Google’ın Jeotermal Deneyleri, Enerji Dönüşümüne Mühendislik Tabanlı Şablonlar Sunuyor

YZ çağında dijital altyapılar yalnızca daha hızlı işlem gücü değil, aynı zamanda son derece dayanıklı ısıl ve enerji sistemleri de gerektiriyor. Büyük dil modellerinin eğitimi ve gerçek zamanlı çıkarım süreçleri, veri merkezlerinin daha yoğun, daha sıcak ve daha uzun süreli çalışmasına neden oluyor. Geleneksel hava soğutma sistemleri artık sınırlarına ulaşmış durumda.

Donanımdaki her sıçramayla bu baskı daha da artıyor. Örneğin Nvidia’nın GB200 çipi, selefine göre 30 kata kadar daha yüksek performans vadediyor; ancak ısıl yükü, klasik soğutma sistemlerini aşırı zorlayan bir seviyede. Bu tür talepleri karşılamak, enerji ve soğutma sistemlerinin birlikte yeniden düşünülmesini zorunlu kılıyor.

Ortaya çıkan çözümlerden biri, yerin derinliklerinden geliyor: mühendislik temelli jeotermal sistemler, yalnızca sürekli ve düşük karbonlu enerji sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda YZ ölçekli işlem yüklerinin ısıl sınırlarına da çözüm getiriyor. Bu dönüşüm yalnızca jeolojik değil, aynı zamanda tamamen mühendislik odaklı bir yaklaşım gerektiriyor.

Bahsi geçen alanda öncülüğü üstlenen hyperscaler şirketlerden biri Google. Şirket, gelecek nesil veri merkezlerine jeotermali doğrudan entegre ediyor. Teknik açıdan oldukça zorlu pilot projeler aracılığıyla, jeotermal enerjinin yalnızca niş kullanımların ötesine taşınıp yük takibine uygun biçimde ölçeklenip ölçeklenemeyeceğini, kendi operasyonlarının ötesinde, karbon sıfır altyapının mühendislik modeline dönüşüp dönüşemeyeceğini test ediyor.

Stratejiler başarıya ulaşırsa, Google’ın enerji ihtiyacının neredeyse kesintisiz, karbon sıfır kaynaklarla karşılanması mümkün hale gelebilir.

Google’ın Büyük Planı

Google son yıllarda, dünya genelinde iki büyük jeotermal proje için bir dizi stratejik ortaklık anlaşması yaptı. İlki, Nevada’da Fervo Energy iş birliğiyle geliştirilen ve yatay sondaj ile fiber optik izleme kullanan türünün ilk örneği olan bir gelişmiş jeotermal sistem (EGS). ABD Enerji Bakanlığı da EGS sistemlerini araştırıyor ve bu sistemlerin 65 milyondan fazla Amerikan hane ve işletmesine enerji sağlayabilecek potansiyele sahip olduğunu belirtiyor.

İkinci proje ise Google’ın Tayvan’daki ilk kurumsal jeotermal elektrik alım anlaşmalarını (PPA) içeren bir yatırım. Baseload Capital ile ortak yürütülen proje, 10 MW’lık sürekli enerji sağlamayı ve ülkenin jeotermal hedeflerini canlandırmayı amaçlıyor. Bu anlaşmalar yalnızca Google’ın karbon sıfır enerji (CFE) hedeflerine hizmet etmekle kalmıyor; aynı zamanda jeotermalin ana akım enerji kaynağı haline gelmesi için gerekli mühendislik test alanlarını da oluşturuyor.

Jeotermal Enerji Nedir?

Jeotermal enerji, yer kabuğunun altında depolanan ısıdan elde edilir. Elektrik üretimi veya bina ve endüstriyel süreçlerde doğrudan ısıtma amacıyla kullanılabilir. Yeryüzü çekirdeği sürekli ısı ürettiği için jeotermal, hava koşullarından bağımsız çalışan yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak kabul edilir.

Üç ana jeotermal sistem türü bulunur:

• Sığ jeotermal sistemler: Genellikle ısı pompası kullanılarak zemine yakın katmanlardan ısıtma/soğutma sağlar. En yaygın sistemdir.
  
  
• Derin jeotermal sistemler: Daha yüksek sıcaklıktaki kaynaklara erişmek için daha derine inilir. Elektrik üretimi için uygundur.
  
  
• Maden suyu jeotermal sistemleri: Eski ya da terk edilmiş madenlerin içindeki ısıdan faydalanılır. Nadir kullanılır.
  
  

Sistem türü ne olursa olsun, enerji üretimi türbinler ve jeneratörlerle sağlanabilir veya ısı doğrudan dağıtım hatlarına verilebilir.

Nevada’daki Projenin İç Yüzü

Google’ın Nevada’daki tesisinde, Fervo Energy mühendisleri, sıcak kaya katmanlarının derinlerine gömülü bir ısı değiştirici gibi çalışan ikili yatay kuyu sistemi geliştirdi. Biri enjeksiyon, diğeri üretim için açılan bu kuyular, kaya içine mühendislik müdahalesiyle oluşturulan çatlaklardan geçerek kapalı devre sıvı dolaşımı sağlıyor.

Kuyu duvarları boyunca döşenen fiber optik kablolar sayesinde sıcaklık, basınç ve akış hızı gerçek zamanlı olarak izleniyor. Google’ın açıkladığına göre, temel zorluk yeterli ısı çekimi sağlarken kayayı aşırı soğutmamak ve akış döngüsünü fazla zorlayarak basınç kaybı ya da çatlak çökmesi gibi riskler oluşturmamak.

Sistem yalnızca termal değil, aynı zamanda mekanik ve hidro-dinamik olarak da modellenmek zorunda kaldı. Bunun için petrol mühendisliğinden alınan araçlar kullanıldı: sondaj yönlendirme, akış simülasyonu ve rezervuar stabilite analizleri.

Proje kapsamında kullanılan akışkanın seçimi dahi karmaşık bir mühendislik problemi. Su gibi bir sıvının viskozitesi, kaynama noktası ve yeraltı mineralleriyle etkileşimi; verimliliği, korozyon riskini ve pompa tasarımını doğrudan etkiliyor.

Klasik soğutma sistemlerinin aksine, bu sistem ısıyı dağıtmak yerine onu elektriğe çeviriyor ve yerel şebekeye geri besliyor. Hedefin gerçekleştirilebilmesi için proje mühendisleri aşağıdaki unsurları entegre etmek zorunda kaldı:

• Yerel şebeke yük yönetimi
  
  
• Veri merkezi tüketim profilleri
  
  
• Değişken üretimi yöneten güç elektroniği
  
  
• Termal üretimi kullanım senaryolarına göre ayarlayan kestirimci kontrol algoritmaları
  
  

O yüzden proje yalnızca jeotermal enerjiyle değil, çok kaynaklı gerçek zamanlı enerji yönetimiyle ilgili bir mühendislik girişimi olarak öne çıkıyor.

Google’ın Tayvan Projesi

Binlerce kilometre ötede Google, benzer mühendislik ilkelerini çok farklı bir jeolojik ortamda uygulamaya çalışıyor: Tayvan’daki jeotermal potansiyeli harekete geçirmek.

Nevada’daki sistem mühendislik temelli bir ısı yaratımına dayanırken, Tayvan’daki sistemler yüzeye daha yakın hidrotermal rezervuarları kullanıyor. Ancak bu da kolay değil.

Tayvan’ın kırıklı ve sığ jeolojisi, sondajları riskli ve kuyuları istikrarsız hale getiriyor. Ayrıca ülke, Pasifik "Ateş Çemberi" üzerinde yer aldığı için yüksek yağış ve sismik aktivite, altyapının uzun vadeli dayanıklılığı açısından ciddi zorluklar oluşturuyor. ABD’ye kıyasla Tayvan’da jeotermal mühendisliği konusunda sınırlı yerel uzmanlık bulunuyor ve bu da uluslararası ortaklıkları zorunlu kılıyor.

Tüm bu koşullara rağmen Google, Baseload Capital ile birlikte Tayvan’da ilk kurumsal jeotermal elektrik alım anlaşmasını imzaladı. Anlaşma başlangıçta yalnızca 10 MW kapasiteyi kapsıyor, ancak hükümetin 2050’ye kadar 6 GW hedefi göz önüne alındığında, bu adım çok daha büyük bir dönüşümün öncüsü olarak değerlendiriliyor.

Amaç yalnızca enerji üretmek değil, aynı zamanda yerel pazar ve altyapıyı geliştirmek. Planda yerli sondaj ve boru üretim tedarik zincirlerinin kurulması, jeotermal sıvı dinamiği ve kontrol sistemleri konusunda mühendis yetiştirilmesi de yer alıyor. Google ayrıca izin süreçleri, denetim sistemleri ve arıza bildirim mekanizmalarının güçlendirilmesi için de çalışmalar yürütüyor.

Benzer Ama Farklı İki Dünya

Nevada ve Tayvan’daki Google jeotermal projeleri, her ikisi de karbonsuz enerji hedefi taşısa da, altında yatan mühendislik tamamen farklı.

Nevada’daki sistem, Fervo Energy ile birlikte, yüksek sıcaklıklı geçirimsiz kaya katmanlarında yatay sondaj ve çatlatma teknikleriyle yapay bir jeotermal potansiyel yaratmayı hedefliyor. Burada enjeksiyon ve üretim kuyuları arasında dolaşan sıvı, kapalı bir devre içinde ısı taşıyor. Fiber optik sensörlerle donatılmış sistem, gerçek zamanlı verilerle çalışıyor ve karmaşık mühendislik modellemeleri gerektiriyor.

Tayvan’daki sistem ise yüzeye yakın doğal hidrotermal kaynaklardan faydalanıyor. Burada dikey kuyular aracılığıyla sıcak su rezervuarları kullanılıyor. Ana mühendislik zorlukları akışkan kontrolü, kuyu stabilitesi ve altyapının sismik koşullara dayanıklı hale getirilmesi ile ilgili.

Her iki sistem de karbonsuz elektrik üretiyor, ancak bunu farklı jeolojik şartlara ve mühendislik çözümlerine uygun yöntemlerle gerçekleştiriyor. Bu da jeotermalin evrensel bir çözüm olmadığını, yerel koşullara göre özelleştirilmesi gereken esnek bir enerji aracı olduğunu ortaya koyuyor.

Google’ın Uzun Vadeli Hedefi

Google’ın jeotermal yatırımları yalnızca kendi karbon sıfır hedeflerini çözmeye yönelik değil. Amaç aynı zamanda jeotermal enerjinin mühendislik temelli biçimde standardize edilip, farklı coğrafyalarda ölçeklenebilir hale geldiğini ispatlamak.

Bu doğrultuda Google, Project InnerSpace ile ortaklık kurarak açık kaynak yeraltı veri platformları geliştiriyor. Ayrıca Japonya, Endonezya ve Avustralya’da erken aşama jeotermal keşif projelerine yatırım yapıyor.

Tayvan’daki çalışmalarda izin süreçlerinin hızlandırılması ve risk paylaşımı için regülasyon reformlarını da destekliyor. Fervo ve Baseload Capital’ın gösterdiği gibi, jeotermal enerji artık “egzotik” ya da ulaşılamaz değil.

Mühendisler için bu projelerin en önemli mesajı şu olabilir: “Jeotermal artık jeoloji değil, sistem mühendisliği problemidir.” ve söz konusu problemi çözmek, YZ’den sanal dünyalara kadar gelecek nesil enerji yoğun teknolojileri besleyebilmek için kritik önem taşıyor.

‍

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/google-geothermal-engineering-energy