Εγκρίνεται η Πτυχιακή Εργασία Καβάλα, / /2010

Transcript

1

2 Εγκρίνεται η Πτυχιακή Εργασία Καβάλα, / /2010 Η επιβλέπουσα Καθηγήτρια Ο Προϊστάμενος του Τμήματος Κόγια Φωτεινή Σωτηρόπουλος Φίλιππος Η Εξεταστική Επιτροπή 1. Κόγια Φωτεινή 2. Ανδρεάδου Ελισάβετ 3. Αντωνιάδης Αντώνιος

3 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΟΥ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΚΑΒΑΛΑΣ Σπουδαστές: Α.Ε.Μ.: 4308 Α.Ε.Μ.: 4378 Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: Κόγια Γρ. Φωτεινή Καβάλα, Απρίλιος 2010

4 Αφιερώνεται σε όλη μου την οικογένεια και ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους αγαπημένους μου γονείς Χαράλαμπο και Εύχαρις που σε όλες τις στιγμές της ζωής μου είναι δίπλα μου και με τη μοναδική τους αγάπη και την έμπρακτη συμπαράστασή τους με βοηθάνε έτσι ώστε να πετύχω τους στόχους που έχω θέσei στη ζωή μου. Επίσης ένα ευχαριστώ στην κοπέλα μου Λίτσα, για τη βοήθεια, τις γνώσεις όσο και για την ψυχολογική υποστήριξη που μου παρείχε για να πραγματοποιηθεί η παρούσα εργασία. Καλπακίδης Χ. Δημοσθένης Αφιερώνεται σε όλη μου την οικογένεια και ιδιαίτερα στους αγαπημένους μου γονείς Κωνσταντίνο και Κυριακή που ήταν το έναυσμα για να ακολουθήσω αυτόν τον κλάδο και έτσι θα είμαι πάντα δίπλα στον πατέρα μου που ασχολείται με τον ίδιο κλάδο, που είναι δίπλα μου, στηρίζουν κάθε μου κίνηση και μου δίνουν δύναμη και κουράγιο να προχωρώ στη ζωή. Γεωργίτσης Κ. Γεώργιος

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε την καθηγήτρια του Τ.Ε.Ι. Καβάλας κ. Κόγια Γρ. Φωτεινή για την εμπιστοσύνη που μας έδειξε με την ανάθεση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας και τη γενική καθοδήγηση που μας παρείχε για τη διεκπεραίωσή της. Επίσης θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε ιδιαίτερα την κ. Αναγνωστίδου Έλενα, γεωπόνο και την κ. Παπατζάνη Αναστασία, γεωλόγο, καθώς επίσης και το δήμαρχο Χρυσούπολης κ. Μιχαηλίδη Σάββα για τις σημαντικές πληροφορίες που μας παρείχαν.

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η Εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μας Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μας στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε το Δεκέμβριο του 2009 και ολοκληρώθηκε τον Απρίλιο του 2010, υπό την επίβλεψη της Καθηγήτριας κας Κόγια Γρ. Φωτεινής, Καθηγήτριας Εφαρμογών του Τομέα Φυσικής, του Γενικού Τμήματος Θετικών Επιστημών, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Η παρούσα Εργασία είχε ως σκοπό τη μελέτη της αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας της περιοχής του Ερατεινού του Νομού Καβάλας. Στο Κεφάλαιο 1, γίνεται αναφορά στις πιο σημαντικές Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται ιστορική αναδρομή στη γεωθερμία, που είναι και η ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που μελετούμε στην παρούσα Πτυχιακή Εργασία. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται παρουσίαση της γεωμορφολογίας και γενικών στοιχείων της περιοχής του Ερατεινού. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται η αναλυτική παρουσίαση όλων των στοιχείων του γεωθερμικού πεδίου, όπως παραγωγικές και ερευνητικές γεωτρήσεις, χημική ανάλυση των στοιχείων υγρών, αερίων και στερεών που εντοπίστηκαν κατά τη διάρκεια των γεωτρήσεων, καθώς και αναφορά των τομέων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί η γεωθερμική ενέργεια βάσει των θερμοκρασιών του νερού του συγκεκριμένου πεδίου. Τέλος στο Κεφάλαιο 5 αναπτύσσεται το σχέδιο εκμετάλλευσης του συγκεκριμένου γεωθερμικού πεδίου από τους φορείς εκμετάλλευσής του. Η γεωθερμική ενέργεια αποτελεί σημαντική Ανανεώσιμη Πηγή Ενέργειας καθώς είναι αξιοποιήσιμη εικοσιτέσσερις ώρες το εικοσιτετράωρο, είναι φθηνότερη, συνεπώς και ανταγωνιστικότερη σε σχέση με τις άλλες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Η υπό μελέτη περιοχή διαθέτει ένα από τα μεγαλύτερα γεωθερμικά πεδία της Ελλάδας, οπότε η μελλοντική εκμετάλλευσή του θα είναι σημαντικό πλεονέκτημα για την περιοχή. Καβάλα, Απρίλιος 2010

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ Α.Π.Ε. 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗΣ ΤΗΣ ΓΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΟΡΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ 43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕ ΠΛΗΡΕΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΟ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΛΟΙΠΩΝ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΠΟΥ ΕΚΤΕΛΕΣΤΗΚΑΝ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ 56 i

8 4.2 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΜΕ ΒΑΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΘΕΙΣΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ (Ν-1Π, Ν- 2Π) 4.3 ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΙΩΝ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΤΗΣ 59 ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΔΥΝΑΤΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΡΕΥΣΤΟΥ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΣΤΟΝ ΑΓΡΟΤΙΚΟ ΤΟΜΕΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΞΗΡΑΝΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΥΔΑΤΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΥΝΑΤΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΤΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ ΧΡΥΣΟΥΠΟΛΗΣ 74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΣΤΟΧΟΙ 79 ΒΙΒΙΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 86 ii

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ, ΣΧΗΜΑΤΩΝ, ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΑΙ ΧΑΡΤΩΝ ΕΙΚΟΝΕΣ Εικόνα 1.1 Ενέργεια του νερού 3 Εικόνα 1.2 Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας με φωτοβολταικά panel 4 Εικόνα 1.3 Ανεμογεννήτριες 5 Εικόνα 1.4 Βιομάζα 6 Εικόνα 1.5 Γεωθερμική ενέργεια 7 Εικόνα 2.1 Η μηχανή που χρησιμοποιήθηκε στο Larderello το 1904 κατά την πρώτη πειραματική απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό 13 Εικόνα 2.2 Γεωθερμικές περιοχές της Ελλάδας 38 Εικόνα 3.1 Υδρόγειος σφαίρα 41 Εικόνα 3.2 Θέση γεωθερμικού πεδίου της περιοχής του Ερατεινού 42 Εικόνα 3.3 Ερατεινό Χρυσούπολης, Ν. Καβάλας 43 Εικόνα 4.1 Παραγωγική γεώτρηση Ν-1Π 55 Εικόνα 4.2 Παραγωγική γεώτρηση Ν-2Π 55 Εικόνα 4.3 Συστήματα θέρμανσης σε γεωθερμικά θερμοκήπια 75 Εικόνα 5.1 Ημερίδα για τη Παρουσίαση των Οριστικών Μελετών Εκμετάλλευσης του μισθωμένου Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού - Χρυσούπολης 82 ΣΧΗΜΑΤΑ Σχήμα 2.1 Ο Φλοιός, ο Μανδύας και ο Πυρήνας της Γης 11 Σχήμα 2.2 Σχηματική τομή που δείχνει τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα 22 στις τεκτονικές πλάκες Σχήμα 2.3 Τεκτονικές πλάκες, μεσωκεάνιες ράχες, ωκεάνιες τάφροι, ζώνες 22 καταβύθισης και γεωθερμικά πεδία Σχήμα 2.4 Σχηματική αναπαράσταση ενός ιδανικού γεωθερμικού 24 iii

10 συστήματος Σχήμα 2.5 Πρότυπο (μοντέλο) ενός γεωθερμικού συστήματος 25 Σχήμα 2.6 Σχηματική αναπαράσταση ενός συστήματος Θερμών Ξηρών Πετρωμάτων 28 Σχήμα 2.7 Γεωθερμικές περιοχές της Ελλάδας 36 Σχήμα 3.1 Περιοχή Ερατεινού 44 Σχήμα 4.1 Στοιχεία παραγωγικής γεώτρησης Ν-1Π 56 Σχήμα 4.2 Γεωθερμικό μοντέλο Ερατεινού Ν. Καβάλας 57 Σχήμα 4.3 Θέρμανση εδάφους για πρωίμιση σπαραγγιού 70 Σχήμα 4.4 Προξήρανση ή αφυδάτωση προϊόντων 72 Σχήμα 4.5 Προξήρανση ή αφυδάτωση προϊόντων 73 ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 1.1 Εύρος κόστους διαφορετικών τεχνολογιών 7 Πίνακας 2.1 Εγκατεστημένη θερμική ισχύς σε Παγκόσμια κλίμακα, από το 1995 έως το Πίνακας 2.2 Μη-ηλεκτρικές χρήσεις της ηλεκτρικής ενέργειας ανά τον κόσμο 16 Πίνακας 2.3 Σημαντικότερα γεωθερμικά πεδία στον Ελλαδικό χώρο 37 Πίνακας 4.1 Πίνακας 4.2 Πίνακας 4.3 Πίνακας 4.4 Πίνακας 4.5 Πίνακας 4.6 Συντεταγμένες βεβαιωμένου πεδίου (ΖΗΘΙ) που αφορούν στην παρούσα μελέτη 51 Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-1Π,στο Παγκόσμιο σύστημα αναφοράς WGS Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-1Π,στο Ελληνικό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς ΕΓΣΑ 87-εγκάρσια μερκατορική 61 Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-2Π στο Παγκόσμιο σύστημα αναφοράς WGS Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-2Π στο Ελληνικό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς ΕΓΣΑ 87-εγκάρσια μερκατορική 62 Χημική ανάλυση της υγρής φάσης των δύο παραγωγικών γεωτρήσεων στην περιοχή του Δέλτα του Νέστου 66 iv

11 Πίνακας 4.7 Χαρακτηριστικά των νερών από τις δύο παραγωγικές γεωτρήσεις του Δέλτα του Νέστου αναφορικά με την τάση για σχηματισμό επικαθήσεων και τη διαβρωτικότητά τους 67 Πίνακας 4.8 Πιθανά προϊόντα παραγωγικής γεώτρησης Ν-1Π 67 Πίνακας 4.9 Πιθανά προϊόντα παραγωγικής γεώτρησης Ν-2Π 68 Πίνακας 4.10 Θερμοκρασίες που απαιτούνται για διάφορες γεωθερμικές διεργασίες 71 ΧΑΡΤΕΣ Χάρτης 4.1 Ερευνητικές γεωτρήσεις 48 Χάρτης 4.2 Γεωθερμικό πεδίο Ερατεινού Χρυσούπολης(πιθανό, βεβαιωμένο) 50 Χάρτης 4.3 Ισόθερμες καμπύλες βάθους 600m 52 Χάρτης 4.4 Καμπύλες ισοβαθμίδας 54 v

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Σήμερα ένα από τα μεγάλα θέματα για το μέλλον της ανθρωπότητας είναι και το θέμα του περιβάλλοντος. Οι παρεμβάσεις του ανθρώπου, ιδιαίτερα τους τελευταίους ένα με δύο αιώνες, δημιούργησαν προβλήματα και καταστροφικές προοπτικές για την ανθρωπότητα. Μια από τις παρεμβάσεις του ανθρώπου, που δημιουργούν τεράστια προβλήματα για το φυσικό περιβάλλον, είναι οι αναγκαίες σήμερα μεγάλες ποσότητες 1

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ενέργειας, που απαιτούνται στη σύγχρονη κοινωνία. Η θέρμανση, ο ηλεκτρισμός και οι μεταφορές είναι αναγκαία σε κάθε νοικοκυριό, ενώ και η παραγωγή αγαθών βασίζεται σήμερα στην ενέργεια (Βιομηχανία, Βιοτεχνία, γεωργία και ορυκτός πλούτος). 1.2 ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) Για να περιοριστεί η ρύπανση του φυσικού περιβάλλοντος από την παραγωγή ενέργειας, γίνονται πολλές προτάσεις, μια από τις οποίες είναι οι Α.Π.Ε. Καταρχήν πρέπει να τονιστεί ότι και οι Α.Π.Ε. έχουν αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όμως σε μικρότερο βαθμό από την παραγωγή ενέργειας με καύσιμη πρώτη ύλη. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα που έχουν οι Α.Π.Ε. έναντι των καυσίμων είναι ότι δεν έχουν ημερομηνία λήξης, αφού έχουν διαρκή ανανέωση. Αντίθετα τα καύσιμα, που σήμερα καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό σε ενέργεια, έχουν εξαντλήσιμα αποθέματα. Π.χ. τα υγρά καύσιμα και το φυσικό αέριο προβλέπεται ότι θα εξαντληθούν σε λιγότερο από έναν αιώνα. Στις Α.Π.Ε. υπάγονται: η ενέργεια του νερού η ηλιακή ενέργεια η αιολική ενέργεια η βιομάζα η γεωθερμία και άλλες λιγότερο διαδεδομένες. Στη συνέχεια θα αναφερθούν επιγραμματικά οι δυνατότητες συνεισφοράς και οι οικονομικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις των σημαντικότερων Α.Π.Ε. Μια πρώτη σημαντική μορφή Α.Π.Ε. είναι η ενέργεια του νερού (Εικόνα 1.1), η οποία είναι δυνατόν να καλύπτει μεγάλο μέρος των ενεργειακών αναγκών σε ώρες αιχμής, που το κόστος παραγωγής των σταθμών με καύσιμα είναι μεγαλύτερο, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει και άλλες υπηρεσίες, όπως άρδευση, ύδρευση και διαχείριση του υδάτινου δυναμικού, που ιδιαίτερα στην Ελλάδα είναι άμεση ανάγκη. 2

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Περιβαλλοντικά, με κατάλληλη μελέτη, όχι μόνο δε δημιουργούν αρνητικές επιπτώσεις, αλλά είναι δυνατόν να υπάρχουν θετικά αποτελέσματα. Εικόνα 1.1 Ενέργεια του νερού Σημειώνεται ότι στην Ελλάδα, με ολοκληρωμένη ανάπτυξη των υδροηλεκτρικών μονάδων, είναι δυνατόν να καλυφθεί πάνω από 20% των ηλεκτροενεργειακών αναγκών. Σημειώνεται πάντως ότι, επειδή ο χρόνος ζωής των υδροηλεκτρικών μονάδων είναι μακρύς [πάνω από πενήντα (50) χρόνια] και αντίστοιχα μακρόχρονη η απόσβεσή τους, κανένας κεφαλαιούχος δε δείχνει προθυμία να τις προτιμήσει. Η ηλιακή ενέργεια είναι μια δεύτερη σημαντική μορφή Α.Π.Ε. ιδιαίτερα στην Ελλάδα, με τη μεγάλη ηλιοφάνεια. Ηλιακή ενέργεια χαρακτηρίζεται το σύνολο των διαφόρων μορφών ενέργειας που προέρχονται από τον Ήλιο. Τέτοιες είναι το φως ή φωτεινή ενέργεια, η θερμότητα ή θερμική ενέργεια καθώς και διάφορες ακτινοβολίες ή ενέργεια ακτινοβολίας. Η ηλιακή ενέργεια στο σύνολό της είναι πρακτικά ανεξάντλητη, αφού προέρχεται από τον Ήλιο και ως εκ τούτου δεν υπάρχουν περιορισμοί χώρου και χρόνου για την εκμετάλλευσή της. 3

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 1.2 Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας με φωτοβολταϊκά panel Σε ό,τι αφορά την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας, χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες εφαρμογών: τα παθητικά ηλιακά συστήματα, τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα και τα φωτοβολταϊκά συστήματα (Εικόνα 1.2). Τα παθητικά και τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που εκπέμπεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ τα φωτοβολταϊκά συστήματα στηρίζονται στη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Για θερμικές χρήσεις έχει γίνει σχετική αξιοποίηση, όμως υπάρχουν ακόμα, με κατάλληλη πολιτική, σημαντικά περιθώρια ανάπτυξής της. Αντίθετα με τις υπάρχουσες γνωστές τεχνολογίες, η παραγωγή σήμερα ηλεκτρικής ενέργειας από τον Ήλιο είναι εξαιρετικά αντιοικονομική και δεν είναι λογική η αξιοποίησή της. Στο μέλλον η εξέλιξη της τεχνολογίας μπορεί να δώσει τέτοια δυνατότητα. Μια τρίτη μορφή Α.Π.Ε. είναι η αιολική που παράγει ηλεκτροενέργεια με τις ανεμογεννήτριες (Εικόνα 1.3). Το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού από αιολικά είναι περίπου διπλάσιο από το κόστος της ηλεκτροενέργειας, που παράγεται από λιγνίτη, όμως οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι μικρότερες από την παραγωγή ηλεκτρισμού από καύσιμα. Στην Ελλάδα συμφέρει οικονομικά η κατασκευή αιολικών πάρκων στα νησιά, όχι όμως προς το παρόν στην ηπειρωτική Ελλάδα, όπου η κύρια παραγωγή γίνεται από λιγνίτη και υδροηλεκτρικά εργοστάσια. Έχει νομοθετηθεί να χρηματοδοτείται, 4

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ όποιος αξιοποιήσει αιολικούς σταθμούς, με πάνω από το ένα τρίτο (1/3) του αναγκαίου κεφαλαίου, ενώ δόθηκαν άδειες για αιολικά πάρκα σε ιδιώτες στην ηπειρωτική Ελλάδα για περίπου kw. Εικόνα 1.3 Ανεμογεννήτριες Στις Α.Π.Ε. περιλαμβάνεται και η βιομάζα, που παράγεται είτε από ανάπτυξη ειδικής γεωργικής παραγωγής είτε από παραπροϊόντα ξύλου, απορριμμάτων κ.λπ. (Εικόνα 1.4). Οικονομικά είναι εξεταστέα κατά περίπτωση η αξιοποίησή της, ενώ περιβαλλοντικά έχει και αρνητικά (π.χ. καύση και ρύπανση ατμόσφαιρας), αλλά και θετικά αποτελέσματα (π.χ. διευκόλυνση απόρριψης σκουπιδιών). Άλλη μια σημαντική Α.Π.Ε. είναι και η γεωθερμία, της οποίας γίνεται εκτενέστερη μελέτη στα Κεφάλαια 2 και 4. Γεωθερμία είναι η θερμική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της Γης και εμφανίζεται με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού (Εικόνα 1.5). Η ενέργεια αυτή σχετίζεται με την ηφαιστειότητα και τις ειδικότερες γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες της κάθε περιοχής. Είναι μια ήπια και σχετικά 5

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή, που με τα σημερινά τεχνολογικά δεδομένα μπορεί να καλύψει σημαντικές ενεργειακές ανάγκες. Εικόνα 1.4 Βιομάζα Οι γεωθερμικές περιοχές συχνά εντοπίζονται από τον ατμό που βγαίνει από σχισμές του φλοιού της Γης ή από την παρουσία θερμών πηγών. Για να υφίσταται διαθέσιμο θερμό νερό ή ατμός σε μια περιοχή πρέπει να υπάρχει κάποιος υπόγειος ταμιευτήρας αποθήκευσής του κοντά σε ένα θερμικό κέντρο. Στην περίπτωση αυτή, το νερό του ταμιευτήρια που συνήθως είναι βρόχινο νερό που έχει διεισδύσει στους βαθύτερους ορίζοντες της Γης, θερμαίνεται και ανεβαίνει προς την επιφάνεια. Τα θερμικά αυτά ρευστά εμφανίζονται στην επιφάνεια είτε με τη μορφή θερμού νερού ή ατμού όπως προαναφέρθηκε, είτε αντλούνται με γεώτρηση και αφού χρησιμοποιηθεί η θερμική τους ενέργεια, γίνεται επανέγχυση του ρευστού στο έδαφος με δεύτερη γεώτρηση. Έτσι ενισχύεται η μακροβιότητα του ταμιευτήρα και αποφεύγεται η θερμική ρύπανση του περιβάλλοντος. Στον Πίνακα 1.1 φαίνεται το εύρος του κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από διάφορες Α.Π.Ε. 6

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα 1.5 Γεωθερμική ενέργεια Πίνακας 1.1 Εύρος κόστους διαφορετικών τεχνολογιών ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΟΣΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (eurocents/kwh) ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ - ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ 20,1-128,8 ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΣΤΗ ΣΤΕΡΙΑ 5,5-8 ΑΙΟΛΙΚΑ ΠΑΡΚΑ ΣΤΗ ΘΑΛΑΣΣΑ 8-10 ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ 2-8 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2-8 ΒΙΟΜΑΖΑ 10 Πηγή: PB cost of generating electricity study for academy of engineering (2004) and world energy assessment 1.3 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ Α.Π.Ε. Τα πλεονεκτήματα των Α.Π.Ε. είναι: Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. 7

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. Επιδοτούνται από τις περισσότερες κυβερνήσεις. Τα μειονεκτήματα των Α.Π.Ε. είναι: Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Γι' αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας. Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων. Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Συνοψίζοντας αναφέρεται ότι, με τις σημερινές υπάρχουσες τεχνολογίες, οι Α.Π.Ε. δε μπορούν να καλύψουν τις μεγάλες ανάγκες σε ενέργεια της ανθρωπότητας και 8

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ γιαυτό υπάρχει η ανάγκη ανάπτυξης νέων ενεργειακών τεχνολογιών. Τεράστια προσφορά επίσης μπορεί να έχει στον ενεργειακό τομέα, η εξοικονόμηση ενέργειας, γιατί σήμερα με κριτήριο την κερδοφορία του κεφαλαίου, γίνεται μεγάλη σπατάλη ενέργειας χωρίς να είναι αναγκαία για το βιοτικό επίπεδο των λαών. 9

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η παρουσία ηφαιστείων, θερμών πηγών και άλλων επιφανειακών εκδηλώσεων θερμότητας είναι αυτή που οδήγησε τους προγόνους μας στο συμπέρασμα ότι το εσωτερικό της Γης είναι ζεστό. Όμως, μόνο κατά την περίοδο μεταξύ του 16 ου και 17 ου αιώνα, όταν δηλαδή κατασκευάστηκαν τα πρώτα μεταλλεία που ανορύχθηκαν σε βάθος μερικών εκατοντάδων μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, οι άνθρωποι, με τη βοήθεια κάποιων απλών φυσικών παρατηρήσεων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία της Γης αυξάνεται με το βάθος. Οι πρώτες μετρήσεις με θερμόμετρο έγιναν κατά πάσα πιθανότητα το 1740, σε ένα ορυχείο κοντά στο Belfort της Γαλλίας (Bullard, 1965). Ήδη από το 1870, για τη μελέτη της θερμικής κατάστασης του εσωτερικού της Γης χρησιμοποιούνταν κάποιες προχωρημένες για την εποχή επιστημονικές μέθοδοι, ενώ η θερμική κατάσταση που διέπει τη Γη, η θερμική ισορροπία και εξέλιξή της κατανοήθηκαν καλύτερα τον 20 ο αιώνα, με την ανακάλυψη του ρόλου της «ραδιενεργής θερμότητας». Πράγματι, σε όλα τα σύγχρονα πρότυπα (μοντέλα) της θερμικής κατάστασης του εσωτερικού της Γης πρέπει να συμπεριλαμβάνεται η θερμότητα που συνεχώς παράγεται από τη διάσπαση των μακράς διάρκειας ζωής ραδιενεργών ισοτόπων του ουρανίου (U 238, U 235 ), του θορίου (Th 232 ) και του καλίου (Κ 40 ), τα οποία βρίσκονται στο εσωτερικό της Γης (Lubimova, 1968). Εκτός από τη ραδιενεργό θερμότητα, δρουν αθροιστικά, σε απροσδιόριστες όμως ποσότητες και άλλες δυνητικές πηγές θερμότητας, όπως είναι η «αρχέγονη ενέργεια» από την εποχή δημιουργίας και μεγέθυνσης του Πλανήτη. Μέχρι τη δεκαετία του 1980 τα μοντέλα αυτά δε βασίζονταν σε κάποιες ρεαλιστικές θεωρίες. Τότε όμως αποδείχθηκε ότι αφενός δεν υπάρχει ισοζύγιο μεταξύ της ραδιενεργής θερμότητας που δημιουργείται στο εσωτερικό της Γης και της θερμότητας που διαφεύγει από τη Γη προς στο διάστημα, και αφετέρου ότι ο Πλανήτης μας ψύχεται με αργό ρυθμό και στο εσωτερικό του. 10

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Σχήμα 2.1 Ο Φλοιός, ο Μανδύας και ο Πυρήνας της Γης. Πάνω δεξιά: τομή του φλοιού και του ανώτερου μανδύα Ως μια γενική ιδέα της φύσης και της κλίμακας του εμπλεκόμενου φαινομένου, μπορεί να αναφερθεί η λεγόμενη «θερμική ισορροπία», όπως διατυπώθηκε από τους Stacey and Loper (1988). Σύμφωνα με αυτήν, η ολική ροή θερμότητας από τη Γη (αγωγή, συναγωγή και ακτινοβολία) εκτιμάται ότι ανέρχεται στα W. Από αυτά W προέρχονται από το φλοιό, που αντιπροσωπεύει μόνο το 2% του συνολικού όγκου της Γης αλλά είναι πλούσιος σε ραδιενεργά ισότοπα, 32, W 11

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ προέρχονται από το μανδύα, ο οποίος αντιπροσωπεύει το 82% του συνολικού όγκου της Γης, και 1, W προέρχονται από τον πυρήνα, ο οποίος αντιπροσωπεύει το 16% του συνολικού όγκου της Γης και δεν περιέχει ραδιενεργά ισότοπα (Σχήμα 2.1, ένα σχήμα της εσωτερικής δομής της Γης). Αφού η ραδιενεργή θερμότητα του μανδύα εκτιμάται σε W, η μείωση της θερμότητας στο συγκεκριμένο τμήμα της Γης είναι 10, W. Σύμφωνα με πιο πρόσφατες εκτιμήσεις και υπολογισμούς, που βασίζονται σε μεγαλύτερο αριθμό δεδομένων, η ολική θερμική ροή της Γης είναι περίπου 6% υψηλότερη από τις τιμές που χρησιμοποίησαν οι Stacey and Loper το Ούτως ή άλλως όμως, η διαδικασία ψύξης παραμένει αργή. Η θερμοκρασία του μανδύα δεν έχει μειωθεί περισσότερο από ο C τα τελευταία τρία (3) δισεκατομμύρια χρόνια, παραμένοντας περίπου στους 4000 o C στη βάση του. Έχει υπολογιστεί ότι το συνολικό θερμικό περιεχόμενο της Γης (για θερμοκρασίες πάνω από τη μέση επιφανειακή των 15 ο C) είναι της τάξης των 12, MJ και του φλοιού 5, MJ (Armstead, 1983). Όπως λοιπόν προκύπτει από τα παραπάνω, η θερμική ενέργεια της Γης είναι απέραντη, όμως μόνο τμήμα αυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί τελικά από τον άνθρωπο. Μέχρι σήμερα η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας έχει περιοριστεί σε περιοχές όπου οι γεωλογικές συνθήκες επιτρέπουν σε ένα μέσο (νερό σε υγρή ή αέρια φάση) να «μεταφέρει» τη θερμότητα από τις βαθιές θερμές ζώνες στην επιφάνεια ή κοντά σε αυτήν. Με τον τρόπο αυτό δημιουργούνται οι γεωθερμικοί πόροι (geothermal resources). Πιθανώς, στο άμεσο μέλλον, νέες πρωτοποριακές τεχνικές θα μας προσφέρουν καινούργιες προοπτικές στον τομέα αυτόν. Σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης ζωής οι πρακτικές εφαρμογές προηγούνται της επιστημονικής έρευνας και της τεχνολογικής ανάπτυξης. Η γεωθερμία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα του φαινομένου αυτού. Αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχόμενου των γεωθερμικών ρευστών γινόταν ήδη από τις αρχές του 19 ου αιώνα. Εκείνη την περίοδο, στην Τοσκάνη της Ιταλίας και συγκεκριμένα στην περιοχή του Larderello, λειτουργούσε μια χημική Βιομηχανία για την παραγωγή βορικού οξέος από τα βοριούχα θερμά νερά που ανέβλυζαν από φυσικές πηγές ή αντλούνταν από ρηχές γεωτρήσεις. Η παραγωγή του βορικού οξέος γινόταν με εξάτμιση των βοριούχων νερών μέσα σε σιδερένιους «λέβητες», χρησιμοποιώντας ως καύσιμη ύλη ξύλα από τα κοντινά δάση. Το 1827, ο Francesco Larderel, ιδρυτής της Βιομηχανίας αυτής, αντί να καίγονται 12

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ξύλα από τα διαρκώς αποψιλούμενα δάση της περιοχής, ανέπτυξε ένα σύστημα για τη χρήση της θερμότητας των βοριούχων ρευστών στη διαδικασία εξάτμισης. Η εκμετάλλευση της μηχανικής ενέργειας του φυσικού ατμού ξεκίνησε περίπου την ίδια περίοδο. Ο γεωθερμικός ατμός χρησιμοποιήθηκε για την ανέλκυση των ρευστών, αρχικά με κάποιους πρωτόγονους αέριους ανυψωτήρες και στη συνέχεια με παλινδρομικές και φυγοκεντρικές αντλίες και βαρούλκα. Ανάμεσα στα 1850 και 1875, οι εγκαταστάσεις του Larderello κατείχαν το μονοπώλιο παραγωγής βορικού οξέος στην Ευρώπη. Μεταξύ του 1910 και του 1940, στην περιοχή αυτή της Τοσκάνης ο χαμηλής πίεσης ατμός άρχισε να χρησιμοποιείται για τη θέρμανση βιομηχανικών κτιρίων, κατοικιών και θερμοκηπίων. Εν τω μεταξύ, ολοένα και περισσότερες χώρες άρχισαν να αναπτύσσουν τους γεωθερμικούς τους πόρους σε Βιομηχανική κλίμακα. Το 1892, το πρώτο γεωθερμικό σύστημα τηλε-θέρμανσης (district heating) τέθηκε σε λειτουργία στο Boise του Άινταχο των Η.Π.Α.. Το 1928, μια άλλη πρωτοπόρος χώρα στην εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας, η Ισλανδία, ξεκίνησε επίσης την εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών (κυρίως θερμών νερών) για τη θέρμανση κατοικιών. Το 1904, έγινε η πρώτη απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό και πάλι στο Larderello της Ιταλίας (Εικόνα 2.1). Εικόνα 2.1 Η μηχανή που χρησιμοποιήθηκε στο Larderello το 1904 κατά την πρώτη πειραματική απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό. Διακρίνεται επίσης ο εφευρέτης της, πρίγκιπας Piero Ginori Conti 13

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η επιτυχία της αυτής πειραματικής προσπάθειας έδωσε μια ξεκάθαρη ένδειξη για τη Βιομηχανική αξία της γεωθερμικής ενέργειας και σηματοδότησε την έναρξη μιας μορφής εκμετάλλευσης, που επρόκειτο έκτοτε να αναπτυχθεί σημαντικά. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο Larderello αποτέλεσε πράγματι μια εμπορική επιτυχία. Το 1942, η εγκατεστημένη γεωθερμο-ηλεκτρική ισχύς ανερχόταν στα kw e. Σύντομα, πολλές χώρες ακολούθησαν το παράδειγμα της Ιταλίας. Το 1919 κατασκευάστηκαν οι πρώτες γεωθερμικές γεωτρήσεις στο Beppu της Ιαπωνίας, ενώ το 1921 ακολούθησαν εκείνες στο The Geysers της Καλιφόρνιας των Η.Π.Α. Το 1958 ένα μικρό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τέθηκε σε λειτουργία στη Νέα Ζηλανδία, ένα άλλο στο Μεξικό το 1959, στις Η.Π.Α. το 1960 και ακολούθησαν πολλά άλλα σε διάφορες χώρες. 2.1 ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Μετά το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας έγινε ελκυστική σε πολλές χώρες, επειδή ήταν ανταγωνιστική ως προς άλλες μορφές ενέργειας. Επιπλέον, η ενέργεια αυτή δε χρειαζόταν να εισαχθεί από άλλες χώρες, όπως συμβαίνει με τα ορυκτά καύσιμα ενώ σε πολλές περιπτώσεις αποτελούσε το μοναδικό διαθέσιμο εγχώριο ενεργειακό πόρο. Στον Πίνακα 2.1 αναφέρονται οι χώρες που χρησιμοποιούν τη γεωθερμική ενέργεια για παραγωγή ηλεκτρισμού, καθώς και η εγκατεστημένη γεωθερμική ηλεκτρική ισχύς: 1995 (6833 MW e ), 2000 (7974 MW e ) και η αύξηση μεταξύ των ετών (Huttrer, 2001). Στον ίδιο Πίνακα φαίνεται επίσης η συνολική εγκατεστημένη ισχύς στις αρχές του 2003 (9028 MW e ). Η εγκατεστημένη γεωθερμική ηλεκτρική ισχύς στις αναπτυσσόμενες χώρες το 1995 και το 2000 αντιπροσωπεύει αντίστοιχα το 38% και το 47% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος Παγκοσμίως. Η χρησιμοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας στις αναπτυσσόμενες χώρες παρουσιάζει ενδιαφέρουσες τάσεις με το χρόνο. Μεταξύ των ετών 1975 και 1979 η εγκατεστημένη γεωθερμική ηλεκτρική ισχύς σε αυτές τις χώρες αυξήθηκε από 75 σε 462 MW e. Στο τέλος της επόμενης πενταετίας έφτασε στα 1495 MW e, παρουσιάζοντας ένα ρυθμό αύξησης κατά τη διάρκεια των δύο αυτών περιόδων 500% και 223% αντίστοιχα (Dickson and Fanelli, 1988). Στα επόμενα δέκα έξι (16) χρόνια, από το 1984 έως το 2000, υπήρξε μια περαιτέρω αύξηση της τάξης του 150%. 14

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Πίνακας 2.1. Εγκατεστημένη θερμική ισχύς σε Παγκόσμια κλίμακα, από το 1995 έως το 2000 (Huttrer, 2001) και στις αρχές του 2003 ΧΩΡΕΣ 1995 (MW e ) 2000 (MW e ) (αύξηση σε MW e ) % αύξηση ( ) 2003 (MW e ) Αργεντινή 0, Αυστραλία 0,15 0, ,15 Αυστρία ,25 Κίνα 28,78 29,17 0,39 1,35 28,18 Κόστα Ρίκα ,5 87, ,5 Ελ Σαλβαδόρ ,3 161 Αιθιοπία Γαλλία 4,2 4, Γερμανία ,23 Γουατεμάλα - 33,4 33,4-29 Ισλανδία Ινδονησία 309,75 589,5 279,75 90,3 807 Ιταλία 631, ,3 24,3 790,5 Ιαπωνία 413,7 546,9 133,2 32,2 560,9 Κένυα Μεξικό ,3 953 Νέα Ζηλανδία ,8 421,3 Νικαράγουα ,5 Παπούα Νέα Γουινέα Φιλιππίνες , Πορτογαλία Η.Π.Α. 2816, ΣΥΝΟΛΟ 6833, ,5 1728,54 16,7 8402,21 Η γεωθερμική ενέργεια συμμετέχει σημαντικά στο ενεργειακό ισοζύγιο αρκετών περιοχών. Για παράδειγμα, το 2001 η ηλεκτρική ενέργεια που παράχθηκε από 15

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ γεωθερμικούς πόρους αντιπροσώπευε το 27 % της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας στις Φιλιππίνες, το 12,4 % στην Κένυα, το 11,4 % στην Κόστα Ρίκα και το 4,3% στο Ελ Σαλβαδόρ. Όσον αφορά τις μη-ηλεκτρικές ή άμεσες εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας, ο Πίνακας 2.2 δίνει την εγκατεστημένη ισχύ (15145 MW t ) και την ενεργειακή παραγωγή και χρήση ( ΤJ) σε Παγκόσμια κλίμακα για το έτος Κατά τη διάρκεια του έτους αυτού, άμεσες χρήσεις (direct uses) της γεωθερμίας καταγράφηκαν σε πενήντα οκτώ (58) χώρες, σε σύγκριση με τις είκοσι οκτώ (28) το 1995 και τις είκοσι τέσσερις (24) το Ο αριθμός των χωρών αυτών είναι πολύ πιθανόν να έχει αυξηθεί από το 2000, όπως φυσικά και το ύψος της εγκατεστημένης ισχύος και της ενεργειακής χρήσης. Η πιο συνηθισμένη μη-ηλεκτρική χρήση της γεωθερμίας Παγκόσμια είναι οι αντλίες θερμότητας (heat-pumps) (34,80%) και ακολουθούν η λουτροθεραπεία (26,2%), η θέρμανση χώρων (21,62%), η θέρμανση θερμοκηπίων (8,22%), οι υδατοκαλλιέργειες (3,93%) και οι Βιομηχανικές χρήσεις (3,13%) (Lund and Freeston, 2001). Πίνακας 2.2 Μη ηλεκτρικές χρήσεις της ηλεκτρικής ενέργειας ανά τον κόσμο (2000): εγκατεστημένη ισχύς (σε MW t ) και ενεργειακή χρήση (σε ΤJ/έτος) (Lund and Freeston, 2001) ΧΩΡΕΣ Ισχύς (MW t ) Ενέργεια (TJ/yr) Αλγερία Αργεντινή 25,7 449 Αρμενία 1,0 15 Αυστραλία 34,4 351 Αυστρία 255, Βέλγιο 3,9 107 Βουλγαρία 107, Καναδάς 377, Νησιά Καραϊβικής 0,1 1 Χιλή 0,4 7 Κίνα 2282, Κολομβία 13,

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Κροατία 113,9 555 Τσεχία 12,5 128 Δανία 7,4 75 Αίγυπτος 1,0 15 Φινλανδία 80,5 484 Γαλλία 326, Γεωργία 250, Γερμανία 397, Ελλάδα 57,1 385 Γουατεμάλα 4,2 117 Ονδούρα 0,7 17 Ουγγαρία 472, Ισλανδία 1469, Ινδία 80, Ινδονησία 2,3 43 Ισραήλ 63, Ιταλία 325, Ιαπωνία 1167, Ιορδανία 153, Κένυα 1,3 10 Κορέα 35,8 753 Λιθουανία 21,0 599 Π.Γ.Δ.Μ. 81,2 510 Μεξικό 164, Νεπάλ 1,1 22 Ολλανδία 10,8 57 Νέα Ζηλανδία 307, Νορβηγία 6,

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Περού 2,4 49 Φιλιππίνες 1,0 25 Πολωνία 68,5 275 Πορτογαλία 5,5 35 Ρουμανία 152, Ρωσία 308, Σερβία 80, Σλοβακία 132, Σλοβενία 42,0 705 Σουηδία 377, Ελβετία 547, Ταϋλάνδη 0,7 15 Τυνησία 23,1 201 Τουρκία 820, Ηνωμένο Βασίλειο 2,9 21 Η.Π.Α. 3766, Βενεζουέλα 0,7 14 Υεμένη 1,0 15 ΣΥΝΟΛΟ 15145, Η ΦΥΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Η γεωθερμική βαθμίδα ορίζεται ως ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας της Γης σε συνάρτηση με το βάθος, μέσα στο γήινο φλοιό. Σε βάθη που είναι προσβάσιμα με τις σύγχρονες γεωτρητικές μεθόδους, δηλαδή μέχρι τα m, η μέση γεωθερμική βαθμίδα κυμαίνεται περίπου στους 2,5 3 ο C/100 m. Για παράδειγμα, εάν η θερμοκρασία στα πρώτα μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους ανταποκρίνεται 18

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ κατά μέσο όρο στη μέση ετήσια θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα, δηλ. στους 15 ο C, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία στο βάθος των 2000 m θα είναι περίπου ο C, στα 3000 m ο C κ.ο.κ. για μερικά ακόμα χιλιάδες μέτρα. Παρόλα αυτά, υπάρχουν πολλές περιοχές στις οποίες η γεωθερμική βαθμίδα αποκλίνει πολύ από τη μέση τιμή. Εκεί όπου το γεωλογικό υπόβαθρο έχει υποστεί πολύ γρήγορη βύθιση και η λεκάνη έχει πληρωθεί με γεωλογικά «πολύ νέα» ιζήματα, η γεωθερμική βαθμίδα μπορεί να είναι μικρότερη και από 1 ο C/100 m. Αντίθετα, σε μερικές «γεωθερμικές» καλούμενες περιοχές, η τιμή της γεωθερμικής βαθμίδας μπορεί να είναι και δεκαπλάσια της μέσης γήινης. Λόγω της θερμοκρασιακής διαφοράς ανάμεσα στα διάφορα στρώματα, προκαλείται ροή θερμότητας από τις βαθιές και θερμές ζώνες του υπεδάφους προς τις ρηχές και ψυχρότερες, τείνοντας έτσι στη δημιουργία ομοιόμορφων συνθηκών. Στην πραγματικότητα όμως, όπως πολύ συχνά συμβαίνει στη φύση, κάτι τέτοιο ουδέποτε επιτυγχάνεται πλήρως. Η μέση γήινη ροή θερμότητας στις ηπείρους και τους ωκεανούς είναι 65 και 101 mw/m 2 αντίστοιχα, οι οποίες, υπολογίζοντας την έκταση των περιοχών, δίνουν ένα παγκόσμιο μέσο όρο της τάξης των 87 mw/m 2 (Pollack et al., 1993). Οι τιμές αυτές προέκυψαν μετά από είκοσι τέσσερις χιλιάδες επτακόσιες εβδομήντα τέσσερις (24774) μετρήσεις σε είκοσι χιλιάδες διακόσιες μία (20201) θέσεις, που καλύπτουν το 62 % περίπου της γήινης επιφάνειας. Υπάρχουν βέβαια και κάποιοι εμπειρικοί υπολογισμοί που αναφέρονται σε γεωλογικές χαρτογραφικές μονάδες και επιτρέπουν την εκτίμηση της θερμικής ροής χωρίς να προηγηθούν μετρήσεις. Η ανάλυση της θερμικής ροής από τους Pollack et al. (1993) είναι η πιο πρόσφατη και η μόνη σε έντυπη μορφή. Το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Ντακότα, επιτρέπει σήμερα την πρόσβαση μέσω του Διαδικτύου σε μια ανανεωμένη βάση δεδομένων θερμικής ροής, που περιλαμβάνει στοιχεία τόσο από ωκεάνιες όσο και από ηπειρωτικές περιοχές. Η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος, και τα ηφαίστεια, οι θερμοπίδακες (geysers), οι θερμές πηγές κ.λπ., αποτελούν κατά μία έννοια την ορατή εκδήλωση της θερμότητας του εσωτερικού της Γης. Η θερμότητα αυτή όμως προκαλεί και τη δημιουργία άλλων φαινομένων, που είναι λιγότερο διακριτά από τον άνθρωπο, τέτοιου μεγέθους όμως ώστε η ύπαρξή τους να οδηγεί στην παρομοίωση της Γης με μια τεράστια «θερμική μηχανή». Τα φαινόμενα αυτά αναφέρονται συνοπτικά στη «θεωρία των 19

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ τεκτονικών πλακών». Στη συνέχεια θα προσπαθήσουμε να τα περιγράψουμε με απλό τρόπο και να αναλύσουμε τη σχέση τους με τους γεωθερμικούς πόρους. Ο Πλανήτης μας αποτελείται από το φλοιό, το πάχος του οποίου κυμαίνεται από km περίπου στις ηπειρωτικές περιοχές και 5-6 km στις ωκεάνιες, από το μανδύα, το πάχος του οποίου είναι κατά προσέγγιση 2900 km και τον πυρήνα με ακτίνα περίπου 3470 km.τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του φλοιού, του μανδύα και του πυρήνα διαφέρουν από την επιφάνεια προς το κέντρο της Γης. Το εξωτερικό στερεό περίβλημα της Γης, γνωστό ως λιθόσφαιρα, αποτελείται από το φλοιό και το ανώτερο τμήμα του μανδύα. Έχοντας μεταβαλλόμενο πάχος, από λιγότερο των 80 km στις ωκεάνιες ζώνες μέχρι πάνω από 200 km στις ηπειρωτικές, η λιθόσφαιρα συμπεριφέρεται σαν ένα συμπαγές σώμα. Κάτω από τη λιθόσφαιρα βρίσκεται η ζώνη που ονομάζεται ασθενόσφαιρα, πάχους km και με μια λιγότερο «συμπαγή» και περισσότερο «πλαστική» συμπεριφορά. Με άλλα λόγια, στη γεωλογική κλίμακα, όπου ο χρόνος μετριέται σε εκατομμύρια χρόνια, αυτό το τμήμα της Γης συμπεριφέρεται πιο κοντά με ένα ρευστό σε κάποιες διαδικασίες. Εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας ανάμεσα στα διάφορα τμήματα της ασθενόσφαιρας, δημιουργήθηκαν πριν από μερικές δεκάδες εκατομμύρια έτη μεταφορικές (συναγωγικές) κινήσεις μεταξύ της στερεάς βάσης αυτού του στρώματος και της βάσης του φλοιού και πιθανώς κάποιοι συναγωγικοί θύλακες. Οι κινήσεις αυτές θεωρούνται τα βασικά αίτια μετατόπισης των λιθοσφαιρικών πλακών. Είναι εξαιρετικά αργές (λίγα εκατοστά/έτος), παρόλα αυτά σταθερές, λόγω της συνεχούς παραγωγής θερμότητας από τη διάσπαση των ραδιενεργών στοιχείων και της προσφοράς θερμότητας από τα μεγαλύτερα βάθη της Γης. Λόγω των κινήσεων αυτών, τεράστιοι όγκοι βαθύτερων και θερμών λιωμένων πετρωμάτων, με μικρότερη πυκνότητα και συνεπώς μικρότερο βάρος, ανέρχονται προς την επιφάνεια, ενώ ψυχρότερα και βαρύτερα πετρώματα, που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια, βυθίζονται, αναθερμαίνονται και ανεβαίνουν πάλι στην επιφάνεια. Στις ζώνες μικρού λιθοσφαιρικού πάχους, και κυρίως στις ωκεάνιες περιοχές, η λιθόσφαιρα ωθείται προς τα πάνω και στη συνέχεια κατακερματίζεται εξαιτίας της ανόδου των θερμών, και εν μέρει λιωμένων υλικών της ασθενόσφαιρας, εκεί όπου σχηματίζεται ο ανερχόμενος κλάδος των συναγωγικών θαλάμων. Αυτός ακριβώς είναι ο μηχανισμός που δημιούργησε και συνεχίζει να δημιουργεί τις «εκτεινόμενες ράχες 20

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (spreading ridges)», οι οποίες εκτείνονται σε μήκος μεγαλύτερο των 60 km κάτω από τους ωκεανούς. Οι ράχεις αυτές σε κάποιες περιοχές, όπως στις Αζόρες και την Ισλανδία, αναδύονται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ενώ σε άλλες, όπως στην Ερυθρά Θάλασσα, αναδύονται ανάμεσα στις ηπείρους. Ένα σχετικά μικρό ποσοστό αυτών των ασθενοσφαιρικών λιωμένων υλικών αναδύονται στην επιφάνεια της Γης μέσω των κορυφογραμμών των υποθαλάσσιων οροσειρών (ράχεων) και, ερχόμενα σε επαφή με το θαλασσινό νερό, ψύχονται, στερεοποιούνται και σχηματίζουν με τον τρόπο αυτό νέο ωκεάνιο φλοιό. Το μεγαλύτερο όμως μέρος του ασθενοσφαιρικού αυτού υλικού χωρίζεται σε δύο κλάδους, οι οποίοι κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις κάτω από τη λιθόσφαιρα, στη θέση ακριβώς των «μεσο - ωκεάνιων ράχεων». Η συνεχής δημιουργία νέου φλοιού και η απόκλιση του ωκεάνιου πυθμένα με ένα ρυθμό της τάξης των λίγων εκατοστών ανά έτος, προκαλεί συνεχή αύξηση της ωκεάνιας λιθόσφαιρας. Σε άλλα σημεία της λιθόσφαιρας σχηματίζονται τεράστιες κατακόρυφες διαρρήξεις, εκατέρωθεν των οποίων παρατηρείται οριζόντια μετακίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών. Οι διαρρήξεις αυτές μπορούν να φτάσουν σε μήκος μερικών χιλιάδων χιλιομέτρων και ονομάζονται «ρήγματα μετασχηματισμού». Τα φαινόμενα αυτά οδηγούν σε μια εύστοχη παρατήρηση: αφού τελικά η συνολική επιφάνεια των λιθοσφαιρικών πλακών παραμένει περίπου σταθερή στο χρόνο, η συνεχής δημιουργία νέου φλοιού στις μεσωκεάνιες ράχεις και το άνοιγμα των ωκεάνιων τμημάτων θα πρέπει να εξισορροπείται κατά κάποιον τρόπο από συρρίκνωση (καταστροφή) της λιθόσφαιρας σε άλλα σημεία της Γης. Αυτό ακριβώς συμβαίνει στις λεγόμενες «ζώνες καταβύθισης», οι μεγαλύτερες από τις οποίες καταδικνύονται από τις τεράστιες ωκεάνιες τάφρους, όπως αυτές π.χ. που εκτείνονται κατά μήκος των δυτικών ορίων του Ειρηνικού Ωκεανού και των δυτικών ακτών της Νότιας Αμερικής. Στις ζώνες καταβύθισης η λιθόσφαιρα κάμπτεται και βυθίζεται κάτω από την παρακείμενη λιθόσφαιρα και φθάνει μέσα στις πολύ θερμές και βαθιές ζώνες της, όπου αφομοιώνεται από το μανδύα και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Μέρος του υλικού της λιθόσφαιρας επανατήκεται και ανεβαίνει πάλι προς την επιφάνεια μέσω των ρηγμάτων του φλοιού. Συνέπεια αυτών των φαινομένων είναι η δημιουργία «μαγματικών τόξων» με πολλά ηφαίστεια που εντοπίζονται παράλληλα προς τις τάφρους, στην αντίθετη πλευρά των οροσειρών. Όταν οι τάφροι βρίσκονται κατά μήκος των ηπειρωτικών περιθωρίων, τότε τα τόξα αποτελούνται από αλυσίδες οροσειρών με πολλά ηφαίστεια, 21

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ όπως είναι οι Άνδεις. Όταν οι τάφροι εντοπίζονται σε ωκεάνιες περιοχές, όπως στον Ειρηνικό Ωκεανό, τα μαγματικά τόξα αποτελούνται από πολλά ηφαιστειακά νησιά (π.χ. Ιαπωνία, Φιλιππίνες κ.λπ.). Στο Σχήμα 2.2 περιγράφονται ακριβώς αυτά τα φαινόμενα. Σχήμα 2.2 Σχηματική τομή που δείχνει τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στις τεκτονικές πλάκες Σχήμα 2.3 Τεκτονικές πλάκες, μεσωκεάνιες ράχες, ωκεάνιες τάφροι, ζώνες καταβύθισης και γεωθερμικά πεδία. Τα βέλη δείχνουν την κατεύθυνση κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών προς τις ζώνες καταβύθισης (1.Γεωθερμικά πεδία όπου παράγεται ηλεκτρική ενέργεια, 2. Μεσωκεάνιες ράχεις που τέμνονται από μεγάλα ρήγματα μετασχηματισμού, 3. Ζώνες καταβύθισης, όπου η βυθιζόμενη πλάκα κάμπτεται προς τα κάτω και λιώνει μέσα στην ασθενόσφαιρα) 22

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Οι μεσοωκεάνιες ράχες, τα ρήγματα μετασχηματισμού και οι ζώνες καταβύθισης σχηματίζουν ένα εκτεταμένο δίκτυο που χωρίζει την επιφάνεια της Γης σε έξι (6) τεράστιες και πολλές άλλες μικρότερες λιθοσφαιρικές περιοχές ή καλύτερα πλάκες. Εξαιτίας των τεράστιων τάσεων που προκαλούνται από τη γήινη θερμική μηχανή και την ασυμμετρία των ζωνών που δημιουργούν και καταστρέφουν λιθοσφαιρικό υλικό, οι πλάκες αυτές κινούνται αργά η μία προς την άλλη, αλλάζοντας συνεχώς τη σχετική τους θέση. Τα όρια των πλακών αντιστοιχούν σε πολύ διαρρηγμένες ζώνες του φλοιού, που χαρακτηρίζονται από έντονη σεισμικότητα, μεγάλο αριθμό ηφαιστείων και, λόγω της ανόδου πολύ θερμών υλικών προς την επιφάνεια, από υψηλή γήινη θερμική ροή. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.3, οι πιο σημαντικές γεωθερμικές περιοχές εντοπίζονται κοντά στα όρια των πλακών ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τα γεωθερμικά συστήματα εντοπίζονται στις περιοχές με κανονική ή λίγο μεγαλύτερη από τη μέση γήινη γεωθερμική βαθμίδα και κυρίως στις περιοχές γύρω από τα περιθώρια των τεκτονικών πλακών, όπου η βαθμίδα μπορεί να είναι σημαντικά υψηλότερη της μέσης τιμής. Στην πρώτη περίπτωση, τα γεωθερμικά συστήματα χαρακτηρίζονται από χαμηλές θερμοκρασίες, που συνήθως δεν ξεπερνούν τους 100 ο C σε οικονομικά και προσβάσιμα βάθη. Στη δεύτερη περίπτωση, οι θερμοκρασίες μπορεί να καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα, από σχετικά χαμηλές τιμές μέχρι και μεγαλύτερες από 400 ο C. Τι είναι όμως ένα «γεωθερμικό σύστημα» και τι συμβαίνει μέσα σε αυτό; Σχηματικά μπορεί να περιγραφεί ως «ένα σύστημα» που βρίσκεται σε περιορισμένο χώρο στον ανώτερο φλοιό της Γης και αποτελείται από «κινούμενο νερό» το οποίο μεταφέρει θερμότητα από μια «πηγή» σε μια «δεξαμενή» θερμότητας, που συνήθως είναι μια ελεύθερη επιφάνεια (Hochstein, 1990). Έτσι λοιπόν, ένα γεωθερμικό σύστημα αποτελείται από τρία στοιχεία: την εστία θερμότητας, τον ταμιευτήρα και το ρευστό, το οποίο λειτουργεί ως μέσο μεταφοράς της θερμότητας. Η εστία θερμότητας μπορεί να είναι είτε μια πολύ υψηλής (>600 ο C) θερμοκρασίας μαγματική διείσδυση που έχει φτάσει σε σχετικά μικρά βάθη (5-10 km) ή, στα χαμηλής θερμοκρασίας συστήματα, η κανονική θερμοκρασία των πετρωμάτων του εσωτερικού της Γης, η οποία όπως 23

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ αναφέρθηκε αυξάνεται με το βάθος. Ο ταμιευτήρας είναι ένας σχηματισμός από θερμά υδατοπερατά πετρώματα, που επιτρέπει την κυκλοφορία των ρευστών μέσα σε αυτόν και από τον οποίο τα ρευστά αντλούν θερμότητα. Πάνω από τον ταμιευτήρα βρίσκεται συνήθως ένα κάλυμμα αδιαπέρατων πετρωμάτων. Ο ταμιευτήρας πολλές φορές συνδέεται με μια επιφανειακή περιοχή τροφοδοσίας, δια μέσου της οποίας μετεωρικό ή επιφανειακό γενικά νερό κατεβαίνει και αντικαθιστά μερικώς ή ολικώς τα ρευστά που φεύγουν από τον ταμιευτήρα και εξέρχονται στην επιφάνεια με τη μορφή θερμών πηγών ή αντλούνται από γεωτρήσεις. Το γεωθερμικό ρευστό συνήθως είναι νερό, στις περισσότερες περιπτώσεις μετεωρικής προέλευσης, το οποίο, ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατούν στον ταμιευτήρα, βρίσκεται σε υγρή ή αέρια κατάσταση. Συχνά το ρευστό είναι εμπλουτισμένο σε χημικά στοιχεία και αέρια, όπως CO 2, H 2 S κ.λπ. Στο Σχήμα 2.4 αποτυπώνεται σε πολύ απλουστευμένη μορφή ένα πρότυπο γεωθερμικό σύστημα. Σχήμα 2.4 Σχηματική αναπαράσταση ενός ιδανικού γεωθερμικού συστήματος 24

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ο μηχανισμός που διέπει τη λειτουργία των γεωθερμικών συστημάτων εν γένει ελέγχεται από τη μεταφορά θερμότητας μέσω της (συναγωγής/κυκλοφορίας) των ρευστών (fluid convection). Στο Σχήμα 2.5 παριστάνεται σχηματικά ο μηχανισμός στην περίπτωση ενός υδροθερμικού συστήματος ενδιάμεσης θερμοκρασίας. Η θερμική συναγωγή λαμβάνει χώρα λόγω της θέρμανσης και, κατ επέκταση, της θερμικής διαστολής των ρευστών σε ένα πεδίο βαρύτητας. Η ενέργεια που προκαλεί το συγκεκριμένο φαινόμενο είναι ουσιαστικά η θερμότητα που προσφέρεται από την εστία στη βάση του συστήματος κυκλοφορίας. Η πυκνότητα των ρευστών που θερμαίνονται μειώνεται, οπότε αυτά παρουσιάζουν τάσεις ανόδου προς μικρότερα βάθη, ενώ αντικαθίστανται στη συνέχεια από ρευστά μικρότερης θερμοκρασίας και μεγαλύτερης πυκνότητας, που προέρχονται από τα περιθώρια του γεωθερμικού συστήματος. Λόγω της θερμικής συναγωγής προκαλείται λοιπόν θερμοκρασιακή αύξηση στο ανώτερο τμήμα του γεωθερμικού συστήματος, καθώς οι θερμοκρασίες στα κατώτερα τμήματα μειώνονται (White, 1973). Σχήμα 2.5 Πρότυπο (μοντέλο) ενός γεωθερμικού συστήματος. Η γραμμή (1) είναι η καμπύλη αναφοράς του σημείου ζέσεως του καθαρού νερού. Η καμπύλη (2) δείχνει τη θερμοκρασιακή κατανομή κατά μήκος μιας τυπικής διαδρομής κυκλοφορίας του ρευστού από το σημείο Α (τροφοδοσία) προς το σημείο Ε (αποφόρτιση) (Από White, 1973) 25

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Οι διεργασίες που μόλις περιγράφηκαν πιθανώς να φαίνονται πολύ απλές, όμως η κατασκευή ενός καλού προτύπου (μοντέλου), το οποίο να αντιστοιχεί σε ένα πραγματικό γεωθερμικό σύστημα, είναι πολύ δύσκολο να πραγματοποιηθεί. Μια τέτοια εργασία απαιτεί πολύπλευρες ικανότητες, ειδικές γνώσεις και μεγάλη εμπειρία, ιδιαίτερα όταν αφορά συστήματα υψηλής θερμοκρασίας. Εξάλλου, τα γεωθερμικά συστήματα εμφανίζονται στη φύση με πάρα πολλές ιδιαιτερότητες και ιδιομορφίες, οι οποίες σχετίζονται με διάφορους συνδυασμούς γεωλογικών, φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών που μπορεί να οδηγήσουν σε διάφορους τύπους συστημάτων. Από τα τρία στοιχεία ενός γεωθερμικού συστήματος, η εστία θερμότητας είναι το μόνο που απαραιτήτως πρέπει να έχει φυσική προέλευση. Εάν οι συνθήκες είναι ευνοϊκές, τα άλλα δύο στοιχεία μπορεί να είναι και «τεχνητά». Για παράδειγμα, τα γεωθερμικά ρευστά που αντλούνται από τον ταμιευτήρα και χρησιμοποιούνται ως η κινητήρια δύναμη ενός γεωθερμικού ατμοστρόβιλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν μετά την ενεργειακή εκμετάλλευσή τους να επανεισαχθούν στον ταμιευτήρα μέσω συγκεκριμένων γεωτρήσεων επανεισαγωγής (injection wells). Έτσι λοιπόν, η φυσική τροφοδοσία ενός ταμιευτήρα μπορεί να συνοδευθεί και να συμπληρωθεί από μια τεχνητή επανατροφοδοσία. Εδώ και αρκετά χρόνια, η τεχνική επανεισαγωγής των ρευστών στον ταμιευτήρα εφαρμόζεται σε πολλές περιοχές του κόσμου, ως ένα μέσο δραστικής μείωσης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων από τη λειτουργία των γεωθερμικών εγκαταστάσεων. Η χρήση των γεωτρήσεων επανεισαγωγής για τεχνητή επανατροφοδοσία μπορεί επίσης να βοηθήσει στην ανανέωση και συντήρηση κάποιων «παλιών» ή «εξαντλημένων» γεωθερμικών πεδίων. Ως παράδειγμα αναφέρεται η περίπτωση του γεωθερμικού πεδίου «The Geysers» της Καλιφόρνιας (Η.Π.Α.), ενός από τα μεγαλύτερα γεωθερμικά πεδία στον κόσμο, όπου παρατηρήθηκε δραστική μείωση της παραγωγής στα τέλη της δεκαετίας του 1980, λόγω ακριβώς της έλλειψης ρευστών στον ταμιευτήρα. Το 1997 ξεκίνησε ένα Πρόγραμμα, το Southeast Geysers Effluent Recycling Project, που αποσκοπούσε στη μεταφορά επεξεργασμένων αστικών αποβλήτων στο γεωθερμικό πεδίο από μια απόσταση 48 km. Το πρόγραμμα αυτό οδήγησε στην επαναλειτουργία αρκετών εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία είχαν εγκαταλειφθεί εξαιτίας της έλλειψης ρευστών. Σε άλλη περίπτωση, και στα πλαίσια του Santa Rosa Geysers Recharge Project, σαράντα ένα εκατομμύρια πεντακόσιες χιλιάδες ( ) 26

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ λίτρα επεξεργασμένων αστικών αποβλήτων θα αντλούνται κάθε μέρα από τους τοπικούς σταθμούς επεξεργασίας της Santa Rosa και άλλων γειτονικών πόλεων και θα μεταφέρονται μέσω ενός δικτύου σωληνώσεων συνολικού μήκους 66 km στο γεωθερμικό πεδίο «The Geysers», όπου θα χρησιμοποιηθούν για την επανατροφοδοσία του ταμιευτήρα διαμέσου ειδικά διατρηθέντων γεωτρήσεων. Στα Προγράμματα των αποκαλούμενων Θερμών Ξηρών Πετρωμάτων (Hot Dry Rocks), για τα οποία έγιναν για πρώτη φορά πειραματικές δοκιμές το 1970 στο Los Alamos του Νέου Μεξικού (ΗΠΑ), τόσο τα ρευστά όσο και ο ταμιευτήρας είναι τεχνητά. Στην περίπτωση λοιπόν των Θερμών Ξηρών Πετρωμάτων (Hot Dry Rocks) γίνεται, μέσω ειδικών γεωτρήσεων, τεχνητή εισαγωγή νερού με μεγάλη πίεση σε ένα θερμό και συμπαγές πέτρωμα, το οποίο βρίσκεται σε μεγάλο βάθος. Η εισπίεση αυτή προκαλεί στο πέτρωμα «υδραυλική διάρρηξη». Το νερό διαπερνά τις τεχνητές διαρρήξεις και λόγω της επαφής του με μεγάλες επιφάνειες θερμού πετρώματος αντλεί θερμότητα από αυτόν τον μεγάλο σε όγκο σχηματισμό, ο οποίος λειτουργεί ως ένας φυσικός ταμιευτήρας. Στη συνέχεια, ο «ταμιευτήρας» διαπερνάται από μια δεύτερη γεώτρηση, μέσα από την οποία αντλείται το νερό που θερμάνθηκε. Έτσι λοιπόν, το συγκεκριμένο γεωθερμικό σύστημα αποτελείται: από τη γεώτρηση που χρησιμοποιείται για την υδραυλική διάρρηξη, μέσω της οποίας εισπιέζεται κρύο νερό στον τεχνητό ταμιευτήρα και από τη γεώτρηση άντλησης του θερμού νερού. Όλο αυτό το σύστημα, μαζί με τις εγκαταστάσεις στην επιφάνεια, σχηματίζουν ένα κλειστό κύκλωμα (loop) (Garnish, 1987)(Σχήμα 2.6).To ερευνητικό πρόγραμμα του Los Alamos αποτέλεσε πρόδρομο για άλλες παρόμοιες εφαρμογές στην Αυστραλία, Γαλλία, Γερμανία, Ιαπωνία και Μεγάλη Βρετανία. Μετά από μια περίοδο όπου κανείς δεν τις έδινε σημασία, οι εφαρμογές αυτές απέκτησαν νέα ώθηση, λόγω της ανακάλυψης σε πρώτη φάση ότι τα βαθιά πετρώματα έχουν ήδη κάποιες περιορισμένες φυσικές διαρρήξεις και στη συνέχεια ότι οι τεχνικές και η μεθοδολογία που πρέπει να χρησιμοποιηθεί εξαρτώνται κατά πολύ από τις τοπικές γεωλογικές συνθήκες. Οι πιο εξελιγμένες επιστημονικά και τεχνολογικά έρευνες στον τομέα των Θερμών Ξηρών Πετρωμάτων πραγματοποιήθηκαν στην Ιαπωνία και στο Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα της Αλσατίας (Γαλλία). Πολλά προγράμματα που ξεκίνησαν στην Ιαπωνία τη δεκαετία του 1980 (στις περιοχές Hijiori, Ogachi και Yunomori), είχαν σημαντική 27

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ χρηματοδότηση από την Ιαπωνική Κυβέρνηση και τη Βιομηχανία και κατέληξαν σε ενδιαφέροντα αποτελέσματα, τόσο από επιστημονική όσο και από Βιομηχανική άποψη. Σχήμα 2.6 Σχηματική αναπαράσταση ενός συστήματος Θερμών Ξηρών Πετρωμάτων σε οικονομική κλίμακα (από Richards et al., 1994) Από την άλλη, το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα HDR εφαρμόστηκε σε διάφορες φάσεις και περιέλαβε την κατασκευή δύο γεωτρήσεων, η μία από τις οποίες έφτασε τα 5060 m βάθους. Οι υδραυλικές δοκιμές και μετρήσεις, όπως εξάλλου και οι γεωφυσικές διασκοπήσεις, κατέληξαν σε καλά και πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Έτσι λοιπόν, το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα HDR φαίνεται να είναι για την ώρα το πιο πετυχημένο (Tenzer, 2001). 28

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 2.3 ΟΡΙΣΜΟI ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ Δεν υπάρχει δυστυχώς κάποια Διεθνώς καθιερωμένη ορολογία που να χρησιμοποιείται από το σύνολο της γεωθερμικής κοινότητας, ώστε να διευκολύνεται η αμοιβαία κατανόηση και συνεννόηση. Στη συνέχεια του Κεφαλαίου 2 παρατίθενται μερικοί από τους πλέον κοινώς χρησιμοποιούμενους ορισμούς και ταξινομήσεις σχετικά με τη γεωθερμία. Σύμφωνα με τους Muffler & Cataldi (1978), ο γενικός όρος «γεωθερμικός πόρος» αναφέρεται στην προσβάσιμη βασική πηγή (accessible resource base). Η προσβάσιμη βασική πηγή είναι ουσιαστικά όλη η θερμική ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη κάτω από συγκεκριμένη περιοχή μεταξύ της επιφάνειας της Γης και ενός συγκεκριμένου βάθους στο φλοιό. Αυτή η ενέργεια ξεκινά από την τοπική μέση ετήσια θερμοκρασία. Η προσβάσιμη πηγή περιλαμβάνει τον ωφέλιμο προσβάσιμο πόρο (useful accessible resource base), εκείνο δηλαδή το τμήμα της γεωθερμικής ενέργειας που μπορεί να ανακτηθεί με οικονομικά συμφέροντα και νόμιμο τρόπο, κάποια στιγμή στο σχετικά άμεσο μέλλον [μέσα σε λιγότερο από εκατό (100) χρόνια]. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει τους ταυτοποιημένους οικονομικά συμφέροντες πόρους (identified economic resources), οι οποίοι είναι γνωστοί και ως αποθέματα (reserves) και αναφέρονται στις ποσότητες της γεωθερμικής ενέργειας μιας συγκεκριμένης περιοχής που μπορούν να αξιοποιηθούν με ανταγωνιστικό κόστος σε σχέση με τις άλλες πηγές ενέργειας και οι οποίοι πόροι είναι γνωστό ότι υπάρχουν και έχουν προκύψει ως αποτέλεσμα γεωτρητικών, γεωχημικών, γεωφυσικών και άλλων γεωλογικών ερευνών - μελετών. Το πλέον συνηθισμένο κριτήριο για την ταξινόμηση των γεωθερμικών πόρων είναι αυτό που βασίζεται στην ενθαλπία των γεωθερμικών ρευστών, τα οποία λειτουργούν ως ο φορέας «μεταφοράς» της θερμότητας από τα βαθιά και θερμά πετρώματα προς την επιφάνεια. Η ενθαλπία, η οποία σε γενικές γραμμές θεωρείται ότι είναι ανάλογη της θερμοκρασίας, χρησιμοποιείται για να εκφράσει την περιεχόμενη θερμική ενέργεια των ρευστών και δίνει μια γενική εικόνα της ενεργειακής «αξίας» τους. Οι γεωθερμικοί πόροι διακρίνονται σε χαμηλής, μέσης και υψηλής ενθαλπίας (ή θερμοκρασίας), σύμφωνα με το ενεργειακό τους περιεχόμενο και τις πιθανές μορφές 29

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ αξιοποίησής τους. Όπως ακριβώς και για την ορολογία, μια κοινώς αποδεκτή μέθοδος ταξινόμησης θα βοηθούσε στην αποφυγή συγχύσεων και παρανοήσεων. Όμως, μέχρι να γίνει αυτό, θα πρέπει κάθε φορά και κατά περίπτωση να δηλώνουμε τις τιμές των θερμοκρασιών ή το εύρος τους, διότι όροι όπως «χαμηλή», «ενδιάμεση» ή «υψηλή» δεν έχουν πάντα την ίδια ερμηνεία και πολλές φορές είναι παραπλανητικοί. Συχνά γίνεται διάκριση ανάμεσα στα γεωθερμικά συστήματα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι το νερό στην υγρή φάση (liquid dominated systems) και σε εκείνα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι ο ατμός (vapour dominated systems ή dry steam systems) (White, 1973). Στα συστήματα όπου επικρατεί το νερό, η υγρή φάση είναι αυτή που ελέγχει συνεχώς την πίεση. Μέσα στη φάση αυτή μπορεί να περιέχονται και κάποια αέρια με τη μορφή μικρών φυσαλίδων. Αυτά τα γεωθερμικά συστήματα, των οποίων οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από 125 ο C μέχρι 225 ο C, είναι τα πλέον συνηθισμένα Παγκοσμίως. Ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, μπορούν να παράγουν θερμό νερό, μίγμα νερού και ατμού, υγρό ατμό, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ξηρό ατμό. Στα συστήματα όπου το κυρίαρχο ρευστό είναι ο ατμός, το υγρό νερό και ο ατμός συνήθως συνυπάρχουν στον ταμιευτήρα, με τον ατμό να λειτουργεί ως η φάση που ελέγχει συνεχώς την πίεση. Τέτοιου τύπου γεωθερμικά συστήματα, τα πιο γνωστά εκ των οποίων είναι το Larderello στην Ιταλία και το Τhe Geysers στην Καλιφόρνια (Η.Π.Α.), είναι κατά βάση σπάνια και συνιστούν συστήματα υψηλής θερμοκρασίας. Κατά κύριο λόγο παράγουν ξηρό έως υπέρθερμο ατμό. Οι όροι υγρός, ξηρός και υπέρθερμος ατμός, οι οποίοι χρησιμοποιούνται συχνά από τους γεωθερμικούς, χρειάζονται κάποιες επιπλέον επεξηγήσεις, κυρίως για όσους δεν έχουν το σχετικό τεχνικό υπόβαθρο. Για να γίνει όσο το δυνατόν απλούστερο, θα χρησιμοποιήσουμε το παράδειγμα μιας κατσαρόλας γεμάτης νερό, μέσα στην οποία η πίεση μπορεί να κρατηθεί σταθερή και ίση με 1 atm (101,3 kpa). Εάν θερμάνουμε το νερό, τότε μόλις φτάσει στη θερμοκρασία των 100 ο C (σημείο ζέσεως για πίεση ίση με 1 atm) θα αρχίσει να βράζει και θα περάσει από την υγρή στην αέρια φάση του ατμού. Μετά από κάποια ώρα, μέσα στην κατσαρόλα θα συνυπάρχουν το υγρό και ο ατμός. Ο υδρατμός συνυπάρχει με το υγρό, βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία με αυτό, αποτελώντας ουσιαστικά τον υγρό ατμό. Εάν συνεχίσουμε να θερμαίνουμε την κατσαρόλα, διατηρώντας την πίεση στη 1 atm, το υγρό θα εξατμιστεί εντελώς και τελικά η κατσαρόλα θα περιέχει μόνο ατμό. Αυτός αποκαλείται ξηρός ατμός. Και ο υγρός και ο 30

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ξηρός ατμός αποκαλούνται επίσης «κορεσμένοι ατμοί». Τέλος, αυξάνοντας κι άλλο τη θερμοκρασία, για παράδειγμα στους 120 ο C, και συνεχίζοντας να διατηρούμε την πίεση σταθερή, θα πάρουμε υπέρθερμο ατμό, με υπερθέρμανση 20 ο C πάνω από τη θερμοκρασία εξάτμισης στις συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης. Τα ίδια σε γενικές γραμμές φαινόμενα, αλλά σε διαφορετικά μεγέθη και υπό διαφορετικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, λαμβάνουν χώρα στο υπέδαφος, σε αυτό που χρόνια ένας συγγραφέας αποκαλούσε «φυσική γήινη τσαγιέρα». Ένας άλλος διαχωρισμός των γεωθερμικών συστημάτων είναι αυτός που βασίζεται στην κατάσταση ισορροπίας στον ταμιευτήρα (Nicholson, 1993), σύμφωνα με τον οποίο λαμβάνονται υπόψη η κυκλοφορία των ρευστών του ταμιευτήρα και ο μηχανισμός μεταφοράς της θερμότητας. Στα δυναμικά συστήματα ο ταμιευτήρας τροφοδοτείται συνεχώς με νερό, το οποίο θερμαίνεται. Στη συνέχεια, ο ταμιευτήρας «αποφορτίζεται», είτε γιατί το θερμό ρευστό ανέβηκε μέχρι την επιφάνεια είτε γιατί άρχισε να γεμίζει τους υδατοπερατούς υπόγειους σχηματισμούς. Η θερμότητα μεταφέρεται στο σύστημα μέσω του μηχανισμού της συναγωγής (convection) και της κυκλοφορίας του ρευστού. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει συστήματα τόσο υψηλής (>150 ο C) όσο και χαμηλής (<100 ο C) θερμοκρασίας. Στα στατικά συστήματα, γνωστά και ως στάσιμα ή συστήματα αποθήκευσης, παρατηρείται ελάχιστη ή καμία τροφοδοσία του ταμιευτήρα και η μεταφορά θερμότητας γίνεται μόνο με τη βοήθεια του μηχανισμού αγωγής (conduction). H συγκεκριμένη κατηγορία περιλαμβάνει τα χαμηλής θερμοκρασίας και τα «γεωπεπιεσμένα» (geopressured) συστήματα. Γεωπεπιεσμένα συστήματα έχουν προσδιοριστεί σε μεγάλες ιζηματογενείς λεκάνες (π.χ. στον Κόλπο του Μεξικού, Η.Π.Α.) σε βάθη 3-7 km. Οι γεωπεπιεσμένοι ταμιευτήρες αποτελούνται από περατά ιζηματογενή πετρώματα που βρίσκονται ανάμεσα σε αδιαπέρατα, χαμηλής αγωγιμότητας στρώματα, και περιέχουν πεπιεσμένο θερμό νερό που εγκλωβίστηκε εκεί κατά την περίοδο δημιουργίας των λεκανών και απόθεσης των ιζημάτων. Η πίεση του θερμού νερού υπερβαίνει κατά πολύ την υδροστατική και προσεγγίζει τη λιθοστατική. Οι γεωπεπιεσμένοι ταμιευτήρες μπορεί επίσης να περιέχουν σημαντικές ποσότητες μεθανίου ή άλλων υδρογονανθράκων, οπότε μπορούν να παράγουν θερμική και υδραυλική ενέργεια (πεπιεσμένο θερμό νερό) καθώς και αέριο μεθάνιο. Τέτοιοι ενεργειακοί πόροι έχουν υποστεί εκτεταμένη έρευνα, αλλά μέχρι στιγμής δεν υπήρξε κάποια Βιομηχανική αξιοποίησή τους. 31

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ο όρος γεωθερμικό πεδίο αποτελεί ένα γεωγραφικό προσδιορισμό, που συνήθως χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια περιοχή στην οποία παρουσιάζεται κάποια επιφανειακή γεωθερμική δραστηριότητα. Στις περιπτώσεις όπου δεν παρατηρείται δραστηριότητα στην επιφάνεια, ο όρος αυτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιορίσει μια περιοχή που αντιστοιχεί στο γεωθερμικό ταμιευτήρα, ο οποίος βρίσκεται στο υπέδαφος ακριβώς κάτω από αυτήν (Axelsson and Gunnlaugsson, 2000). Επειδή η γεωθερμική ενέργεια περιγράφεται ως ανανεώσιμη (renewable) και αειφορική (sustainable), είναι σημαντικό να διαχωρίσουμε τις δύο αυτές έννοιες: Ο όρος «ανανεώσιμη» περιγράφει μια ιδιότητα του ενεργειακού πόρου, ενώ η «αειφορία» τον τρόπο με τον οποίο αυτός αξιοποιείται. Το πιο σημαντικό κριτήριο για την ταξινόμηση της γεωθερμικής ενέργειας στις ανανεώσιμες πηγές είναι ο ρυθμός επαναφόρτισης του ενεργειακού συστήματος. Κατά την εκμετάλλευση ενός φυσικού γεωθερμικού συστήματος, η επανατροφοδοσία επιτυγχάνεται με την αναπλήρωση του θερμού νερού στον ταμιευτήρα στο ίδιο χρονικό διάστημα στο οποίο γίνεται η παραγωγή των θερμών ρευστών. Αυτή ακριβώς η διαδικασία δικαιολογεί την ταξινόμηση της γεωθερμικής στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στην περίπτωση των θερμών ξηρών πετρωμάτων και κάποιων θερμών εγκλωβισμένων υδροφόρων σε ιζηματογενείς λεκάνες, η ενεργειακή φόρτιση ελέγχεται αποκλειστικά από την αγωγή θερμότητας, η οποία είναι μια ιδιαιτέρως αργή διαδικασία. Για το λόγο αυτό, ίσως θα έπρεπε τα συστήματα αυτά να κατατάσσονται στις πεπερασμένες πηγές ενέργειας (Stefansson, 2000). Η αειφορία που αφορά την κατανάλωση ενός πόρου εξαρτάται από το αρχικό του μέγεθος, το ρυθμό εκμετάλλευσης (παραγωγής ρευστών) και το ρυθμό κατανάλωσης. Η κατανάλωση μπορεί προφανώς να διατηρηθεί σταθερή για τη χρονική περίοδο κατά την οποία η επαναφόρτιση της πηγής είναι ταχύτερη ή ίση με την αποφόρτιση. Ο όρος αειφόρος ανάπτυξη χρησιμοποιείται από την Παγκόσμια Επιτροπή για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (World Commission on Environment and Development) για να περιγράψει την ανάπτυξη η οποία «..ανταποκρίνεται στις ανάγκες της σημερινής γενιάς, χωρίς όμως να θέτει σε κίνδυνο την κάλυψη των αναγκών των μελλοντικών γενεών..». Σε αυτό το πλαίσιο, η αειφόρος ανάπτυξη δεν υποδηλώνει ότι κάθε δεδομένη πηγή ενέργειας πρέπει να αξιοποιείται με έναν εξολοκλήρου αειφόρο τρόπο, αλλά ότι θα πρέπει να βρεθεί μια «φόρμουλα» αντικατάστασης του πόρου που υφίσταται εκμετάλλευση, έτσι 32

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ώστε οι επόμενες γενιές να μπορούν να εξασφαλίσουν για αυτές τους κατάλληλους ενεργειακούς πόρους, ανεξάρτητα αν ο συγκεκριμένος θα έχει εξαντληθεί. Με την έννοια αυτή, οι μελέτες που αφορούν την αειφορική ανάπτυξη ενός συγκεκριμένου γεωθερμικού πεδίου θα έπρεπε πιθανώς να προσανατολίζονται καταρχήν στην απόκτηση και στη συνέχεια στην εξεύρεση τρόπων διατήρησης ενός σταθερού επιπέδου παραγωγής γεωθερμικής ενέργειας σε εθνικό ή περιφερειακό πλαίσιο. Αυτό βέβαια ισχύει τόσο για τις ηλεκτρικές όσο και για τις άμεσες χρήσεις και θα αφορά κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, για παράδειγμα μια περίοδο τριακοσίων (300) ετών, με καινούρια γεωθερμικά πεδία να αντικαθιστούν αυτά που έχουν εξαντληθεί (Wright, 1998). 2.4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Τα αντικείμενα μιας γεωθερμικής έρευνας είναι (Lumb, 1981): Ο προσδιορισμός των γεωθερμικών φαινομένων Η επιβεβαίωση της ύπαρξης ενός ωφέλιμου παραγωγικού γεωθερμικού πεδίου Η εκτίμηση του μεγέθους του ενεργειακού πόρου Ο καθορισμός του τύπου του γεωθερμικού πεδίου Ο εντοπισμός των παραγωγικών ζωνών Ο καθορισμός του θερμικού περιεχομένου των γεωθερμικών ρευστών που θα παραχθούν από το γεωθερμικό πεδίο μέσω των παραγωγικών γεωτρήσεων 33

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η συλλογή των βασικών δεδομένων, πάνω στα οποία θα βασιστούν τα αποτελέσματα της μελλοντικής παρακολούθησης του πεδίου Ο καθορισμός της τιμής των ευαίσθητων περιβαλλοντικών παραμέτρων πριν από την εκμετάλλευση Η συλλογή πάσης φύσεως πληροφορίας και γνώσης για κάθε χαρακτηριστικό στοιχείο που θα μπορούσε να προκαλέσει προβλήματα κατά την ανάπτυξη του πεδίου. Η σχετική σπουδαιότητα καθενός από τα παραπάνω εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι περισσότεροι από τους οποίους συνδέονται με αυτόν καθαυτόν τον ενεργειακό πόρο και περιλαμβάνουν το είδος της αναμενόμενης εκμετάλλευσης, τη διαθέσιμη τεχνολογία, τα οικονομικά μεγέθη, ως επίσης την κατάσταση, τη γεωγραφική θέση και τη χρονική περίοδο. Όλα τα παραπάνω επηρεάζουν άμεσα τον προγραμματισμό και την έκβαση μιας γεωθερμικής έρευνας. Για παράδειγμα, οι προκαταρκτικές αναγνωριστικές έρευνες των γεωθερμικών εκδηλώσεων επιφανείας αποκτούν ιδιαίτερη σημασία και χρησιμότητα όταν αφορούν μια απομακρυσμένη και μη μελετημένη περιοχή, σε σχέση με μια γνωστή και εκτενώς μελετημένη. Εξάλλου, η εκτίμηση του ακριβούς μεγέθους του γεωθερμικού πόρου αποκτά ίσως μικρότερη σημασία εφόσον πρόκειται για μια μικρής κλίμακας εφαρμογή, αφού η τελευταία προφανώς απαιτεί πολύ λιγότερη θερμική ενέργεια από ότι ήδη παράγεται με φυσικό τρόπο. Επίσης, εάν η γεωθερμική ενέργεια πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τηλεθέρμανση μιας περιοχής ή σε εφαρμογές που απαιτούν χαμηλού βαθμού θερμότητα, τότε η εύρεση ρευστών υψηλής θερμοκρασίας δεν αποτελεί απαραίτητα τον αντικειμενικό σκοπό της γεωθερμικής έρευνας (Lumb, 1981). Για την πραγματοποίηση των στόχων μιας γεωθερμικής έρευνας υπάρχουν και εφαρμόζονται πολλές μέθοδοι και τεχνικές. Πολλές από αυτές χρησιμοποιούνται επίσης και σε άλλους τομείς έρευνας. Όμως, παρόλο που μπορεί να έχουν εξαιρετική συμβολή και η εφαρμογή τους να είναι πετυχημένη στην έρευνα π.χ. ορυκτών, πετρελαίου ή φυσικού αερίου, δεν αποτελούν αναγκαστικά την πλέον ενδεδειγμένη λύση στη γεωθερμική έρευνα. Αντίθετα, τεχνικές περιορισμένης χρήσης στην έρευνα πετρελαίου 34

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ μπορεί να αποδειχθούν ιδανικά εργαλεία στον τομέα της αναζήτησης φυσικής γήινης θερμότητας (Combs and Muffler, 1973). 2.5 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη ( m) (Σχήμα 2.7 και Πίνακας 2.3). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση. Η έρευνα για την αναζήτηση γεωθερμικής ενέργειας άρχισε ουσιαστικά το 1971 με βασικό φορέα το ΙΓΜΕ Θεσσαλονίκης και μέχρι το 1979 (πριν από τη δεύτερη ενεργειακή κρίση) αφορούσε μόνο τις περιοχές υψηλής ενθαλπίας. Κατά την εξέλιξη των εργασιών η ΔΕΗ, σαν άμεσα ενδιαφερόμενη για την ηλεκτροπαραγωγή, ανέλαβε τις παραγωγικές γεωτρήσεις υψηλής ενθαλπίας και την ανάπτυξη των πεδίων, χρηματοδοτώντας επιπλέον τις έρευνες στις πιθανές για τέτοια ρευστά γεωθερμικές περιοχές. Συντάχθηκε ο προκαταρκτικός χάρτης γεωθερμικής ροής του Ελληνικού χώρου, όπου φάνηκε ότι η γεωθερμική ροή στην Ελλάδα είναι σε πολλές περιοχές εντονότερη από τη μέση γήινη. Από το 1971 ερευνήθηκαν οι περιοχές: Μήλος, Νίσυρος, Λέσβος, Μέθανα, Σουσάκι Κορινθίας, Καμένα Βούρλα, Θερμοπύλες, Υπάτη, Αιδηψός, Κίμωλος, Πολύαιγος, Σαντορίνη, Κως, Νότια Θεσσαλία, Αλμωπία, περιοχή Στρυμόνα, περιοχή Ξάνθης, Σαμοθράκη και άλλες. Η αυξημένη ροή θερμότητας, λόγω της έντονης τεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητας, δημιούργησε εκτεταμένες θερμικές ανωμαλίες, με μέγιστες τιμές γεωθερμικής βαθμίδας που πολλές φορές ξεπερνούν του 100 C/km. Σε κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, η ενέργεια αυτή θερμαίνει «ρήχους» υπόγειους ταμιευτήρες ρευστών σε θερμοκρασίες μέχρι 100 ο C. Τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας είναι διάσπαρτα στη νησιωτική και ηπειρωτική Ελλάδα. Η συμβολή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο μπορεί να γίνει σημαντική, καθόσον αποτελούν ενεργειακό πόρο φιλικό στο 35

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ περιβάλλον, κοινωνικά αποδεκτό και παρουσιάζουν σημαντικό οικονομικό και αναπτυξιακό ενδιαφέρον. Σχήμα 2.7 Γεωθερμικές περιοχές της Ελλάδας 36

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Στη Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής [πέντε (5) γεωτρήσεις στη Μήλο και δύο (2) γεωτρήσεις στη Νίσυρο]. Στη Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 ο C σε βάθος 1000 m και στη Νίσυρο 350 ο C σε βάθος 1500 m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 ΜW e αντίστοιχα, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι της τάξης των 200 και 50 MW e αντίστοιχα. Πίνακας 2.3 Σημαντικότερα Γεωθερμικά Πεδία στον Ελλαδικό χώρο ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΚΤΑΣΗ (km 2 ) ΘΕΡΜ/ΣΙΑ ( Ο C) ΒΕΒΑΙΩΜΕΝΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (m 3 /h) ΠΙΘΑΝΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ (m 3 /h) N.Kεσσάνη Ξάνθης N. Eράσμιο/Μάγγανα Ξάνθης Χρυσούπολη/Ερατεινό Καβάλας Σιδηρόκαστρο Σερρών Ηράκλεια Σερρών Νιγρίτα Σερρών Λαγκαδάς Θεσ/νίκης Νυμφόπετρα Θεσ/νίκης Ν. Απολλωνία Θεσ/νίκης Ελαιοχώρια Χαλκιδικής Στύψη/Καλλονή Λέσβου Πολύχνιτος Λέσβου Άργεννος Λέσβου Σουσάκι Κορινθίας Μήλος Νίσυρος Σαντορίνη Στη Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κ.λπ. Στη λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών - Νιγρίτας, Λιθότοπου - Ηράκλειας, Θερμοπηγής - Σιδηροκάστρου και 37

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Αγκίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75 ο C, συνήθως αρτεσιανά και πολύς καλής ποιότητας και παροχής. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στη Νιγρίτα και στο Σιδηρόκαστρο. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία, στο Ερατεινό Χρυσούπολης και στο Ν. Εράσμιο Μαγγάνων Ξάνθης. Νερά άριστης ποιότητας μέχρι 70 ο C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στη Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά μέχρι 82 ο C. Στη λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία (3) πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56 ο C. Στη Σαμοθράκη υπάρχουν ενθαρρυντικά στοιχεία καθώς γεωτρήσεις βάθους μέχρι 100 m συνάντησαν νερά με θερμοκρασίες της τάξης των 100 ο C ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τη θέρμανση. Σε ότι αφορά την ηλεκτροπαραγωγή η Ελλάδα μαζί με την Ιταλία, την Πορτογαλία και τη Γαλλία είναι από τις ελάχιστες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης στις οποίες υπάρχουν πεδία υψηλής ενθαλπίας και από τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν τα γεωθερμικά ρευστά για παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος. Οι πιο σημαντικές θερμικές εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας είναι : Πρωτογενής Αγροτικός Τομέας - Θερμοκηπιακές καλλιέργειες, πρωίμιση μεταποίηση και ξήρανση αγροτικών προϊόντων. Συνήθως οι απαιτούμενες θερμοκρασίες εδώ δεν ξεπερνούν τους 50 ο C. Υδατοκαλλιέργειες. Ιχθυοκαλλιέργειες - Αντιπαγετική προστασία, δημιουργία συνθηκών συνεχούς παραγωγής γόνου στα εκτροφεία καθόλη τη διάρκεια του έτους. Ξήρανση ιχθύων, κονσερβοποίηση. 38

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Τηλεθέρμανση - Θέρμανση κτιρίων οικισμών, γεωργοκτηνοτροφικών μονάδων, βιομηχανιών κ.λπ. Βιομηχανικές Εφαρμογές - Βιομηχανία τροφίμων, κονσερβοποίηση, ξήρανση ξυλείας, τσιμεντόλιθων και άλλων δομικών υλικών. Τουριστική Αξιοποίηση - Ιαματικά λουτρά, Spa κ.ά. Ψύξη χώρων. Πισίνες. Αφαλάτωση. Και πληθώρα άλλων... 39

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 3.1 ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ Η περιοχή του Νέστου (Εικόνα 3.2) ανήκει στη γεωτεκτονική ζώνη της Ροδόπης, η οποία στη διάρκεια της αλπικής πτύχωσης λειτούργησε ως ένας σταθερός πυρήνας. Η ύπαρξη όμως μεταμορφωμένων περιφερειακών ιζημάτων μεσοζωικής ηλικίας δείχνει τη συμμετοχή της στην αλπική πτύχωση. Στην Εικόνα 3.1 φαίνεται η θέση της Ευρώπης και αυτομάτως και της Ελλάδας στη Γη. Στα νότια και ανατολικά της Ροδοπικής μάζας αναπτύχθηκαν επικλυσιγενείς παλαιογενείς λεκάνες με απόθεση μαλασσικών ιζημάτων μεταλπικής ηλικίας που συνοδεύτηκαν και από ηφαιστειακή δραστηριότητα ασβεσταλκαλικού τύπου καθώς και πλουτώνια μετατεκτονικά πετρώματα. Οι δύο τελευταίες δραστηριότητες εκτός των πετρωμάτων που σχημάτισαν, συνεισφέρουν σημαντικά στη θετική γεωθερμική ανωμαλία της περιοχής. Η ιζηματογενής λεκάνη του δέλτα του Νέστου, συνολικής έκτασης περίπου 450 km 2, αποτελεί μέρος της ευρύτερης ταφρογενούς λεκάνης του Πρίνου, η οποία και αυτή με τη σειρά της αποτελεί τμήμα του ευρύτερου ιζηματογενούς χώρου που στο Παλαιόκαινο ξεκινά από τη Γιουγκοσλαβία και μέσω του Θερμαϊκού και του βορείου Αιγαίου φθάνει στη Μαύρη Θάλασσα. Από τα μέχρι σήμερα στοιχεία, κυρίως από την έρευνα υδρογονανθράκων στη δεκαετία του 1980, τα παλαιότερα ιζήματα στο χώρο του Δέλτα ανήκουν στο Μειόκαινο (μέσο - κατώτερο) και αποτελούνται από κλασικούς δελταϊκούς και χερσαίους σχηματισμούς με εναλλαγές λεπτόκοκκων έως αδρόκοκκων 40

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ψαμμιτών, ιλυολίθων και αργιλλιτών, ενώ στα κατώτερα μέρη υπερτερούν τα κροκαλοπαγή και μπορεί να αποτελέσουν τους ταμιευτήρες των γεωθερμικών ρευστών. Εικόνα 3.1 Υδρόγειος σφαίρα Πάνω στα κλασικά ιζήματα αναπτύσσεται η Εβαποριτική σειρά ιζημάτων θαλάσσιας προέλευσης του Αν. Μειόκαινου, κυρίως όμως στα βαθύτερα σημεία της λεκάνης. Οι Πλειοτεταρτογενείς σχηματισμοί κάθονται ασύμφωνα πάνω στους σχηματισμούς του Μειόκαινου και αποτελούνται στα κατώτερα μέρη από εναλλαγές χαλαρών ψαμμιτών και αργίλων χερσαίας και δελταϊκής προέλευσης, που στα κατώτερα μέρη και προς το κέντρο της λεκάνης μεταβαίνουν σε σχηματισμούς θαλάσσιας φάσης με πάχος που φθάνει τα 1000 m. Το υπόβαθρο της λεκάνης αποτελείται από μεταμορφωμένα πετρώματα της Ροδοπικής μάζας και κυρίως πετρώματα της Μάρμαρο-αμφιβολιτικής σειράς και ανθρακικών σειρών (μάρμαρα του Boz - Dag). Η επαφή μεταξύ αλλουβιακών αποθέσεων 41

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ της λεκάνης με τους μεταμορφωμένους σχηματισμούς καλύπτεται κατά το μεγαλύτερο μέρος από κώνους κορημάτων, αποτελούμενους από υλικά αποσάθρωσης των μαρμάρων και γνευσίων που κατά θέσεις είναι συγκολλημένα λατυποπαγή με ασβεστιτική συγκολλητική ύλη. Παίρνοντας υπόψη τη δομή του υπόβαθρου που αναθολώνεται δραστικά κατά μήκος ενός άξονα Β-180 ο (ΒΒΔ-ΝΝΑ) και τις υψηλές θερμοκρασίες που συναντήθηκαν στις γεωτρήσεις έρευνας υδρογονανθράκων, το κύριο γεωθερμικό ενδιαφέρον εντοπίζεται στο αναθολωμένο τέμαχος (κέρας). Η κύρια θερμική ανωμαλία εντοπίζεται κατά μήκος αυτού του άξονα με δραματική μείωση προς τα Δυτικά Νότιο δυτικά. Στην περιοχή αυτή τα Μειοκαινικά ιζήματα απουσιάζουν, μειώνεται το πάχος των κατώτερων στεγανών σχηματισμών και η θερμική ενέργεια συσσωρεύεται στην κατώτερη επικλυσιγενή σειρά του Πλειόκαινου, όπου και επικρατούν πετρώματα με υψηλό πορώδες, δημιουργώντας έτσι ένα αποθηκευτικό σύστημα για γεωθερμικά ρευστά. Εικόνα 3.2 Θέση γεωθερμικού πεδίου της περιοχής του Ερατεινού 42

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 3.2 ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ Εικόνα 3.3 Ερατεινό Χρυσούπολης,Ν. Καβάλας Η περιοχή του Ερατεινού (Εικόνα 3.3) του Νομού Καβάλας, ανήκει στο Δήμο Χρυσούπολης και βρίσκεται στο ανατολικό άκρο του Νομού Καβάλας, όπως βλέπουμε και στο Σχήμα 3.1. Με βάση την τελευταία απογραφή που έγινε το 2000 ο αριθμός κατοίκων της περιοχής του Ερατεινού ανέρχεται σε οκτακόσιους ογδόντα τρείς (883) μόνιμους κατοίκους. Η περιοχή του Ερατεινού έχει πλούσιο γεωθερμικό υπέδαφος, όπου η εκμετάλλευση του άμεσα, ή και τα επόμενα χρόνια θα αποφέρει μεγάλα κέρδη στο Δήμο Χρυσούπολης. Δίπλα από το χωριό του Ερατεινού (Σχήμα 3.1), βρίσκεται και το αεροδρόμιο της Καβάλας, Μέγας Αλέξανδρος, οπότε τυχόν εκμετάλλευση του γεωθερμικού πεδίου θα προσέφερε και σημαντικές προοπτικές χρησιμοποίησης αυτού από τον αερολιμένα. Μεγάλος αριθμός κατοίκων ασχολείται με τις αγροτικές καλλιέργειες, είτε σπαραγγιών, είτε άλλων αγροτικών προϊόντων, ενώ σε κοντινή απόσταση από το Ερατεινό είναι και η Κεραμωτή, όπου υπάρχουν ιχθυοκαλλιέργειες, τομέας που μπορεί να ευνοηθεί από την 43

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΥΠΟ ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΟΧΗ αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας, διότι το πιθανό γεωθερμικό πεδίο καλύπτει μεγάλη έκταση. Σχήμα 3.1 Περιοχή του Ερατεινού 44

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Το Α.Π.Θ./Τμήμα Γεωλογίας, με επιστημονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Γεωθερμίας Μιχαήλ Φυτίκα, ανέλαβε την εκπόνηση της παραπάνω έρευνας με βάση την από σύμβαση μεταξύ του Δήμου Χρυσούπολης Καβάλας και του Α.Π.Θ. (Επιτροπή Ερευνών). Ο Δήμος Χρυσούπολης ενδιαφέρεται για την ανάπτυξη και αξιοποίηση του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου Ερατεινού προς όφελος των κατοίκων και της ευρύτερης περιοχής. Πιο συγκεκριμένα, (σύμβαση, άρθρο 2.1): «Πρόθεση της Δημοτικής Αρχής είναι η αξιοποίηση του υπάρχοντος πεδίου εντός των διοικητικών της ορίων που έχει εκπονηθεί από το ΙΓΜΕ Θεσσαλονίκης και μέσα στο οποίο κυκλοφορούν θερμά νερά θερμοκρασίας ο C σε μικρά σχετικά βάθη. Μέσα στο ερευνημένο πεδίο υπάρχει ένα βεβαιωμένο πεδίο (το No 22, ΦΕΚ 1012/ ) με δύο (2) έτοιμες γεωτρήσεις παραγωγής που είναι εκμεταλλεύσιμες (ρευστά καλής ποιότητας, υπό πίεση, σε σημαντικές παροχές), οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστηματικά σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών, που θα εξασφαλίζουν και πολλές νέες θέσεις εργασίας». Για την παρούσα έρευνα ελήφθησαν υπόψη όλα τα υπάρχοντα δεδομένα από τις μέχρι τώρα γεωθερμικές έρευνες του ΙΓΜΕ Θεσσαλονίκης, τη βαθιά ερευνητική γεωθερμική γεώτρηση NESTOS-1G της ΔΕΠ που έγινε κοντά στο Ερατεινό και δίπλα στη γεώτρηση Ν-1Π και την έρευνα υδρογονανθράκων. Στη σύνταξη της παρούσας μελέτης συμμετείχαν επιλεγμένοι και ειδικοί επιστήμονες - τεχνικοί (μηχανολόγοι μηχανικοί ειδικοί σε ενεργειακά και γεωθερμικά θέματα, χημικοί μηχανικοί με εμπειρία στις επιπτώσεις των γεωθερμικών ρευστών στις εγκαταστάσεις, γεωλόγοι με εμπειρία στη γεωλογική και γεωθερμική κατάσταση της περιοχής). 45

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Επίσης πραγματοποιήθηκαν χρήσιμες συναντήσεις - συνεργασίες στα γραφεία του Δήμου με ειδικούς τεχνικούς και επισκέψεις στην ύπαιθρο για τη διαπίστωση της κατάστασης και την αναζήτηση - διερεύνηση των πραγματικών συνθηκών και δυνατοτήτων αξιοποίησης των γεωθερμικών ρευστών. Ρωτήθηκαν υποψήφιοι χρήστες της γεωθερμίας στην ευρύτερη περιοχή του βεβαιωμένου και του πιθανού πεδίου, ώστε να προκύψουν τα εγγύτερα στην πραγματικότητα στοιχεία και να γίνουν οι βέλτιστες προτάσεις για το βεβαιωμένο πεδίο, έχοντας όμως υπόψη και τις προοπτικές ανάπτυξης του πιθανού που περιλαμβάνει το μεγαλύτερο τμήμα εντός των διοικητικών ορίων του Δήμου Χρυσούπολης. Στην ευρύτερη περιοχή της Χρυσούπολης Καβάλας είχε εντοπιστεί πριν είκοσι (20) χρόνια και μετά από έρευνες του ΙΓΜΕ Θεσσαλονίκης, ένα τεράστιο γεωθερμικό πεδίο [έκτασης σαράντα χιλιάδων (40000) στρεμμάτων] στο υπέδαφος του οποίου κυκλοφορούν θερμά νερά ο C σε μικρά σχετικά βάθη εντός των νεογενών και τεταρτογενών ιζημάτων. Το αξιοποιήσιμο θερμό - ενεργειακό τους φορτίο ανέρχεται σε πολλές εκατοντάδες MW t και αποτελεί μεγάλη παράλειψη η μέχρι τώρα απραξία για την εκμετάλλευση του συγκριτικού αυτού πλεονεκτήματος της περιοχής. Τα ρευστά είναι σχετικά καλής ποιότητας (άρα και εύκολα στη χρήση) και βρίσκονται υπό πίεση (άρα δε χρειάζονται σοβαρή άντληση) ενώ η κάθε γεώτρηση παραγωγής μπορεί να αποδώσει μεγάλες ποσότητες ρευστών (συνήθως πάνω από 100 m 3 /h). Τα ρευστά μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστηματικά σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών εντατικής και εκτός εποχής καλλιέργειας (θερμοκήπια, υπεδάφια θέρμανση πρωίμισης σπαραγγιών, καρπουζιών κ.λπ.) αποδίδοντας σίγουρα και συνήθως εξαγώγιμα προϊόντα και συνεπώς σημαντικά οφέλη τόσο στους επενδυτές όσο και στους τοπικούς γεωργούς. Οι εφαρμογές αυτές εξασφαλίζουν πολλές νέες θέσεις εργασίες [π.χ. τα θερμοκήπια θέλουν έναν (1) εργαζόμενο ανά στρέμμα και με τη γεωθερμία μπορούν να λειτουργήσουν χιλιάδες στρέμματα θερμοκηπίων]. Επίσης, τα ίδια ρευστά μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε κατάλληλα ξηραντήρια και αφυδατωτήρια προϊόντων και που να λειτουργούν σε διαφορετική εποχή από τις υπόλοιπες εφαρμογές, με αντίστοιχα οφέλη στους τομείς της οικονομίας και της απασχόλησης. Ιδιαίτερα σήμερα, με την κρίση που μαστίζει τον αγροτικό τομέα και την επιβεβλημένη στροφή σε νέες καλλιέργειες, η συμβολή της φθηνής και ανανεώσιμης γεωθερμικής ενέργειας γίνεται πλέον καθοριστική. Η γεωθερμία στην περιοχή προσφέρεται επιπλέον για τη θέρμανση 46

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών μονάδων αλλά και για τις ήδη υπάρχουσες στα παράλια υδατοκαλλιέργειες, όπου το θερμό νερό σε ανάμιξη με το θαλασσινό θα δημιουργήσει ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης των θερμόφιλων ψαριών (τσιπούρες, λαβράκια, χέλια, γαρίδες κ.λπ.). Δεν αποκλείεται και η δημιουργία σύγχρονων εγκαταστάσεων ιαματικού τουρισμού με μονάδες ευεξίας και αναζωογόνησης. Φυσικά δε μπορεί να παραβλεφθεί η τηλεθέρμανση οικισμών ή επιλεγμένων κτιρίων, εφόσον χρειάζονται σημαντικά θερμικά φορτία και δε βρίσκονται μακριά από τις γεωτρήσεις. Για παράδειγμα, στην περιοχή πολύ κοντά στο γεωθερμικό πεδίο (2-3 km), υπάρχουν η οργανωμένη Βιομηχανική περιοχή της ΕΤΒΑ Καβάλας και το Διεθνές Αεροδρόμιο της Χρυσούπολης Καβάλας. Η γεωθερμική ενέργεια μεταφέρεται με οικονομικό και τεχνικά εύκολο τρόπο σε αποστάσεις μέχρι 5 km (αν χρειαστεί μπορεί να μεταφερθεί και σε μεγαλύτερες αποστάσεις), δεν επηρεάζεται από τις καιρικές μεταβολές και είναι σταθερά διαθέσιμη είκοσι τέσσερεις (24) ώρες το 24ωρο, καθόλη τη διάρκεια του έτους. Για το λόγο αυτό, ευνοούνται και ενδείκνυνται ακόμη περισσότερο οι διαδοχικές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας, κατανεμημένες ορθολογικά στο χώρο και στο χρόνο, ώστε να υπάρξει το μεγαλύτερο δυνατό ενεργειακό και αναπτυξιακό όφελος και γίνει πάρα πολύ γρήγορα η απόσβεση των αρχικών επενδύσεων για τις εγκαταστάσεις (γεωτρήσεις, δίκτυα μεταφοράς των ρευστών, εναλλαγή της θερμότητας από το γεωθερμικό στο γλυκό νερό). Σημειώνεται ότι οι εφαρμογές που έχουν γίνει μέχρι στιγμής στην Ελλάδα, έχουν αποδεδειγμένα επιλύσει όλα τα τεχνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα, ειδικά στον τομέα των ρευστών χαμηλής ενθαλπίας, όπως αυτά της Χρυσούπολης. Στο μεγάλο αυτό γεωθερμικό πεδίο, εκτός από τις δέκα πέντε (15) ερευνητικές γεωτρήσεις (Χάρτης 4.1) μικρής διαμέτρου υπάρχουν και δύο (2) γεωτρήσεις παραγωγής σε βάθος 650 m με ρευστά 70 ο C που βγαίνουν σχεδόν μόνα τους στην επιφάνεια σε πολύ μεγάλες παροχές ( m 3 /h η κάθε μία). Το νερό των γεωτρήσεων αυτών μπορεί να χρησιμοποιηθεί άνετα σε διαδοχικές χρήσεις στη γύρω περιοχή (στον κάμπο του Ερατεινού) και στη δημιουργία θερμοκηπιακών μονάδων και καλλιεργειών υπεδάφιας θέρμανσης. Στην περιοχή υπάρχει ήδη ένα μεγάλο ξηραντήριο καλαμποκιού που δουλεύει σε διαφορετική εποχή. Θα μπορούσε, όπως αναφέρεται και παραπάνω, να εξεταστεί σοβαρά και το ενδεχόμενο θέρμανσης και παροχής νερού χρήσης σε μερικές 47

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ βιομηχανίες της ΒΙΠΕΤΒΑ και ίσως στο αεροδρόμιο. Θα μπορούσαν βέβαια να προσελκυστούν και άλλοι ετεροχρονισμένοι χρήστες. Χάρτης 4.1 Ερευνητικές γεωτρήσεις Η λήψη της σχετικής άδειας από την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης για τη διαχείριση του βεβαιωμένου πεδίου (στην περιοχή γύρω από τις δύο παραγωγικές γεωτρήσεις) θα είναι η αρχή για την επέκταση και στο υπόλοιπο πιθανό 48

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ πεδίο που έχει εντοπιστεί από τις ερευνητικές γεωτρήσεις του ΙΓΜΕ. Με τον τρόπο αυτό ανοίγει ένα τεράστιο κεφάλαιο για την ανάπτυξη της περιοχής, την εξοικονόμηση καυσίμων, τη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας, την παραγωγή εξαγώγιμων κυρίως προϊόντων και τη βελτίωση των συνθηκών ζωής και περιβάλλοντος (οι γεωθερμικές εφαρμογές θα δουλεύουν σε κλειστό κύκλωμα χωρίς καμία εκπομπή στην ατμόσφαιρα ή απόρριψη στους επιφανειακούς υδροφορείς). Τα γεωλογικά δεδομένα της ευρύτερης περιοχής της πεδιάδας του Δέλτα του Νέστου, συνηγορούν για την ύπαρξη εκτεταμένης γεωθερμικής ανωμαλίας στην περιοχή όπου εντοπίζονται τα δύο βεβαιωμένα πεδία Ερατεινού Καβάλας και Ν. Εράσμιου Ξάνθης που ανήκουν στον ίδιο γεωτεκτονικό χώρο. Περισσότερες έρευνες έδειξαν ότι η γεωθερμική ανωμαλία είναι σημαντική και σε άλλες περιοχές της ευρύτερης λεκάνης, οπότε μπορούμε βάσιμα να υποθέσουμε ότι όλη η λεκάνη του Νέστου έχει ιδιαίτερο γεωθερμικό ενδιαφέρον. Η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να καλύψει θερμικά φορτία βάσεως και είναι διαθέσιμη όλο το χρόνο. Για το λόγο αυτό, πρέπει άμεσα να αναπτυχθούν δράσεις για την αξιοποίησή της κατά κύριο λόγο στον ευρύτερο αγροτικό και τον αγροτοβιομηχανικό τομέα. 4.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Στην παράγραφο αυτή εκτός από το τοπογραφικό τριγωνομετρικό σχεδιάγραμμα γίνεται και παρουσίαση γεωτρήσεων και ερευνητικών έργων που εκτελέστηκαν καθώς και λοιπά στοιχεία του πεδίου ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕ ΠΛΗΡΕΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΟ ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ (ΕΞΑΡΤΗΜΕΝΟ ΑΠΟ ΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΦΥΛΛΟΥ ΧΑΡΤΗ ΚΛ. 1:100000) Η παρούσα μελέτη αναφέρεται στην ευρύτερη περιοχή Χρυσούπολης-Ερατεινού του Ν. Καβάλας. Στο Χάρτη 4.2 παρουσιάζεται τοπογραφικό σχεδιάγραμμα του βεβαιωμένου πεδίου (ΖΗΘΙ) και του πιθανού πεδίου (ΑΒΓΔΕΑ) που θα αποτελέσει αντικείμενο μελλοντικής επιβεβαιωτικής έρευνας και μελέτης αξιοποίησης. Το βεβαιωμένο γεωθερμικό πεδίο Ερατεινού Χρυσούπολης Καβάλας που αποτελεί 49

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ αντικείμενο της παρούσης μελέτης, με τις δύο γεωτρήσεις παραγωγής φαίνεται και στο Χάρτη 4.2. Χάρτης 4.2 Γεωθερμικό πεδίο Ερατεινού Χρυσούπολης (πιθανό, βεβαιωμένο) 50

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Πίνακας 4.1 Συντεταγμένες βεβαιωμένου πεδίου(ζηθι) που αφορούν την παρούσα μελέτη Ορθογώνιες συντεταγμένες Αζιμουθιακές συντεταγμένες (προβολή ΗΑΤΤ) Χ Υ Χ Υ Ζ , , , ,240 Η , , , ,467 Θ , , , ,634 I , , , , ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΛΟΙΠΩΝ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΠΟΥ ΕΚΤΕΛΕΣΤΗΚΑΝ Στα πλαίσια ερευνητικού προγράμματος στις αρχές της δεκαετίας του 1990, το Τμήμα Γεωθερμίας του ΙΓΜΕ σχεδίασε την κατασκευή δύο (2) γεωτρήσεων έρευνας - παραγωγής στην περιοχή μέγιστου γεωθερμικού ενδιαφέροντος, έτσι όπως αυτή προέκυψε από τα δικά τους ερευνητικά στοιχεία και από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της Δ.Ε.Π., η οποία το 1986 είχε ανορύξει ερευνητική γεωθερμική γεώτρηση βάθους 1377 m (NESTOS 1-G). Η πρώτη παραγωγική γεώτρηση τοποθετήθηκε 200 m νότια της γεώτρησης N-1G, εκεί όπου οι ισόθερμες καμπύλες δείχνουν μία περιοχή μέγιστης γεωθερμικής βαθμίδας και η οροφή του υποβάθρου χαρακτηρίζεται από δραστική πύκνωση των ισοβαθών, ως αποτέλεσμα τεκτονικής δράσης και προς τις δύο κύριες τεκτονικές διευθύνσεις της περιοχής Β-70 και Β-160. Η πρώτη αυτή γεώτρηση ονομάστηκε Ν-1Π (Εικόνα 4.1 και Πίνακας 4.1). Το τελικό βάθος αυτής της γεώτρησης είναι 655 m, είναι σωληνωμένη με της ίντσας έως τα 220 m και 8 της ίντσας από τα 211 m έως τα 655 m. Στο διάστημα m έχουν τοποθετηθεί οι φιλτροσωλήνες και οι δύο πιεζομετρικοί 1 σωλήνες της ίντσας και 4 της ίντσας από την επιφάνεια έως τα 150 m. Η γεώτρηση Ν-2Π (Εικόνα 4.2) τοποθετήθηκε στα δυτικά του υψηλότερου σημείου του τεκτονικού υβώματος (κέρατος), στις παρυφές του οικισμού Ερατεινού, εκεί όμως που οι καμπύλες ισοβαθμίδας είναι υψηλές. Η επιλογή έχει σχέση και με την 51

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ ύπαρξη κατάλληλου χώρου για γεωτρητικές εργασίες, αλλά και με την ύπαρξη του οικισμού όπου μπορούν να γίνουν αρκετές γεωθερμικές εφαρμογές (θέρμανση χώρων σχολικού συγκροτήματος κ.λπ.). Χάρτης 4.3 Ισόθερμες καμπύλες βάθους 600m Το τελικό βάθος αυτής της γεώτρησης είναι 670 m, είναι σωληνωμένη με 3 σωλήνες «τυφλές» της ίντσας έως τα 246 m και 6 8 της ίντσας από τα 238 m 52

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ έως τα 670 m. Στο διάστημα m τοποθετήθηκαν φιλτροσωλήνες και οι δύο 1 πιεζομετρικοί σωλήνες της ίντσας και 4 της ίντσας από την επιφάνεια έως τα 150 m. Για λόγους ασφαλείας μέχρι τα βάθη 34 m και 35 m, αντίστοιχα, τοποθετήθηκαν 3 περιφραγματικοί σωλήνες 16» και στη συνέχεια τα δύο «liners» 16» και 10 4 ίντσας τσιμεντώθηκαν. Χρησιμοποιήθηκαν σωλήνες «γαλβανισμένες εν θερμώ», με ισχυρά τοιχώματα πάχους 5 mm και κεφαλές - βάνες για μέγιστη ασφάλεια. Η θερμοκρασιακή κατανομή του ταμιευτήρα έχει παρουσιαστεί στους Χάρτες 4.2 και 4.3 του ΙΓΜΕ (με συντάκτη τον κ. Κολιό Ν.). Οι δύο (2) παραγωγικές γεωτρήσεις παρουσιάζουν μερικό αρτεσιανισμό, με τον οποίο παράγουν γεωθερμικά ρευστά μικρής παροχής. Η άντληση τους όμως έδωσε μεγάλες παροχές (>150 m 3 /h, πολύ πιθανώς και 200 m 3 /h) και θερμοκρασίες στην κεφαλή τους της τάξης των 70 ο C. Η παροχή των 200 m 3 /h και η θερμοκρασία των 70 ο C θεωρούνται βάσιμα οι τιμές παραγωγής στην κεφαλή της γεώτρησης σε ρυθμούς ετήσιας εκμετάλλευσης της γεωθερμίας από τις δύο γεωτρήσεις. Με τις δύο (2) γεωτρήσεις έρευνας - παραγωγής, εντοπίστηκε ο γεωθερμικός ταμιευτήρας που αναμενόταν μετά τις μακροχρόνιες έρευνες σε βάθη m. Όλα τα στοιχεία συνηγορούν για την ύπαρξη τεράστιου θερμοενεργειακού δυναμικού σε μεγάλη έκταση, σε προσιτά βάθη, ικανοποιητική χημική σύσταση και αξιόλογη πίεση του ταμιευτήρα. Η ενέργεια από τις δύο πρώτες παραγωγικές γεωτρήσεις φθάνει σε ισχύ περίπου τα 18 MW t, που ισοδυναμούν με εξοικονόμηση ενέργειας αρκετών χιλιάδων ΤΙΠ/έτος [περίπου δώδεκα χιλιάδων (12000)] και σημαντική θερμική απόδοση, ποσότητα ικανή να στηρίξει ένα ευρύ φάσμα σύγχρονων επενδυτικών δραστηριοτήτων στον Αγροτικό και αγροτοβιομηχανικό τομέα. Για ένα σχεδιασμό ανάπτυξης και αξιοποίησης θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η γεωθερμική ενέργεια (σε σχέση με τις υπόλοιπες Α.Π.Ε. που διατίθενται έτοιμες προς διαχείριση) αποτελεί ενεργειακό ορυκτό πόρο που διαθέτει «γεωλογικό ρίσκο» εξόρυξης. Για το λόγο αυτό θα πρέπει αν υπάρχει η κατάλληλη γνώση και εμπειρία της γεωλογικής υποδομής, ώστε στη διαδικασία της «εξόρυξης» της ενέργειας να εξασφαλίζεται η συνεχής διάθεσης της προς τους χρήστες. της 53

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ 54

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Χάρτης 4.4 Καμπύλες ισοβαθμίδας Η βελτίωση των γνώσεων του κοιτάσματος, θα πρέπει να συνεχιστεί με πρόσθετη γεωθερμική έρευνα και άπτονται της μηχανικής του ταμιευτήρα (reservoir engineering) και της διαχείρισης του γεωθερμικού πεδίου (field management) σε όλη τη διάρκεια της εκμετάλλευσής του και της συνεχούς καταγραφής των μεταβλητών παραμέτρων (monitoring). Έτσι, μέσω αυτών, θα προκύψει το λειτουργικό μοντέλο του γεωθερμικού κοιτάσματος που θα μπορεί να εξασφαλίζει, να βελτιώνει και να μεγιστοποιεί τα χαρακτηριστικά παραγωγής. Αν τηρηθούν τα παραπάνω από το φορέα διαχείρισης, η γεωθερμική ενέργεια της περιοχής θα λειτουργήσει ως ανανεώσιμη, αειφόρος πηγή ενέργειας και όχι ως περιορισμένη ογκομετρημένη ποσότητα με συγκεκριμένη ημερομηνία λήξης. 55

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Εικόνα 4.1 Παραγωγική Γεώτρηση Ν-1Π Εικόνα 4.2 Παραγωγική Γεώτρηση Ν-2Π 56

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Σχήμα 4.1 Στοιχεία παραγωγικής γεώτρησης Ν-1Π ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Το γεωθερμικό πεδίο της ευρύτερης περιοχής Ερατεινού Χρυσούπολης Καβάλας, το οποίο ερευνήθηκε με τις δέκα πέντε (15) ερευνητικές και δύο (2) παραγωγικές γεωτρήσεις του ΙΓΜΕ, τη βαθιά ερευνητική γεωθερμική γεώτρηση της ΔΕΠ και τις βαθιές ερευνητικές γεωτρήσεις υδρογονανθράκων του ΙΓΜΕ, φαίνεται ότι είναι πολύ τεκτονισμένο και παρουσιάζει διαφορετικά βάθη της τριτογενούς λεκάνης. Αυτή, στην περιοχή του κύριου πεδίου αλλά και σε άλλα σημεία έχει μικρό σχετικά βάθος (μέχρι

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ m περίπου) και μεγάλη γεωθερμική βαθμίδα (έως και τριπλάσια της μέσης γήινης) (Σχήμα 4.2). Στο σχήμα - μοντέλο που παρατίθεται παρακάτω φαίνεται να υπάρχουν παραγωγικοί ταμιευτήρες ο C σε βάθη μόλις m και πιθανοί θερμότεροι ( ο C) ταμιευτήρες σε μεγαλύτερα βάθη μέσα στο υπόβαθρο (της τάξης των m). Οι δεύτεροι ταμιευτήρες παραμένουν με τα μέχρι στιγμής δεδομένα υποθετικοί, ενώ η παρούσα έρευνα ασχολείται με τους βεβαιωμένους σχετικά «ρηχούς» ταμιευτήρες που εντοπίζονται στα κατώτερα ιζήματα της λεκάνης. Σχήμα 4.2 Γεωθερμικό μοντέλο Ερατεινού Ν. Καβάλας 58

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ 4.2 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΜΕ ΒΑΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΘΕΙΣΑ ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ Συμπεριλαμβάνονται τα στοιχεία του εκμισθωτή (γεωμετρία του ταμιευτήρα, έκταση του βεβαιωμένου πεδίου, παραγωγικές γεωτρήσεις, θερμοκρασιακή κατανομή του ταμιευτήρα, δεδομένα παροχής και πίεσης ρευστού, θερμοκρασία εξόδου των ρευστών στην επιφάνεια και στοιχεία - χημική σύσταση - των χαρακτηριστικών του ρευστού) ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΕΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ Η γεώτρηση Ν-2Π έχει διατρήσει χαλαρούς σχηματισμούς με εναλλαγές αργίλων και άμμων έως τα 65 m, αποτέλεσμα πρόσφατων αλλουβιακών αποθέσεων. Από τα βάθη των 65 m έως τα 305 m διάτρησε πλειστοκαινικά ιζήματα δελταϊκού κυρίως τύπου, με παρεμβολές χαλίκων, ενστρώσεων άμμου, σε εναλλαγές με αργίλους. Σε μεγαλύτερα βάθη και από τα 305 m έως τα 485 m, το περιβάλλον παρουσιάζεται λιμνοθαλάσσιο με παρουσία αργιλομαργαϊκών σειρών, αυξημένης πλαστικότητας, σκούρου τεφροπράσινου χρώματος και πολύ λεπτές ενστρώσεις λεπτόκοκκων άμμων. Η όλη σειρά στα βάθη αυτά παρουσιάζεται υδατοστεγής. Από τα 485 m έως τα 670 m, που είναι και το τελικό βάθος, υπάρχει μια μεταβατική ζώνη ρηχού θαλάσσιου περιβάλλοντος, όπου επικρατούν οι ανθρακικές φάσεις ωολιθικών και μικριτικών ασβεστόλιθων, πλούσιες σε θραύσματα του υποβάθρου και ασβεστο-ψαμμιτικούς ορίζοντες. Η σειρά από m παρουσιάζει υψηλό πορώδες και ικανοποιητικά στοιχεία υδατοαγωγιμότητας. Στο 5 κομμάτι αυτό τοποθετήθηκαν οι παραγωγικοί φιλτροσωλήνες των 6 8 της ίντσας. Η γεώτρηση Ν-1Π διέτρησε χαλαρούς αργιλικούς και αμμώδεις σχηματισμούς αλλουβιακού και δελταϊκού τύπου έως τα 340 m, όπου κατά διαστήματα επικρατούν επιφανειακοί υδροφόροι από τα 340 m έως τα 555 m. Το περιβάλλον παρουσιάζεται λιμνοθαλάσσιο, αργιλομαργαϊκό, σκούρου τεφροπράσινου χρώματος με παρεμβολές λεπτών ενστρώσεων άμμων. Ο γεωθερμικός ταμιευτήρας παρουσιάζεται από τα 560 m έως τα 655 m του τελικού βάθους, με πλούσια παρουσία υδροπερατών ασβεστο- 59

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ ψαμμιτικών σειρών ωολιθικών και μικριτικών ασβεστόλιθων και άφθονα θραύσματα υποβάθρου με ψαμμιτική και ανθρακική συγκολλητική ύλη. Με βάση τη λεπτομερή ανάλυση των δειγμάτων της ζώνης του γεωθερμικού ταμιευτήρα στο τμήμα m εντοπίζονται πάνω από 40 m ενεργού υδροφόρου σχηματισμού, υπεύθυνου για τη συσσώρευση θερμικής ενέργειας που δημιουργεί το σημαντικό γεωθερμικό πεδίο του Δέλτα του Νέστου. Από τη συσχέτιση των δύο (2) στρωματογραφικών στηλών ο γεωθερμικός ταμιευτήρας στη δεύτερη γεώτρηση συναντάται ρηχότερα (στα 485 m), αποτέλεσμα επικλυσιγενών διεργασιών στο ιζηματογενές περιβάλλον του Δέλτα του Νέστου στο Κατώτερο Πλειόκαινο. Είναι πολύ πιθανόν μέχρι την επαφή του υποβάθρου, που παρουσιάζεται τουλάχιστον στη θέση Ν- 1Π στα 770 m, οι κροκαλοπαγείς σχηματισμοί της βάσης να εμπεριέχουν υδροφόρα τμήματα m κυρίως λόγω δευτερογενούς περατότητας, έτσι ώστε το συνολικό ωφέλιμο υδατό-αποθηκευτικό τμήμα να φθάνει τα m. Όλο το τμήμα αυτό αποτελεί τον πρώτο γεωθερμικό ταμιευτήρα, που με βάση το γεωθερμικό μοντέλο τροφοδοτείται με θερμική ενέργεια, με ροή θερμότητας από το υποκείμενο υπόβαθρο μέσω της ζώνης χαμηλής περατότητας του έντονα εξαλλοιωμένου αμφιβολιτικού υποβάθρου ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ (Ν-1Π, Ν-2Π) Παραγωγική Γεώτρηση Ν-1Π Οι μετρήσεις αυτές έχουν πραγματοποιηθεί στις με σκοπό τον έλεγχο της μηχανικής κατάστασης σωλήνωσης της παραγωγικής γεώτρησης Ν-1Π και την αναγνώριση της διαβάθμισης της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας των ρευστών σε σχέση με το βάθος, για την επιβεβαίωση των παραγωγικών γεωλογικών στρωμάτων. Μετρήσεις μηχανικού ελέγχου σωλήνωσης Αρχικά πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος - μέτρηση της διαμέτρου της σωλήνωσης για τον εντοπισμό πιθανόν μηχανικών προβλημάτων. Η κάθοδος του φωρατή έγινε μέχρι το βάθος των 640 m χωρίς προβλήματα έναντι των αντιστοίχων σωληνωμένων 655 m.η μέτρηση της διαμέτρου δεν πραγματοποιήθηκε καθώς κατά την έναρξη των μετρήσεων διαπιστώθηκε αδυναμία ανοίγματος των βραχιόνων του φωρατή. Η υψηλή θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού επηρέασε τον μηχανισμό του φωρατή. 60

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Μετρήσεις θερμοκρασίας - αγωγιμότητας Η μέτρηση της θερμοκρασίας αγωγιμότητας πραγματοποιήθηκε μέχρι τα 640 m.η γεώτρηση μετά την εξαγωγή της κεφαλής ξεκίνησε να παράγει, με θερμοκρασία αρχικά στους 29 ο C. Σε διάστημα περίπου δύο ωρών η θερμοκρασία του νερού αυξήθηκε στους 68 ο C ένδειξη πολύ θετική για το δυναμικό της γεώτρησης. Η θερμοκρασία στην επιφάνεια κατά την έναρξη της μέτρησης ήταν 68 ο C ενώ η μέγιστη που μετρήθηκε στο τελικό βάθος ήταν 83,4 ο C. Κατά την κάθοδο του φωρατή οι μετρητές θερμοκρασίας - αγωγιμότητας αυξάνουν προοδευτικά. Η θέση των φίλτρων με βάση τα στοιχεία του ΙΓΜΕ είναι: m και m. Στο διάστημα βάθους m παρουσιάζονται μικρές διαφοροποιήσεις στις μετρήσεις, λόγω της εισροής γεωθερμικού ρευστού μέσα στη γεώτρηση. Η εισροή αυτή οφείλεται κυρίως στην αλλαγή της διαμέτρου που γίνεται στο βάθος των 211 m καθώς και σε πιθανή ρήξη - σχίσιμο σωλήνα στα διαστήματα βάθους ( , , ). Ακολούθως οι μετρήσεις δεν παρουσιάζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις μέχρι τα 517 m. Στο διάστημα βάθους m οι μετρήσεις της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας αυξάνουν σημαντικά φτάνοντας τους 82 ο C και τις μs/cm αντίστοιχα. Το διάστημα αυτό είναι το πρώτο παραγωγικό στρώμα και εκτιμάται πως έχει μεγάλο ποσοστό συμμετοχής στην παραγωγή, κατά το χρόνο που έγιναν οι μετρήσεις. Αντίθετα στα μεγαλύτερα βάθη τα διαστήματα που είναι ενεργοποιημένα και παράγουν, αντιστοιχούν στα m και m. Τα υπόλοιπα διαστήματα στα οποία έχουν τοποθετηθεί φίλτρα δεν είναι ενεργοποιημένα και παράγουν, αντιστοιχούν στα m και m. Επιπλέον επισημαίνεται η παρουσία αερίων (πιθανόν CO 2 και H 2 S) στο παραγόμενο ρευστό. Η διατρηθείσα λιθολογία χαρακτηρίζεται: Επιφανειακά, έως το βάθος των 340 m από εναλλαγές αργίλων, άμμων, αμμούχων αργίλων, αργιλούχων άμμων και χαλικιών. Οι παραπάνω εναλλαγές αποτελούν τις αλουβιακές αποθέσεις. Υποκείμενα του βάθους αυτού, έως το βάθος των 520 m ξεκινά η αργιλομαργαϊκή σειρά της περιοχής. 61

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Τέλος από το βάθος των 520 m έως το τελικό βάθος μέτρησης των 640 m εμφανίζονται εναλλαγές αργιλομαργαϊκού υλικού με ενστρώσεις ψαμμιτών και ασβεστολίθων, όπου στο συγκεκριμένο διάστημα βάθους εντοπίζεται το κύριο γεωθερμικό πεδίο της περιοχής. Πίνακας 4.2 Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-1Π στο Παγκόσμιο σύστημα αναφοράς WGS 84 Γεωγραφικό πλάτος 40 o 57 20,8 (Latitude) Γεωγραφικό μήκος (Longitude) 24 o 37 25,2 Πίνακας 4.3 Συντεταγμένες συγκεκριμένης υδρογεώτρησης Ν-1Π στο Ελληνικό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς ΕΓΣΑ 87-εγκάρσια μερκατορική N-North m E-East m Παραγωγική γεώτρηση Ν-2Π Οι μετρήσεις αυτές έχουν πραγματοποιηθεί στις με σκοπό τον έλεγχο της μηχανικής κατάστασης σωλήνωσης της παραγωγικής γεώτρησης Ν-2Π και την αναγνώριση της διαβάθμισης της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας των ρευστών σε σχέση με το βάθος, για την επιβεβαίωση των παραγωγικών γεωλογικών στρωμάτων. Μετρήσεις μηχανικού ελέγχου σωλήνωσης Αρχικά πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος της διαμέτρου μέχρι τα 240 m, έναντι των αντιστοίχων σωληνωμένων 670 m, καθώς ήταν αδύνατη η περαιτέρω κάθοδος του φωρατή πέραν των 240 m. Πραγματοποιήθηκαν προσπάθειες καθόδου του φωρατή χωρίς αποτέλεσμα. Η μέτρηση της διαμέτρου σε αυτό το διάστημα, κατέγραψε διαφοροποιήσεις στο διάστημα βάθους m με τιμές από 5,3-9,4 ίντσες. Οι τιμές που μετρήθηκαν και το γεγονός της μη περαιτέρω καθόδου, καταδεικνύουν την ύπαρξη μηχανικού προβλήματος στο βάθος αυτό. Στο βάθος των 235 m διακρίνεται η αλλαγή της διαμέτρου από 6 5 σε 10 8 ίντσες. Σύμφωνα με την τομή της σωλήνωσης η αλλαγή της διαμέτρου αναμενόταν στο

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ βάθος των 238 m. Εκτιμάται πως στο σημείο αυτό η συστολή της σωλήνωσης έχει υποστεί παραμόρφωση, με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη έως αδύνατη η περαιτέρω κάθοδος του φωρατή. Η μέτρηση της διαμέτρου από τα m παρουσιάζει μικρές διαφοροποιήσεις (8,3 9,5 ίντσες) σε σχέση με το προβλεπόμενο των 10 3 της ίντσας. 4 Οι διαφοροποιήσεις αυτές και σε τόσο μεγάλο διάστημα πιθανόν να οφείλονται στη διάβρωση της σωλήνωσης και στη συγκέντρωση επικαθίσεων - αλάτων στα τοιχώματα. Μετρήσεις θερμοκρασίας - αγωγιμότητας Ακολούθησε η μέτρηση της θερμοκρασίας-αγωγιμότητας μέχρι το βάθος των 240 m. Η θερμοκρασία του ρευστού στην επιφάνεια ήταν 15 ο C και η αγωγιμότητα μs/cm. Κατά τη διάρκεια της μέτρησης, η θερμοκρασία και η αγωγιμότητα αυξάνονταν κατά βάθος. Μετά τα 200 m παρατηρείται ταχύτατη αύξηση στις τιμές της θερμοκρασίας και της αγωγιμότητας. Ειδικότερα μετά τα 220 m η αύξηση της θερμοκρασίας είναι 1 ο C ανά μέτρο. Η μέγιστη θερμοκρασία που μετρήθηκε ήταν 63,4 ο C στα 240 m και η αγωγιμότητα μs/cm. Από τη μέτρηση της θερμοκρασίας - αγωγιμότητας, επιβεβαιώνεται η ύπαρξη μηχανικού προβλήματος της σωλήνωσης, καθώς από το βάθος των 200 m και κάτω, παρατηρήθηκε εισροή γεωθερμικού ρευστού μέσα στη γεώτρηση και κυρίως στο σημείο που γίνεται η αλλαγή της διαμέτρου. Πίνακας 4.4 Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-2Π στο Παγκόσμιο σύστημα αναφοράς WGS 84 Γεωγραφικό πλάτος 40 o 56 51,5 (Latitude) Γεωγραφικό μήκος 24 o 38 33,0 (Longitude) Πίνακας 4.5 Συντεταγμένες υδρογεώτρησης Ν-2Π στο Ελληνικό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς ΕΓΣΑ 87-εγκάρσια μερκατορική N-North m E-East m 63

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Έτσι το γεωθερμικό ρευστό ανερχόμενο από τα βαθύτερα στρώματα εισέρχεται εντός της γεώτρησης από τα σημεία που έχουν υποστεί ρήξη ή διάβρωση. Αυτή η διαδικασία δικαιολογεί τη διαφοροποίηση της διαμέτρου στο διάστημα βάθους m, καθώς το γεωθερμικό ρευστό προκαλεί τη διάβρωση των σωλήνων και η υψηλή αγωγιμότητα αυτού επιτρέπει την επικάθηση αλάτων. Η στάθμη του ρευστού ήταν στην επιφάνεια με θερμοκρασία νερού 15 ο C. Η διατρηθείσα λιθολογία χαρακτηρίζεται επιφανειακά έως το τελικό βάθος μέτρησης των 240 m από αλουβιακές αποθέσεις αποτελούμενες από εναλλαγές αργίλων, αμμούχων αργίλων, αργιλούχων άμμων, άμμων, χαλικιών και κροκάλων. 4.3 ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΙΩΝ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Από τη χημική ανάλυση των ρευστών και αερίων της περιοχής προκύπτει: Ποσοστά υγρής και αέριας φάσης. Σύμφωνα με τις μετρήσεις και τις εκτιμήσεις από τις δοκιμές άντλησης ελάχιστες είναι οι ποσότητες της αέριας φάσης που εκλύονται μαζί με την υγρή (εφόσον αφαιρεθούν οι υδρατμοί). Εκτιμάται ότι για κάθε κυβικό μέτρο υγρού εκλύονται λιγότερα από 0,1 m 3 αερίων. Χημική ανάλυση του νερού. Οι χημικές αναλύσεις των γεωθερμικών ρευστών του Δέλτα του Νέστου παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.6. Οι ηλεκτρικές αγωγιμότητες των ρευστών είναι υψηλές, μs/cm 2 και μs/cm 2 για τις γεωτρήσεις Ν-1Π και Ν- 2Π αντίστοιχα. Γενικά υπερτερούν τα ιόντα Na και Cl προσδίδοντας μια χημική σύσταση Na-Cl. Είναι προφανές ότι σημαντικό μέρος του νερού ( 40%) έχει θαλάσσια προέλευση. Σύγκριση της σύστασης των γεωθερμικών νερών με το θαλασσινό δείχνει αύξηση της συγκέντρωσης του ασβεστίου και του καλίου και σημαντική μείωση της συγκέντρωσης του μαγνησίου. Αξιολόγηση της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς των γεωθερμικών ρευστών των γεωτρήσεων Ν-Π1 και Ν-Π2 παρουσιάζεται επίσης στον Πίνακα 4.7, αναφορικά με την πιθανότητα δημιουργίας καθαλατώσεων ανθρακικού ασβεστίου. Το ανθρακικό ασβέστιο είναι το μόνο άλας το οποίο μπορεί να καταβυθιστεί και να δημιουργήσει προβλήματα καθαλατώσεων. Ο βαθμός υπερκορεσμού ορίζεται ως: 64

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Ca 2 CO S Ksp Όπου οι ποσότητες στις παρενθέσεις εκφράζουν τις ενεργότητες των αντιστοίχων ιόντων και K sp είναι το γινόμενο διαλυτότητας του ασβέστη (CaCO 3 ). Τιμές του S μεγαλύτερες της μονάδας δηλώνουν ότι το νερό είναι υπέρκορο ως προς ανθρακικό ασβέστιο και ότι (θερμοδυναμικά) υπάρχει τάση του ρευστού να αποβάλλει την περίσσεια του CaCO 3 με τη μορφή επικαθίσεων. Από την άλλη μεριά τιμές του S μικρότερες της μονάδας δείχνουν ότι το νερό είναι υπόκορο, με αποτέλεσμα τη διαλυτοποίηση τυχών σχηματισθέντων επικαθίσεων. Ο βαθμός υπερκορεσμού των γεωθερμικών νερών ως προς τον ασβεστίτη (η κρυσταλλική μορφή του CaCO 3 που συναντάται συνήθως) αλλά και η χημική ισορροπία τους υπολογίζονται με τη βοήθεια του κώδικα HYDRAQL. Ο κώδικας αυτός παίρνει υπόψη του όλα τα συστατικά του νερού και σειρά συμπλόκων του ασβεστίου και χρησιμοποιεί τις ακριβέστερες σχέσεις για το γινόμενο διαλυτότητας του ασβεστίτη και τις διάφορες σταθερές ισορροπίας. Για τα δύο νερά που εξετάστηκαν (Ν-1Π και Ν-2Π) ο λόγος υπερκορεσμού των νερών ως προς το CaCO 3 είναι μεγαλύτερος της μονάδας και ως εκ τούτου υπάρχει τάση για δημιουργία επικαθίσεων. Όμως, από την άλλη μεριά, είναι γνωστό ότι στην πράξη για δυσδιάλυτα άλατα όπως το CaCO 3, έναρξη της δημιουργίας επικαθίσεων γίνεται όταν ο βαθμός υπερκορεσμού ξεπεράσει κάποια τιμή [περίπου τρία (3) έως τέσσερα (4)]. Για σύγκριση οι βαθμοί υπερκορεσμού υπολογίζονται για τα νερά της Κεσσάνης (γεώτρηση ΝΚ-14, θερμοκρασία νερών 81 ο C) και θερμών Νιγρίτας (γεώτρηση Θ-1, θερμοκρασία νερών 59 ο C) είναι τέσσερα κόμμα οκτώ (4,8) και τρία κόμμα πέντε (3,5) αντίστοιχα. Στην πρώτη γεώτρηση υπάρχει έντονος σχηματισμός επικαθίσεων και απαιτείται άμεση αντικαθαλατωτική προστασία, ενώ στη δεύτερη περίπτωση ο ρυθμός σχηματισμού των επικαθίσεων είναι μικρός και το πρόβλημα εντοπιζόταν κυρίως στον εναλλάκτη πλακών. 65

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Εκτός από το βαθμό υπερκορεσμού, η τάση ενός ρευστού να σχηματίσει επικαθίσεις μπορεί να εκτιμηθεί και με άλλους τρόπους (λιγότερο αξιόπιστους), όπως με το δείκτη Langelier (Ll>0, τάση για επικαθίσεις) και με το δείκτη Ryznar (Rl<7, τάση για επικαθίσεις). Οι δείκτες όμως αυτοί μπορούν να εφαρμοστούν μόνο σε νερά με μικρή αλατότητα (π.χ. όταν τα ολικά διαλυμένα στερεά δεν υπερβαίνουν τα 5000 ppm). Για υψηλής αλατότητας νερά, όπως τα νερά του Δέλτα του Νέστου, εφαρμόζεται ο δείκτης Stiff and Davis (SDl). Για θετικό δείκτη υπάρχει τάση για επικαθίσεις. Ο δείκτης SDl ορίζεται ως: SDl ph pca palk k Όπου pca είναι ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της μοριακότητας του ασβεστίου, palk ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της αλκαλικότητας του διαλύματος σε eq/l (ουσιαστικά η μοριακότητα των όξινων ανθρακικών) και K μια εμπειρική σταθερά που παίρνει υπόψη της τη θερμοκρασία και την ιοντική ισχύ του διαλύματος. Στον Πίνακα 4.7 παρουσιάζονται οι εκτιμήσεις για το δείκτη SDI και στα δύο νερά. Οι δείκτες είναι θετικοί, δηλαδή υπάρχει τάση για επικαθίσεις, όχι όμως ιδιαιτέρα υψηλή. Επίσης ο δείκτης είναι μεγαλύτερος για τα νερά της Ν-2Π. Οι προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση τυχόν προβλημάτων δημιουργίας επικαθίσεων CaCO 3 είναι: α) η χρήση υποβρύχιας αντλίας, που θα αποτρέπει την εκτόνωση της αέριας φάσης σε κάποιο σημείο της γεώτρησης ή στις επιφανειακές εγκαταστάσεις (και τη συνακόλουθη απελευθέρωση του CO 2 και αύξηση του ph) και β) με τη χρήση (συνεχή εισαγωγή) αναστολέων ανάπτυξης κρυστάλλων. Τέλος ιδιαίτερο πρόβλημα αναμένεται να προκαλέσει η διαβρωτικότητα των ρευστών λόγω της παρουσίας χλωριόντων. Η διαβρωτικότητα εκφράζεται συνήθως με την συγκέντρωση των Κύριων Διαβρωτικών Συστατικών (Total Key Species, TKS). Η συγκέντρωση αυτή υπολογίζεται με την άθροιση των συγκεντρώσεων των χλωριόντων, των θειικών, ανθρακικών, όξινων ανθρακικών, θειούχων ιόντων και των ιόντων αμμωνίου στο νερό. Όπως και για πολλά άλλα γεωθερμικά νερά, το μεγαλύτερο ποσοστό των TKS στο Δέλτα του Νέστου αποτελείται από χλωριόντα. Ανάλυση αέριας φάσης Στην αέρια φάση δεν ανιχνεύτηκε υδρόθειο (H 2 S) ή κάποιο καύσιμο αέριο (π.χ. CH 4 ). Εκτιμάται ότι οι μικρές ποσότητες αερίων που 66

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ εκλύονται αποτελούνται βασικά από διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) και δεν αναμένεται καμία επίπτωση στο περιβάλλον από τυχόν εκπομπές. Πιθανά παραπροϊόντα και υποπροϊόντα. Σύμφωνα με τις αναλύσεις των υγρών που παρατίθενται στον Πίνακα 4.6 δεν υπάρχουν παραπροϊόντα που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν. Πίνακας 4.6 Χημική ανάλυση της υγρής φάσης των δύο παραγωγικών γεωτρήσεων στην περιοχή του Δέλτα του Νέστου Ν-Π1 Ν-Π2 Φυσικοχημικές σταθερές Ph (25 o C) Αγωγιμότητα (25 ο C, μs/cm) Ολική σκληρότητα ( ο F) Συνολικά Διαλυμένα Στερεά (g L -1 ) Αιωρούμενα Στερεά (mg L -1 ) Κατιόντα (mg L -1 ) Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Fe 2+ Mn 2+ Sr 2+ Li + Zn 2+ + NH 4 Al 3+ Ανιόντα (mg L -1 ) Cl - F - Br - l - HCO 3-7, ,1 < ,6 0,3 2,8 1,0 0,1 11,1 <ο.α <ο.α. <ο.α <ο.α , ,6 < ,2 0,2 3,9 1,0 0,1 7,7 <ο.α ,8 <ο.α. <ο.α. 140,3 67

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ 2- SO 4 - NO 3 HS - χωρίς φορτίο (mg L -1 ) SiO 2 B 963 0,01 <ο.α. 39 4, ,01 <ο.α. 32 3,4 ο.α= όριο ανίχνευσης Πίνακας 4.7 Χαρακτηριστικά των νερών από τις δύο παραγωγικές γεωτρήσεις του Δέλτα του Νέστου αναφορικά με την τάση για σχηματισμό επικαθίσεων και τη διαβρωτικότητά τους Ν-Π1 Ν-Π2 Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά γεώτρησης Θερμοκρασία ( ο C) ph (στους 25 ο C) Συνολικά διαλυμένα στερεά, TDS (g/l) Δείκτες υπερκορεσμού στη θερμοκρασία κεφαλής Βαθμός υπερκορεσμού (S) Δείκτης Stiff and Davis (SDI) Χαρακτηριστικά διαβρωτικότητας Κύρια διαβρωτικά χαρακτηριστικά, TKS (g/l) Περιεκτικότητα Cl - % στα TKS 65 7,1 15,1 1,70 0,4 9, ,5 12,6 2,4 0,8 7,9 87 Καθορισμός πιθανών προϊόντων Στο γεωθερμικό πεδίου του Ερατεινού Καβάλας στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος «έρευνα και ανάπτυξη γεωθερμικής ενέργειας στην Α.Μ.Θ.» κατασκευάστηκαν οι γεωτρήσεις έρευνας - παραγωγής Ν-1Π και Ν-2Π. Τα στοιχεία των γεωτρήσεων Ν-1Π (Πίνακας 4.8) και Ν-2Π (Πίνακας 4.9) με βάση τις μετρήσεις του ΙΓΜΕ το 96 αναφέρονται συνοπτικά παρακάτω: Προϊόν Πίνακας 4.8 Πιθανά προιόντα παραγωγικής γεώτρησης Ν-1Π Γεωθερμικό ρευστό Παροχή δοκιμής άντλησης 106,0 m 3 /h 68

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Θερμοκρασία ρευστού: 70 ο C Παραπροϊόν Υποπροϊόν Δεν υπάρχει Το ίδιο γεωθερμικό ρευστό μικρότερης θερμοκρασίας Πίνακας 4.9 Πιθανά προιόντα παραγωγικής γεώτρησης Ν-2Π Προϊόν Παραπροϊόν Υποπροϊόν Γεωθερμικό ρευστό Παροχή δοκιμής άντλησης 150,0 m 3 /h Θερμοκρασία ρευστού: 70 ο C Δεν υπάρχει Το ίδιο γεωθερμικό ρευστό μικρότερης θερμοκρασίας Οι παραπάνω παροχές γεωθερμικού ρευστού των γεωτρήσεων προκύπτουν από τις δοκιμαστικές αντλήσεις που διενέργησε το ΙΓΜΕ. Ωστόσο, η δυνατότητα των γεωτρήσεων με βάση τα δεδομένα των δοκιμαστικών αντλήσεων είναι αρκετά μεγαλύτερη, υποβιβάζοντας βέβαια λίγο περισσότερο τη στάθμη άντλησης. Έτσι, παροχές της τάξης των 200 m 3 /h θεωρούνται εντός των δυνατοτήτων τις κάθε μιας από τις δύο γεωτρήσεις, δίνοντας έτσι ως αιχμή πιθανών προϊόντων από τις δύο (2) γεωτρήσεις την παροχή γεωθερμικού ρευστού 400 m 3 /h συνολικά. Με τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού να εκτιμάται στους 70 ο C σαν ελάχιστη τιμή, αν αρχικά θεωρήσουμε ότι στην κατάσταση της αιχμής ζήτησης θερμικής ενέργειας από τους χρήστες και με συνδυασμένη κατανάλωση (δηλαδή αρχικά τροφοδοτούνται χρήστες με απαίτηση υψηλής θερμοκρασίας και στη συνέχεια χρήστες με ενδιάμεση) επιτευχθεί μια θερμοκρασιακή εκμετάλλευση της τάξης των 40 ο Κ τότε η θερμική ισχύς των συγκεκριμένων γεωτρήσεων εκτιμάται σε: Q m Cp Q V Cp Όπου: Q Q m=v ρ 400m 3 988, s kg m 3 4,18 kj kg Η ισχύς που παρέχει το γεωθερμικό ρευστό (kw) Η παροχή μάζας του γεωθερμικού ρευστού (kg/s) 40K Q 18355kW K 69

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ V ρ Cp Δθ Η παροχή όγκου του γεωθερμικού ρευστού (400m 3 /3600s) Η πυκνότητα του γεωθερμικού ρευστού (998,04kg/m 3 σε t=50 o C) Η ειδική θερμοχωρητικότητα του ρευστού (4,18 kj/kgk m 3 σε t=50 o C) Η θερμοκρασιακή διαφορά που υφίσταται το ρευστό (40 o K) Με βάση την παραπάνω ισχύ αλλά και τη θερμοκρασία του ρευστού, θα γίνει και ο σχεδιασμός των δυνατών χρήσεων του πεδίου. Όπως έχει αναφερθεί, η μικρή περιεκτικότητα του γεωθερμικού ρευστού σε διοξείδιο του άνθρακα, αποκλείει την εκμετάλλευση παραπροϊόντων από το γεωθερμικό ρευστό. Ως υποπροϊόντα είναι οι ίδιες ποσότητες γεωθερμικού ρευστού χαμηλότερης βέβαια θερμοκρασίας και οι οποίες οδηγούνται στη γεώτρηση επανεισαγωγής. 4.4 ΔΥΝΑΤΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΣΤΟΝ ΑΓΡΟΤΙΚΟ ΤΟΜΕΑ Όπως φαίνεται και στον Πίνακα 4.10, η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να καλύψει ανάγκες πληθώρας αγροτικών διεργασιών, όπου στην υπό μελέτη περιοχή ο αγροτικός τομέας είναι ο βασικότερος, επειδή αποτελεί την κύρια απασχόληση των κατοίκων της ευρύτερης περιοχής ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ Το κόστος για τη θέρμανση μιας θερμοκηπιακής μονάδας (Σχήμα 4.3) αποτελεί συνήθως το 10-25% του συνολικού λειτουργικού κόστους ενός θερμοκηπίου. Το ποσοστό εξαρτάται από τις κλιματικές συνθήκες της περιοχής, το είδος του θερμοκηπίου και το είδος της καλλιέργειας. Τα τοιχώματα των θερμοκηπίων είναι συνήθως από γυαλί ή πλαστικό και τοποθετούνται πάνω σε χαλύβδινα ή αλουμινένια πλαίσια. Οι μέθοδοι θέρμανσης που χρησιμοποιούνται είναι: η θέρμανση με αέρα (διανομή μέσω εναλλακτών αέρα/νερού με τη βοήθεια ανεμιστήρων ή στροβίλων), 70

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ η άμεση θέρμανση με νερό η έμμεση θέρμανση με νερό, με τη χρήση εναλλακτών θερμότητας (στη πλειοψηφία εναλλάκτες πλακών) συνδυασμός των παραπάνω συστημάτων. Σε αρκετές περιπτώσεις το νερό οδηγείται αρχικά στα αερόθερμα και κατόπιν στις σωληνώσεις άμεσης θέρμανσης. Η επιλογή του τρόπου θέρμανσης εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία των ρευστών και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Νερά θερμοκρασίας μικρότερης των 50 C χρησιμοποιούνται συνήθως μόνο για «άμεση» θέρμανση. Οι εναλλάκτες πλακών που χρησιμοποιούνται είναι από ανοξείδωτο χάλυβα. Σχήμα 4.3 Συστήματα θέρμανσης σε γεωθερμικά θερμοκήπια. Εγκαταστάσεις θέρμανσης με φυσική κίνηση του αέρα (φυσική συναγωγή): (α) εναέριοι σωλήνες θέρμανσης (β) θέρμανση πάγκων (γ) σωλήνες θέρμανσης που είναι τοποθετημένοι χαμηλά (δ) θέρμανση εδάφους, Εγκαταστάσεις θέρμανσης με εξαναγκασμένη κίνηση του αέρα (εξαναγκασμένη συναγωγή) (ε) πλευρική τοποθέτηση σωλήνων (στ) εναέρια αερόθερμα (ζ) αγωγοί τοποθετημένοι ψηλά (η) αγωγοί τοποθετημένοι χαμηλά (von Zabeltitz, 1986) Τρία (3) συστήματα χρησιμοποιούνται για την άμεση θέρμανση: οι ειδικές πλαστικές σωληνώσεις ΡΡ Φ28 mm με πτυχώσεις, οι φαρδιές «σακούλες» ΡΕ και οι μεταλλικοί αγωγοί με πτερύγια. Οι σωληνώσεις ΡΡ τοποθετούνται υπεδάφια, 71

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ επιφανειακά στο δάπεδο, πάνω ή κάτω από τράπεζες όπου τοποθετούνται γλάστρες ή και σε κάποιο ύψος. Οι «σακούλες» έχουν το φθηνότερο κόστος, τοποθετούνται πάντοτε επιφανειακά και χρησιμοποιούνται αποκλειστικά σε καλλιέργειες κηπευτικών. Οι μεταλλικοί αγωγοί με πτερύγια τοποθετούνται σε ορισμένο ύψος από την επιφάνεια του εδάφους. Επίσης είναι δυνατόν να γίνεται ψεκασμός της οροφής του θερμοκηπίου με γεωθερμικό νερό ή διέλευση νερού σε διπλά τοιχώματα της οροφής (κυρίως για αντιπαγετική προστασία). Χρησιμοποιούνται μόνο νερά με μικρές ή καθόλου διαλυμένες ουσίες και η εμπειρία στην Ελλάδα είναι αρνητική. Πίνακας 4.10 Θερμοκρασίες που απαιτούνται για διάφορες γεωθερμικές διεργασίες ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΑΓΡΟΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Ο C ΞΗΡΑΝΣΗ ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΩΝ ΞΗΡΑΝΣΗ ΠΡΑΣΙΝΩΝ ΚΑΡΠΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΦΗΤΕΙΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΠΟΙΜΝΙΟΣΤΑΣΙΩΝ ΑΡΔΕΥΣΗ ΜΕ ΧΛΙΑΡΟ ΝΕΡΟ ΙΧΘΥΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΜΑΝΙΤΑΡΙΩΝ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΡΕΑΤΟΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ Τα τελευταία τρία με τέσσερα (3 4) χρόνια εφαρμόζεται και στην Ελλάδα η θέρμανση εδάφους με γεωθερμία χαμηλής ενθαλπίας για πρωίμιση σπαραγγιού ή καρπουζιών με πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Σε όλες τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται μαύροι αγωγοί πολυπροπυλενίου με πτυχώσεις τοποθετημένοι με διάφορους συνδυασμούς (μοναδική διαδρομή στο σαμάρι, με επιστροφή, διπλοί αγωγοί 72

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ κ.λπ.). Το Σχήμα 4.4 παρουσιάζει σχηματικά τη θέρμανση του εδάφους για πρωίμιση σπαραγγιού. Σχήμα 4.4 Θέρμανση εδάφους για πρωίμιση σπαραγγιού ΞΗΡΑΝΣΗ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Η ξήρανση σιτηρών, λαχανικών, φρούτων ή άλλων αγροτικών προϊόντων (μηδικής, βαμβακιού) είναι από τις αγροτικές διεργασίες οι οποίες καταναλώνουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας. Τα περισσότερα ξηραντήρια σήμερα λειτουργούν με υγρά καύσιμα, αλλά όπου υπάρχει γεωθερμική ενέργεια, αυτή μπορεί να υποκαταστήσει σε μεγάλο βαθμό τα καύσιμα αυτά. Πρέπει να προστεθεί ότι λόγω των θερμοκρασιακών περιορισμών, τα γεωθερμικά υγρά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για την προξήρανση ορισμένων προϊόντων ή για την προθέρμανση του αέρα και την κατοπινή του θέρμανση με πετρέλαιο ή στερεά καύσιμα. Ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης των γεωθερμικών ρευστών στην ξήρανση αγροτικών προϊόντων αποτελεί το γεγονός ότι τα ξηραντήρια λειτουργούν συνήθως από το Σεπτέμβριο μέχρι το Νοέμβριο, όταν δεν απαιτείται θέρμανση των θερμοκηπίων ή όταν οι ανάγκες τους για θέρμανση είναι μικρές. Η προξήρανση ή αφυδάτωση των 73

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ προϊόντων επιτυγχάνεται είτε σε θαλάμους με κυλιόμενες ταινίες, όπως δείχνει το Σχήμα 4.5, ή σε πύργους ξήρανσης. Και με τους δύο παραπάνω τρόπους η ξήρανση επιτελείται σε συνεχή βάση, ενώ έχουν λειτουργήσει και θάλαμοι ξήρανσης προϊόντων σε παρτίδες. Ανεμιστήρες ή φυσητήρες οδηγούν τον αέρα (φρέσκο ή από το θερμοκήπιο) να διέλθει μέσα από εναλλάκτη και να θερμανθεί με γεωθερμικό νερό. Η θερμοκρασία του αέρα εξόδου εξαρτάται βασικά από τη θερμοκρασία του γεωθερμικού νερού και κυμαίνεται συνήθως από 40 μέχρι 100 C. Ο θερμός αέρας ρέει μέσα από τις ταινίες με τα λαχανικά ή τα φρούτα ή συμπαρασύρει τα προϊόντα (σιτηρά, βαμβάκι) μέσα στους πύργους ξήρανσης, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται σημαντικό ποσοστό της υγρασίας των προϊόντων. Πρέπει να σημειωθεί ότι επιβάλλεται αυστηρός έλεγχος της ροής του αέρα, της θερμοκρασίας και της πίεσης σε όλα τα τμήματα ενός ξηραντήριου για να εξασφαλίζεται ομοιόμορφη ξήρανση του προϊόντος. Προϊόντα που αφυδατώνονται με τη χρήση γεωθερμικών ρευστών είναι τα κρεμμύδια, τα φύκια, τα λαχανικά, τα μανιτάρια, η μηδική κ.λπ. Τέλος, με γεωθερμικά ρευστά μπορεί να αποξηρανθεί ξυλεία. Σχήμα 4.5 Προξήρανση ή αφυδάτωση προϊόντων 74

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ ΥΔΑΤΟΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Η ανάπτυξη όλων σχεδόν των ψαριών αλλά και ορισμένων μαλακόστρακων (π.χ., γαρίδες) είναι μεγαλύτερη σε θερμοκρασίες στην περιοχή C. Η γεωθερμία μπορεί να προσφέρει με οικονομικό τρόπο τη θέρμανση σε τέτοιες υδατοκαλλιέργειες είτε άμεσα είτε έμμεσα, θερμαίνοντας γλυκό ή θαλασσινό νερό. Για την άμεση χρήση του γεωθερμικού νερού απαιτείται να μην υπάρχουν ιδιαίτερα συστατικά στον νερό (π.χ. βαρέα μέταλλα, υδρόθειο, αρσενικό κ.λπ.). 4.5 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΔΥΝΑΤΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΤΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΕΡΑΤΕΙΝΟΥ ΧΡΥΣΟΥΠΟΛΗΣ Η θέση των παραγωγικών γεωτρήσεων είναι δεδομένη. Με στόχο την αποφυγή δημιουργίας εκτεταμένων και δαπανηρών δικτύων μεταφοράς της θερμικής ενέργειας, κρίνεται θεμελιώδης η εύρεση κατάλληλων χρήσεων στην εγγύτερη περιοχή. Ως ακόλουθο των όσων αναφέρθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους και με δεδομένη τη θερμοκρασία του ρευστού των γεωθερμικών γεωτρήσεων, πιθανές χρήσεις μπορεί να είναι οι παρακάτω: Θέρμανση κτιρίων. Θέρμανση θερμοκηπίων. Θέρμανση φυτειών σπαραγγιών ή καρπουζιών. Προθέρμανση ή θέρμανση αέρα σε ξηραντήρια. Θέρμανση του νερού των δεξαμενών ιχθυοκαλλιεργειών. Όπως προέκυψε από την αυτοψία στην περιοχή, η καταναλισκόμενη θερμική ενέργεια χρησιμοποιείται κυρίως: 75

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ Για τη θέρμανση χώρων κτιρίων (κατοικιών και άλλα). Για την ξήρανση σπόρων καλαμποκιού και σιτηρών στο ξηραντήριο της ΕΑΣ Καβάλας (η θέση του βρίσκεται ακριβώς απέναντι από την παραγωγική γεώτρηση Ν- 1Π). Για τη θέρμανση χώρου κτηνοτροφείου (επίσης πολύ κοντά στη Ν-1Π). Άλλες δυνατές χρήσεις θερμικής ενέργειας στην περιοχή είναι οι εξής: Στο κτίριο του σταθμού επιβατών του αεροδρομίου Χρυσούπολης (προθέρμανση του εξωτερικού αέρα ο οποίος οδεύει στις κλιματιστικές μονάδες). Στις ιχθυοκαλλιέργειες της παράλιας ζώνης (για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του νερού των φυσικών δεξαμενών σε θερμοκρασία υψηλότερη της κρίσιμης για την διατήρηση των ψαριών κατά τις συνθήκες παγετού ή πολύ χαμηλών θερμοκρασιών αέρα τη διάρκεια του χειμώνα). Σε Βιομηχανία αλλαντικών (για τη θέρμανση χώρων και την παρασκευή θερμού νερού χρήσης). Ωστόσο, η σχετικά μεγάλη απόσταση των παραπάνω χρήσεων από την περιοχή των υφισταμένων γεωτρήσεων, τις καθιστά στην παρούσα φάση μη επιλέξιμες και τις αφήνει για μια μελλοντική ανάπτυξη του πεδίου και/με άλλες παραγωγικές γεωτρήσεις. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι οι εγκαταστάσεις ιχθυοκαλλιέργειας «Βάσοβα» απέχουν από τη γεώτρηση Ν-1Π περί τα 8 km. Ακόμη και αν η ποιότητα του γεωθερμικού νερού επέτρεπε την απευθείας χρήση με απόρριψη του γεωθερμικού νερού στις δεξαμενές εκτροφής, η απόσταση καθιστά το δίκτυο ιδιαίτερα ακριβό, ενώ η μικρή ετήσια διάρκεια χρήσης καθιστά το όλο εγχείρημα μη αποδοτικό οικονομικά. Ο φορέας διαχείρισης του πεδίου θα μπορούσε να εξετάσει την τροφοδοσία των παραπάνω χρήσεων σε μελλοντική φάση, ανάλογα βέβαια με την οικονομική ευρωστία του, την περίσσεια 76

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ θερμικής ενέργειας προς πώληση αλλά και την πρόθεσή του για διανομή θερμικής ενέργειας σε τρίτους. Πρόσθετες πιθανές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας στην εγγύτερη περιοχή αποτελούν οι θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις και οι φυτείες σπαραγγιών και καρπουζιών. Τη δεδομένη χρονική στιγμή δεν υφίστανται αντίστοιχες εφαρμογές, αλλά το φθηνό κόστος θερμικής ενέργειας προερχόμενης από γεωθερμία σε σχέση με το αντίστοιχο χρήσης κάποιου καυσίμου, θα μπορούσε να προσελκύσει αρκετούς καλλιεργητές. Πάντως στην συγκεκριμένη περιοχή υφίστανται αρκετές φυτείες σπαραγγιών και καρπουζιών. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η έλλειψη Βιομηχανικών μονάδων στην εγγύτερη περιοχή των γεωτρήσεων Ν-1Π και Ν-2Π στερεί από το φορέα διαχείρισης του πεδίου ένα καταναλωτή σημαντικών και χρονικά σταθερών ποσοτήτων ενέργειας. Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι ως εξεταζόμενες χρήσεις γεωθερμικής ενέργειας στην περιοχή του Ερατεινού και πλησίον των υφισταμένων γεωτρήσεων Ν-1Π και Ν-2Π είναι οι παρακάτω: Θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις ή θερμοκήπια υδροπονίας. Φυτείες σπαραγγιών και καρπουζιών. Θέρμανση των χώρων του δημοτικού σχολείου Ερατεινού. Καβάλας. Μερική υποκατάσταση της καύσης του υγραερίου στο ξηραντήριο της ΕΑΣ Υποκατάσταση της καύσης πετρελαίου θέρμανσης στις εγκαταστάσεις της εταιρείας παραγωγής και εμπορίας χοιρινών «Σμαρώ Σιμοπούλου». Αξιολογώντας τις παραπάνω χρήσεις θα πρέπει να αναφέρουμε ότι το μεγαλύτερο τμήμα της παρεχόμενης θερμικής ενέργειας αναμένεται να καλύψουν οι δύο πρώτες, ενώ οι υπόλοιπες εξετάζονται καθώς είναι δίπλα στις παραγωγικές 77

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟ ΕΡΑΤΕΙΝΟ γεωτρήσεις, καθιστώντας τα δίκτυα μεταφοράς θερμικής ενέργειας μια εύκολη και φθηνή υπόθεση. 78

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μέχρι τώρα έχουν εκπονηθεί διάφορες μελέτες και εργασίες οι οποίες εξυπηρετούν στην ανάπτυξη της εξερεύνησης του Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού αλλά κυρίως στην άμεση αξιοποίηση του. Στα πλαίσια της διεκδίκησης του Γεωθερμικού Πεδίου, ο Δήμος Χρυσούπολης συνεργάστηκε με το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και συγκεκριμένα με τον καθηγητή του τμήματος Γεωλογίας κ. Μιχαήλ Φυτίκα, ο οποίος και εκπόνησε την Οικονομοτεχνική Μελέτη Διαχείρισης του Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού Δήμου Χρυσούπολης Καβάλας. Ως αποτέλεσμα ο Δήμος έγινε ο Φορέας Διαχείρισης του Πεδίου. Σε συνεργασία με την κ. Μαρία Νικολάου Μηχανολόγο Μηχανικό εκπονήθηκε Μελέτη Εφαρμογής Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού η οποία και έχει πάρει πλέον έγκριση Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων στο στάδιο της Προμελέτης της, από την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας Θράκης. Η μελέτη αφορά την ανάπτυξη και αξιοποίηση του Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού από τον Δήμο Χρυσούπολης προς όφελος πρωτίστως των κατοίκων του στον ευρύτερα αγροτικό και τον αγροτοβιομηχανικό τομέα. Η Τεχνική Εταιρεία ΓΕΩΤΕΚ Α.Τ.Ε. Georesourses Technology S.A. ανέλαβε έρευνα με τίτλο «Αξιολόγηση Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού του Δήμου Χρυσούπολης - Πρόταση για την αξιοποίηση και ανάπτυξη του» και έκανε εκ νέου μετρήσεις σε όλες τις υπάρχουσες παραγωγικές και ερευνητικές γεωτρήσεις. Σκοπός της παραπάνω διαδικασίας ήταν να διερευνηθεί η σημερινή κατάσταση του πεδίου καθώς και η αξιολόγηση του με στόχο την περαιτέρω ανάπτυξη του πεδίου. Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Εγγείων Βελτιώσεων, Εθνικό Ίδρυμα Αγροτικής Έρευνας (ΙΕΒ-ΕΘΙΑΓΕ) και συγκεκριμένα από την Επιστημονική Ομάδα την οποία 78

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ αποτελούν οι κος Πασχάλης Δαλαμπάκης Δρ Γεωλόγος - Γεωθερμικός, κ. Ανδρέας Ηλίας Γεωπόνος MSc Υδραυλικής και κος Ανδρέας Παναγόπουλος Δρ Γεωλόγος - Υδρογεωλόγος, εκπονήθηκαν οι «Οριστικές Μελέτες Εκμετάλλευσης του Μισθωμένου Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού Δήμου Χρυσούπολης» οι οποίες και παρουσιάστηκαν αναλυτικά στην Ημερίδα που έλαβε χώρα στις , για την οποία γίνεται εκτενέστερη αναφορά στην Παράγραφο 5.1. Στα πλαίσια αυτής της συνεργασίας, από την ίδια επιστημονική ομάδα, έχει εκπονηθεί και παραδοθεί στην Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας Θράκης, Προμελέτη Περιβαλλοντικών Επιπτώσεων για την Ανόρυξη Νέων Γεωθερμικών Γεωτρήσεων Παραγωγής και Επανεισαγωγής στο Γεωθερμικό Πεδίο Ερατεινού Δήμου Χρυσούπολης. 5.1 ΣΤΟΧΟΙ Ο Δήμος Χρυσούπολης ως ο Νόμιμος Φορέας Διαχείρισης του Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού Χρυσούπολης, ενδιαφέρεται για την ανάπτυξη και αξιοποίηση αυτού, προς όφελος των κατοίκων και της ευρύτερης περιοχής. Έχοντας ως κύριο μέλημα την όσο το δυνατόν μεγαλύτερη και ποιοτικότερη ανάπτυξη του τόπου, δραστηριοποιείται με όλους τους δυνατούς τρόπους, έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η απολύτως επιτυχής χρήση του, σε όλα τα επίπεδα. Με άμεσο στόχο τη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας και δίνοντας νέες εργασιακές προοπτικές με το καινοτόμο αυτό έργο. Ιδιαίτερα σήμερα, με την κρίση που διέπει τον αγροτικό τομέα και την επιβεβλημένη στροφή σε νέες τεχνικές καλλιέργειας, η συμβολή της φθηνής και ανανεώσιμης γεωθερμικής ενέργειας γίνεται καθοριστική κάνοντας πλέον βιώσιμο και συμφέρον τον αγροτικό κλάδο. Εξοπλίζεται με το απαραίτητο επιστημονικό προσωπικό και καθημερινά αποκτά τεχνογνωσία και εμπειρία, έχοντας ήδη συμμετάσχει σε πληθώρα Πανελληνίων και Διεθνών Forum και ερχόμενος σε επαφή με μεγάλους Τεχνικούς και Επενδυτικούς Οίκους παγκοσμίου εμβέλειας. Με την αναφερόμενη επένδυση ο Φορέας διαχείρισης πέραν του ότι αξιοποιεί έναν τεράστιο αδρανή έως σήμερα ενεργειακό πόρο της περιοχής δημιουργεί πλείστες ωφέλειες για την τοπική οικονομία, την αγροτική ανάπτυξη και τις γεωργικές 79

92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ εκμεταλλεύσεις καθώς και για ευρύτερο οικονομικοκοινωνικό ανθρωπογενές και φυσικό περιβάλλον. Τα ρευστά μπορούν να χρησιμοποιηθούν συστηματικά σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών εντατικής και εκτός εποχής καλλιεργειών (θερμοκήπια, υπεδάφια θέρμανση πρωίμισης αγροτικών προϊόντων όπως καρπούζια, σπαράγγια κ.α.) αποδίδοντας σίγουρα και συνήθως εξαγώγιμα προϊόντα και συνεπώς σημαντικά οφέλη κυρίως στους τοπικούς γεωργούς. Επίσης σε κατάλληλα ξηραντήρια και αφυδατωτήρια προϊόντων τα οποία μπορεί να λειτουργούν και σε διαφορετική εποχή από τις υπόλοιπες εφαρμογές, με αντίστοιχα οφέλη στους τομείς της οικονομίας και της απασχόλησης. Στην περιοχή υπάρχει ήδη ένα μεγάλο ξηραντήριο καλαμποκιού που δουλεύει σε διαφορετική εποχή. Η γεωθερμία στην περιοχή προσφέρεται επιπλέον για τη θέρμανση των παρακείμενων κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών μονάδων. Για τις ήδη υπάρχουσες στα παράλια ιχθυοκαλλιέργειες, μπορεί να γίνει θέρμανση του νερού των δεξαμενών για αντιπαγετική προστασία κατά τους χειμερινούς μήνες, αλλά ακόμη και να δημιουργήσει ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης των θερμόφιλων ψαριών (τσιπούρες, λαβράκια, χέλια, γαρίδες κ.λπ.). Σε πιλοτική εφαρμογή η θέρμανση του Δημοτικού Σχολείου Ερατεινού. Στην περιοχή πολύ κοντά στο Γεωθερμικό Πεδίο υπάρχει η οργανωμένη Βιομηχανική περιοχή της ΕΤΒΑ Καβάλας στην οποία μπορεί να γίνει παροχή του ρευστού για Βιομηχανική χρήση και θέρμανση. Το Διεθνές Αεροδρόμιο της Χρυσούπολης Καβάλας βρίσκεται σε απόσταση μόλις 2 km, οπότε μπορεί να εξεταστεί σοβαρά και το ενδεχόμενο θέρμανσης και ψύξης του. Ενδείκνυνται ακόμη περισσότερο οι διαδοχικές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας, κατανεμημένες ορθολογικά στο χώρο και στο χρόνο, ώστε να υπάρξει το μεγαλύτερο δυνατό ενεργειακό και αναπτυξιακό όφελος, θα μπορούσαν βέβαια να προσελκυστούν και άλλοι χρήστες. Δεν αποκλείεται και η δημιουργία σύγχρονων εγκαταστάσεων ιαματικού τουρισμού. Στόχο αποτελεί επίσης η τηλεθέρμανση κατοικιών με το ανάλογο οικονομικό όφελος και μετέπειτα ακόμη και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς θεωρούμε ότι όποιος μπαίνει στη διαδικασία δημοπράτησης οφείλει να αναπτύσσει όλες τις δράσεις τις οποίες το πεδίο του επιτρέπει. 80

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σημειώνεται ότι οι εφαρμογές που έχουν γίνει μέχρι στιγμής στη χώρα μας, έχουν αποδεδειγμένα επιλύσει όλα τα τεχνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα, ειδικά στον τομέα των ρευστών χαμηλής ενθαλπίας, όπως αυτά της Χρυσούπολης. ΔΗΜΟΣ ΧΡΥΣΟΥΠΟΛΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΙΑΚΗ ΝΕΣΤΟΥ Α.Ε. Ο.Τ.Α. «Παρουσίαση των Οριστικών Μελετών Εκμετάλλευσης του Μισθωμένου Γεωθερμικού πεδίου Ερατεινού-Χρυσούπολης» Δημοτικό Θέατρο Χρυσούπολης Παρασκευή 26 Φεβρουαρίου 2010 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ 11:30 Προσέλευση - Υποδοχή 11:45 Χαιρετισμοί 12:00 Εισηγήσεις Μιχαηλίδης Σάββας-Δήμαρχος Χρυσούπολης «Ιστορική Αναδρομή Γεωθερμικού-Δυνατότητες Αξιοποίησης- Πρακτικές Εφαρμογές» Δρ.Κολιός Νικόλαος-Γεωλόγος Γεωθερμικός ΙΓΜΕ Θες/νίκης «Η Γεωθερμική Ενέργεια στο Δέλτα του Νέστου» Δρ.Δαλαμπάκης Πασχάλης- Γεωλόγος Γεωθερμικός ΙΕΒ ΕΘΙΑΓΕ «Οριστικές Μελέτες Εφαρμογής Αξιοποίησης Γεωθερμικού Πεδίου Χρυσούπολης» 13:00 Ανοικτή Συζήτηση-Συμπεράσματα Σε ότι αφορά αυτήν καθαυτή την οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης αξιολογείται σύμφωνα με τα στοιχεία των μελετών και προκύπτει άκρως βιώσιμη με σημαντική ετήσια κερδοφορία η οποία μπορεί να αποτελέσει το επενδυτικό Κεφάλαιο 81

94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ για επιπλέον μελλοντικές που αναφέρονται στην Τεχνοοικονομική Μελέτη ως δυνητικές μελλοντικές χρήσεις ( Δίκτυα τηλεθέρμανσης, αξιοποίηση σε Ιχθυοκαλλιέργειες, κ.λπ.) Η τελική έγκριση των μελετών από την Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας Θράκης για τη διαχείριση του βεβαιωμένου πεδίου στην περιοχή γύρω από τις δύο παραγωγικές γεωτρήσεις θα είναι η αρχή για την επέκταση και στο υπόλοιπο πιθανό πεδίο που έχει εντοπιστεί από τις ερευνητικές γεωτρήσεις του ΙΓΜΕ. Με τον τρόπο αυτό ανοίγει ένα τεράστιο κεφάλαιο για την ανάπτυξη της περιοχής, την εξοικονόμηση καυσίμων, τη δημιουργία νέων θέσεων εργασίας, την παραγωγή εξαγώγιμων κυρίως προϊόντων και τη βελτίωση των συνθηκών ζωής και περιβάλλοντος. Ο Δήμος Χρυσούπολης βρίσκεται στο στάδιο εφαρμογής της μελέτης αναφοράς η οποία περιλαμβάνει την αξιοποίηση του Γεωθερμικού Ρευστού για την Ενεργειακή στήριξη της θέρμανσης θερμοκηπίων, της θέρμανσης εδάφους για την πρωίμιση αγροτικών προϊόντων, της ξήρανσης αγροτικών προϊόντων και ανάπτυξης υδατοκαλλιεργειών. Εικόνα 5.1 Ημερίδα για την Παρουσίαση των Οριστικών Μελετών Εκμετάλλευσης του Μισθωμένου Γεωθερμικού Πεδίου Ερατεινού - Χρυσούπολης 82