Energy cost in geothermal power plants

Abstract

Keywords: Geothermal; Energy cost; Levelized costs.

1. Gi̇ri̇ş

Jeotermal güç santralleri ile ilgili maliyet analizleri, hem ulusal hem de uluslararası literatürde çok az rastlanan bir konudur. Oysa jeotermal santrallerde performansı gösteren en önemli parametre verim değil, birim elektriksel güç başına enerji maliyetidir. Jeotermal rezervuardan sağlanan ısı enerjisinin, ısı üretim maliyetinin olmaması (akışkanın yer üstüne çıkarılması ile ilgili e-posta: dagdas@yildiz.edu.tr, tel: (0212) 259 70 70 / 2488

Energy Cost in Geothermal Power … maliyetler hariç) ve kaynağın yenilenebilir olması bu tip santrallere ait verim hesaplamalarında bulunan değerleri çok anlamlı kılmamaktadır. Bu nedenle jeotermal güç santrallerinin diğer konvansiyonel santrallerle karşılaştırılmasında, verim yerine birim elektrik üretim maliyetinin kullanılması daha doğru olacaktır. Jeotermal akışkanların sıcaklık ve basınçlarının, konvansiyonel sistemlerde elde edilen akışkan sıcaklık ve basınçlarına göre oldukça düşük olması, bu santrallerdeki verim düşüklüğünün temel sebebidir. Fakat verimin düşük olması jeotermal santrallerin yapımlarını engellememektedir. Çünkü bir ülke için enerji kaynaklarındaki çeşitlilik, çevresel açıdan uygunluk, ülkenin döviz kaybının azaltılması gibi faktörler jeotermal güç santrallerinin yapımını teşvik etmektedir. Oysa klasik fosil yakıtlı santrallerdeki yakıt maliyetleri, bu tip santrallerdeki elektrik üretim maliyetini belirleyen en önemli harcamadır. Bu açıdan santral verimleri oldukça önemlidir. Jeotermal enerji uygulamalarının maliyetleri öncelikle jeotermal sahanın özelliklerine ve uygulamanın tipine bağlıdır. Jeotermal santrallerde elektrik üretim maliyetlerinin, kuyu açma maliyetlerine ve farklı ülkeler için çok değişken olan bireysel kuyu üretimlerine çok duyarlı olduğu vurgulanmalıdır. Jeotermal projelerin yürütülmesindeki teknik ve ekonomik parametreler sahadan sahaya oldukça farklılıklar gösterir. Bu nedenle her bir jeotermal proje kendine özgü üretim maliyetlerine sahiptir ve bu maliyetleri genelleştirmek mümkün değildir. Ancak ön fizibilite çalışmaları için genel maliyetler kullanılabilir. Jeotermal enerjili doğrudan ısıtma uygulamalarında üretim maliyetini etkileyen temel faktörler; rezervuarın karakteristik özellikleri (derinlik, sıcaklık, debi vs.), yerel iklim şartları, yerel ısı talepleri ve ısı tüketiminin tipidir (büyük bölgesel ısıtma sistemleri, bireysel ısıtma veya soğutma, jeotermal ısı pompası uygulamaları, diğer kullanımlar gibi ). Jeotermal enerjinin avantajlı olup olmadığı, bu enerjinin konvansiyonel veya diğer yenilenebilir enerji sistemleri ile mukayese edilmesi sonucunda ortaya çıkar. Genellikle elektrik üetim maliyeti, standart ekonomik ve finansal analizlere dayanmaktadır. Jeotermal projelerin uluslararası finans kurumlarınca desteklenmesi, elde edilen elektrik maliyetlerinin alternatif yöntemlerle elde edilenlerden daha düşük olmasına bağlıdır. Halen Türkiye’de ve Avrupa’da fosil yakıtların özellikle de doğal gazın düşük maliyetli olması, sadece yakıt fiyatlarına bağlı olan mukayeselerde, jeotermal enerjiyi pahalı kılmaktadır. Bu durumda sadece çok yüksek kalitelere sahip (yüksek entalpili veya doğrudan kuru buhar üreten) akışkan üreten jeotermal kaynaklar, alternatifleriyle rekabet edebilecek maliyetlerde elektrik üretebilirler. Oysa Türkiye’de bu tip jeotermal kaynak hemen hemen hiç yoktur. Bununla birlikte, eğer mukayeseler sadece finansal kriterlerle sınırlı değilse, jeotermal enerji klasik enerji kaynakları ile daha fazla rekabet edebilmektedir. Enerji üretiminde bir de görünmeyen fakat gerçekte maliyetleri ciddi oranda artırabilecek unsurlar bulunmaktadır. Örneğin konvansiyonel fosil yakıtlı sistemlerin çevreye ve insan sağlığına verdiği zararları ortadan kaldırmak için yapılan harcamalar dikkate alındığında (her türlü arıtma sisteminin kurulması, küresel ısınma ile oluşan olumsuzluklar, sağlık ve tedavi giderleri vb.), jeotermal enerji gibi yenilenebilir enerji sistemlerine ait enerji maliyetlerinin ekonomik açıdan da uygun olacağı düşünülebilir. Jeotermal güç santralleri iklim ve mevsimlerden bağımsızdır. İklim şartları bazı santrallerde soğutma kapasitesini etkileyebilir. Fakat genel olarak jeotermal güç santralleri (JGS) gün ve yıl boyunca sabit yükte çalışabilirler. Bu nedenle, JGS’leri şebekeye bağlandıklarında diğer tip santrallerle birlikte temel yük santrali olarak çalışmaya uygundurlar. İzlanda’da JGS’lerinin ortalama çalışma süreleri yılda yaklaşık 8000 saat civarındadır. JGS’lerin kapasite faktörlerinin yüksek olması, ürettiği kWh başına üretim maliyetini ekonomik açıdan uygun konuma getirmektedir [1-3]. Bu çalışmanın amacı, jeotermal elektrik üretim maliyetinin belirlenmesidir. Yukarıda da belirtildiği gibi jeotermal kaynaklı enerji üretim sistemlerinin klasik sistemlere göre en önemli avantajı yakıt maliyetlerinin olmamasıdır. Diğer bir avantaj da, jeotermal enerjili uygulamalarda kullanılan ekipmanların klasik sistemler için kullanılan ekipmanlarla hemen hemen aynı

olmasıdır. Jeotermal enerji uygulamaları bu özellikleri ile diğer yenilenebilir enerjili sistemlerine de üstünlük sağlamaktadır.

2. Jeotermal Santral Ekonomi̇si̇ne Genel BİR Bakiş

Jeotermal enerjiden yararlanma ile ilgili maliyet ekonomisi başlıca iki faktörden meydana gelir. Bunlar; - Yer üstü maliyetleri - Yer altı maliyetleri Yer üstü maliyetleri, yüzey araştırması işlemleri, santral inşası ile ilgili işleri ve buhar toplama sistemlerini kapsarken, yer altı maliyetleri kuyu açma işlemlerine ait yatırımları kapsar. Yüzey maliyetleri, yüzeydeki diğer inşa çalışmaları gibi (inşaatlar, yollar, köprüler) aynı doğrulukta belirlenebilirken, kuyu açma maliyetleri ile ilgili belirsizlikler daha fazladır. İzlanda’daki 5 güç santrali için yapılan analizlerde yüzey maliyetleri yaklaşık 1000 USD/kW civarındadır [1]. Kuyu açma çalışmaları ile ilgili maliyetler sahadan sahaya ve ülkeden ülkeye büyük farklılıklar gösterebilmektedir. ABD için tipik kuyu açma maliyetleri Çizelge 1’de görülmektedir [2]. Çizelge 1. ABD’de tipik kuyu açma maliyetleri (x bin US$) Kaynak Adı The Geysers, California Baca, New Mexico Roosevelt Hot Springs, Utah Imperial Valley, California (ortalama)

Kuyu maliyetleri ile ilgili farklı bir referanstan alınan maliyetler aşağıdaki gibidir [3]; 610 m’lik kuyu için birim maliyet 886 $/m 1829 m’lik kuyu için birim maliyet 984 $/m 3048 m’lik kuyu için birim maliyet 1083 $/m 4572 m’lik kuyu için birim maliyet 1206$/m Doğrudan kullanım uygulamaları için açılan kuyuların % 90’ının derinlikleri 550 m. den daha büyüktür. Bu tip kuyularda kuyu açma maliyetleri 100 - 650 $/m aralığında değişir. En yaygın karşılaşılan aralık ise 170-350 $/m aralığıdır [4]. Düşük sıcaklıklı kaynaklarda jeotermal akışkanın ekserji içeriği oldukça düşüktür ve santralin uygun miktarda güç üretimini sağlamak için yüksek debilere ihtiyaç vardır. Bu durum önemli pompa güçlerini gerektirir. Böylece santralin net güç üretimi azalır. Düşük sıcaklıklı kaynaklarda birim elektrik maliyeti, yüksek sıcaklıklı kaynaklara göre, pompalama güçlerinden daha çok etkilenir [5]. Jeotermal akışkanın toplanması ve reinjeksiyonu için yapılan yatırımların toplam maliyetteki payı %30-40 civarındadır [6]. Küçük binary jeotermal santraller için sermaye ve işletme- bakım (O&M) maliyetleri Çizelge 2’de görülmektedir [4]. Çeşitli jeotermal santrallerin birim tesis maliyetleri aşağıda belirtilmektedir. Verilen rakamlar; kuyu açma maliyetleri ile jeotermal akışkanın toplama ve reinjeksiyon maliyetlerini kapsamamaktadır, jeotermal iletim hatlarının kısa olduğu ve tüm vergilerin hariç tutulduğu kabul edilmektedir [7];

Energy Cost in Geothermal Power … Çizelge 2. Küçük Binary Jeotermal Güç santrallerinde Sermaye ve O&M Maliyetleri Net Power (kWe)

Kaynak Sıcaklığı (0C) 120 140 Sermaye Maliyeti ($/kWe) 2429 2215 2242 2044 2055 1874 1868 1704

Tipik atmosferik çıkışlı JGS’ler için birim kuruluş maliyetleri; - 2.5 MW için 1250 $/kWnet - 5 MW için 1050 $/kWnet Tek flaşlı JGS’ler için birim kuruluş maliyetleri; - 5 MW (Yoğuşmalı) için 1690 $/kWnet - 10 MW (Yoğuşmalı) için 1485 $/kWnet Binary JGS’ler için birim kuruluş maliyeti 1900 $/kWnet’dir Çift fazlı JGS’ler için birim kuruluş maliyetleri ; - Doğrudan atmosferik çıkışlı çift fazlı santral için 1750 $/kWnet - Üst Çevrim olarak atmosferik çıkışlı türbine sahip çift fazlı santral için 1620 $/kWnet - Alt Çevrim olarak kondensasyonlu türbine sahip çift fazlı santral için 1490 $/kWnet Bazı santraller için birim işletme ve bakım (O&M) maliyetleri aşağıdaki gibidir [3]; - Flaş sistem santraller için 0.0123 $/kWh - Binary sistem santraller için 0.0112 $/kWh

Beli̇rlenmesi̇

Bir santralde üretilen enerjinin maliyeti, seçilen bir tarihte hesaplanan yıllık sermaye masrafları, işletme ve bakım masrafları ve yakıt masrafları toplamının, yıllık elektrik üretim miktarına bölünmesi ile bulunur. g=

Burada, Ck yıllık sermaye masraflarını, Cm işletme ve bakım masraflarını, C f yakıt masraflarını, E ise yıllık toplam elektrik üretim miktarını temsil etmektedir. Jeotermal enerji santralleri için enerji maliyeti ise; g=

olarak ifade edilebilir. Ekonomik yatırımlar faiz ve eskalasyon oranlarından etkilenmektedirler. Bu nedenle, santralde üretilen elektrik maliyetinin daha doğru olarak hesaplanması, santralin yapımı ve çalışma ömrü boyunca yapılan tüm masrafların referans bir tarihe getirilmiş toplamlarının, o santralin ömrü boyunca üreteceği elektrik enerjisine bölünmesi ile yapılır. Bu yönteme bir değere getirilmiş maliyetler yöntemi (levelized costs yöntemi) adı verilir. “Levelized costs” metodu ile bulunan enerji maliyeti değeri, toplam enerji miktarı ile çarpıldığında bulunan meblağ, santral için yapılan tüm masrafların aynı tarihe getirilmiş değerine eşit olur. Bu metoda göre enerji üretim maliyeti aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır [8];

bu bağıntıda, Ck sermaye masrafını, Cm işletme ve bakım masrafını, Cf yakıt masrafını, E yıllık üretilen enerji miktarını, r iskonto oranını, t ise yılı temsil eder. Jeotermal santrallerde yakıt giderleri olmadığı için Denk (3), aşağıdaki hale gelir. n

Beli̇rlenmesi̇

Flaş tipi jeotermal güç santralleri için birim tesis maliyeti saha geliştirme ve kuyu açma maliyetleri hariç 1485 $/kWe’dir. Saha geliştirme ve kuyu açma maliyetleri de dahil edildiğinde santral birim maliyeti 2004 fiyatları ile 1988 $/kWe olmaktadır [7-9]. İnşaatına 2005 yılında başlanan ve 5 yıllık inşaat süresi kabul edilerek 2010 yılında işletmeye açılması planlanan 20 MWe güç üretim kapasiteli bir tek flaşlı santralde üretilen elektrik maliyetinin belirlenmesi amacıyla bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Yapılan analizlerde kullanılan bazı karakteristik değerler Çizelge 3’de gösterilmektedir. Jeotermal santral için kapasite faktörü %90 alınmıştır. Çizelge 3. Analizlerde kullanılan bazı değerler Birim tesis maliyeti Santral yük faktörü Santral ömrü Santralin inşa süresi Faiz oranı Eskalasyon oranı İskonto Oranı Birim O&M Maliyeti

İnşaat süresince yapılacak yatırımın dağılımı aşağıdaki gibi kabul edilmiştir. 1. yıl: %20, 2. yıl: %30, 3. yıl: %30 4.yıl: %15 5.yıl: %5 Literatürde 20-30 MW güç üreten bir jeotermal santralin yapım süresinin 6 yıl olduğu belirtilmiştir [1]. Bu çalışmadaki analizlerde santralin yapım süresi 5 yıl olarak kabul edilmiştir

Toplam

Eskalasyonsuz Harcama Planı (M$) 7.952 11.92 11.92 5.964 1.988 39.76

Eskale edilmiş Harcama Planı (M$) 8.350 13.15 13.80 7.249 2.537 45.09

e=%5 Eskalasyon Yükü (M$) 0.387 1.223 1.880 1.285 0.549 5.335

İnşaat yılları boyunca yapılan yıllık harcamaların kredi olarak alındığı düşünülürse, inşaat peryodunun sonunda toplam eskale edilmiş harcama miktarına ilave olarak bir faiz yükünün de geri ödenmesi gerekmektedir. İnşaat süresi boyunca faiz yükleri ve inşaat bitimindeki toplam yatırım maliyeti Çizelge 5’ de görülmektedir. Çizelge 5. İnşaat Süresince Faiz Hesabı i=%6.8 Yıl Sonu 2005 2006 2007 2008 2009

Toplam

Eskale Edilmiş Harcama (M$) 8.350 13.15 13.80 7.249 2.537 45.09

Eskale Edilmiş Harcama+Faiz (M$) 10.86 16.02 15.75 7.742 2.537 52.91

Çizelgede görüldüğü gibi, inşaat süresince yapılan yatırım harcamalarından dolayı eskalasyon ve faiz yükleri de dahil olmak üzere, santralin işletmeye geçiş tarihi (1.1.2010) itibariyle toplam kredi borcu 52.91 M$ olmaktadır. İşletmeye başlama tarihindeki değeri P olan yatırımın sabit yıllık sermaye maliyeti;

bağıntısı ile bulunur. Buna göre sermaye masrafı için kullanılan kredinin geri ödemesi, santralin işletmeye başlama tarihi olan 1.1.2010’da başlarsa, santral ömrü boyunca sabit yıllık sermaye masrafı,

⎡ 0.068(1 + 0.068) 25 ⎤ i (1 + i ) n = 52.91 ⎢ (1 + 0.068) 25 − 1 ⎥ = 4.459 M $ (1 + i ) n − 1 ⎣ ⎦

olarak hesaplanır. Jeotermal santralde yıllık ortalama elektrik enerjisi üretimi;

E = 8760 x N e x L f = 8760.2.104.0,90 = 157, 7.106 kWh/yıl olarak bulunur ( L f yük faktörü). Geri ödeme peryodunda (n=25) yıl her yıl geri ödenecek sabit miktarın yıllara göre faiz ve ana para kısmı ile yıllık ödemelerin bu günkü (1.1.2010) değeri Çizelge 6’da görülmektedir. Çizelge 6. Sabit Yıllık Sermaye Masrafı ve “Levelized Costs” Metodu ile Sermaye Maliyetinin Hesabı (M$) Yıl

Toplam

Yıllık Serma ye Masraf ı (Ck) 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 4.459 111.4

Çizelge 6’da görüldüğü gibi, 25 yıl boyunca ödenecek sabit yıllık sermaye masrafının bu günkü değeri; 25

∑ C (t ).(1 + r ) = 4, 459.10 .(1 + 0.068) = 47, 60 M $ t =1

∑ E (t ).(1 + r ) = 157, 7.10 .(1 + 0.068) = 16,83.10 [ kWh / yıl ] −t

olarak bulunur. Buna göre, “levelized costs” yöntemine dayanan, birim enerji başına sermaye maliyeti ( g k );

47.60.109 = 28, 28 mills/kWh olarak hesaplanır (1 $ = 1000 mills). 16.83.108

Toplam

Yıllık O&M Masrafı (Cm) 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 1.400 35

Bu günkü Değeri 1.296 1.200 1.111 1.029 0.952 0.882 0.816 0.756 0.700 0.648 0.600 0.555 0.514 0.476 0.441 0.408 0.378 0.350 0.324 0.300 0.278 0.257 0.238 0.220 0.204 14.94

(1+r)-t r = % 6.8 0.9259 0.8573 0.7938 0.7350 0.6806 0.6302 0.5835 0.5403 0.5002 0.4632 0.4289 0.3971 0.3677 0.3405 0.3152 0.2919 0.2703 0.2502 0.2317 0.2145 0.1987 0.1839 0.1703 0.1577 0.1460 ----

Çizelge 7’den anlaşıldığı gibi 25 yıl boyunca yıllık O&M masraflarının bu günkü (1.1.2010) değeri 14.94 M$ olmaktadır. Buna göre “bir değere getirilmiş maliyetler” yöntemi ile enerjinin birim elektrik enerjisi başına işletme ve bakım (O&M) maliyeti ( g m );

5. Sonuçlar

Bir değere getirilmiş maliyetler yöntemi kullanılarak jeotermal santrallerde enerji üretim maliyetinin güç ve kredi faiz oranına bağlı değişimleri Şekil 2 ve Şekil 3’teki grafiklerde görüldüğü gibi belirlenmiştir. Buna göre; Ne=20 MWe ve %1< i <%10 aralığı için birim enerji üretim maliyeti 22 < g < 48 mills/kWh arasında değişmektedir. Üretim maliyetinin güce bağlı değişimi ise i=%6,8 ve 15<Ne<48 MWe aralığı için 47>g>32 mills/kWh aralığında olmaktadır. Bu sonuçlara göre jeotermal enerji santrallerinin üretim maliyeti, orta ve büyük güçlü konvansiyonel doğal gaz ve kömür yakıtlı santrallerin üretim maliyetlerine yakın olmaktadır. Ancak fosil yakıt kaynaklı konvansiyonel santrallerin enerji üretim maliyet hesabında çevresel etki maliyetleri de dikkate alınırsa, jeotermal santrallerin, enerji üretim maliyeti yönünden oldukça avantajlı olduğu belirtilebilir.

Share and Cite