konumunun neredeyse her zaman son kullanıcılara yakın olduğu ve bu nedenle genellikle kentsel, endüstriyel veya tarımsal alanlarda yer aldığı jeotermal arama için özel bir öneme sahiptir. Kablolu sistemler bu bağlamda son derece pratik değildir ve hantal ve kırılgan olmanın yanı sıra araştırma planlaması ve izin verme konusunda kısıtlamalar sunar (Ourabah ve diğerleri, 2021). Küçük, otonom sismik alıcılar, araştırmaların her türlü arazide, yerel nüfusa veya çevreye minimum etkiyle kolayca yürütülmesini sağlar.
Düğüm teknolojisinin sismik araştırmaların hızını ve basitliğini (ve dolayısıyla maliyetini ve yoğunluğunu) önemli ölçüde arttırabilmesi için düğümün tamamen özerk, hafif ve çevik olması çok önemlidir. İlk düğüm sistemleri, birimlerin hacmini ve ağırlığını artıran ve dolayısıyla dağıtım süresini, çevre üzerindeki etkiyi ve sağlık ve güvenlikle ilgili sorunları artıran radyo vericileri, harici piller ve takılabilir sensörler gerektiriyordu. Halen piyasada bulunan, zayıf pil ömrüne ve yüksek fiyat etiketlerine sahip hantal, pahalı düğümler, jeofon dizilerinde çok büyük iyileştirmeler sunmuyor.
Sismik araştırmalar için STRYDE çevik düğümü
Bugün piyasadaki en küçük düğüm, STRYDE’nin “çevik” düğümüdür. Yalnızca 13 x 4 cm ölçülerinde ve yalnızca 150 gram ağırlığında olan bu düğüm, en az %75 oranında piyasadaki en hafif otonom düğümdür.
STRYDE Nodes™, optik indirme ve endüktif şarj özelliğini kullanarak harici konektörlere ve pil sistemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. STRYDE’nin Node™’u, petrol ve gazdan karbon yakalamaya, jeotermal ve hatta arkeolojik araştırmalara kadar çeşitli projelerde başarıyla kullanıldı (Ourabah ve diğerleri, 2021). Projelerin çeşitliliği, kapsamı ister 100 km2’yi kapsayan geniş kurak bir konum, isterse yoğun bir kentsel alan olsun, kaliteli, yüksek yoğunluklu sismik araştırmalar sağlayan düşük maliyetli, en son teknoloji olarak STRYDE Node™’un başarısına işaret etmektedir.
STRYDE Nodes™, yürüyerek etkili bir şekilde konuşlandırılacak şekilde özel olarak tasarlanmıştır. Tek bir kişi tarafından 90’a kadar düğüm taşınabilir; bu da önemli ölçüde daha kısa dağıtım ve geri alma süreleri, karmaşık konumlara daha kolay erişim ve yerel çevreye minimum etki sağlar. Düğümler ergonomik tasarımlı sırt çantalarında taşınıyor ve sahada yeniden yapılandırılarak ağır araçlara veya uzman konuşlandırma personeline ihtiyaç duyulmuyor. Bunun, kurulumun basitleştirilmesi yoluyla projelerin maliyetinin azaltılmasında ve ayrıca anketlerin çevresel etkisinin azaltılmasında ve dolayısıyla ek çevresel izinlerin veya topluluk itirazlarının önlenmesinde doğrudan bir etkisi vardır.
İsviçre’de sismik araştırma
STRYDE’nin düğüm teknolojisi yakın zamanda , jeotermal enerji için dünyanın en yoğun 3 boyutlu düğüm araştırmasını gerçekleştirmek üzere İsviçre’nin Eclépens kentinde Swiss Geo Energy ile yapılan bir projede sergilendi. Yeraltı alanının ayrıntılı bir haritası için gerekli verileri toplamak amacıyla, 100 km2’lik kentsel ve tarımsal araziye 21.000 STRYDE Node™ yerleştirildi. Aktif kaynak araştırmasının tamamlanması yalnızca 11 gece sürdü ve yaklaşık 400 km3’lük bir hacmi tanımlayan neredeyse 100 terabaytlık kayıtlı veriyle sonuçlandı ( www.swissgeoenergy.com ) .
Kablolu sistemleri kullanan eşdeğer bir araştırma, baştan sona çok daha uzun sürecek ve bu kadar yoğun kentsel alanlarda gerçekleştirilmesi son derece karmaşık olacaktı. Realtimeseismic CEO’su Claudio Strobbia, “3 boyutlu sismik, jeotermal kaynakları düzgün bir şekilde geliştirmek için yeterli doğruluğu sağlayabilen tek jeofizik teknoloji olduğundan bu tür faaliyetlerde bir artış göreceğimizi” belirtiyor.
Jeotermal enerjinin gerçek potansiyeline ulaşması ancak jeotermal projelerin erken planlama ve geliştirme aşamalarındaki engellerin kaldırılmasıyla mümkün olabilir. STRYDE çevik düğümü gibi petrol ve gaz endüstrisi için geliştirilen teknolojik gelişmeler, jeotermal genişlemeyi teşvik etmek için gereken yatırımı teşvik etmenin anahtarı olabilir.
Alıntı yapılan çalışmalar
Crosby D ve Calman I, (1996) Jeotermal Alanlarda Sismik Teknikler . 18. Yeni Zelanda Jeotermal Çalıştayı . Bildiriler
Dean T. ve Sweeney D. (2019) Düğümlü arazi sismik edinim sistemlerinde son gelişmeler . AEGC 2019: Veriden Keşfe – Perth Avustralya
Dumas P., Antics M. ve Ungemach P. (2013) http://www.geoelec.eu/wp-content/uploads/2011/09/D-3.3-GEOELEC-report-on-drilling.pdf
Avrupa parlamentosu (2023), Jeotermal Enerji Raporu 2023/2111(INI) https://www.europarl.europa.eu/doceo/document/A-9-2023-0432_EN.html#_section2
Ireland M., Dunham C., Gluyas J. (2023) Jeotermal için Sismik . Yerbilimci. https://geoscientist.online/sections/unearthed/seismic-for-geothermal/
IRENA ve IGA (2023), Küresel jeotermal pazar ve teknoloji değerlendirmesi, Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı , Abu Dabi; Uluslararası Jeotermal Birliği, Lahey
Mackowski T., Sowizdzal A. ve Wachowcz-Pyzik A. (2019) Jeotermal Su Kaynağı Araştırmasında Sismik Yöntemler: Polonya’nın Orta Kısmı, Lodz Çukuru’ndan örnek olay incelemesi , Jeoakışkanlar https://doi.org/10.1155/2019/ 3052806
Ourabah A., Popham M., Einchcomb C. (2021), Oyunun kurallarını değiştiren düğümler, her endüstri için yüksek yoğunluklu sismik olanak sağlar , First Break, Cilt 39, 81-88
Ourabah A., Grimshaw M., Keggin J., Kowalczyk-Kedzierska M., Stone J., Murray E., Cooper S. ve Shaw L. (2014) Ultra Yüksek Yoğunluklu Arazi Sismik Verilerinin Edinilmesi ve Görüntülenmesi – Pratik zorluklar ve mekansal örneklemenin etkisi . 76. Konferans ve Sergi, EAGE
Trainor-Guitton W., Jeotermal keşif için jeofizik verilerin değeri: Ampirik, saha ve sentetik verilerden örnekler , The Leading Edge, Cilt. 39, Sayı 12, 2020.
Kaynak: ThinkGeoEnergy
