ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

Transcript

1 Α.Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

2 ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

3

4 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2014

5 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 2012 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας. Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου. Υπογραφή ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία διαρθρώνεται σε πέντε συνολικά κεφάλαια, μέσα από τα οποία γίνεται εκτενής ανάλυση του θέματος που πραγματεύεται. Το πρώτο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό και σε αυτό αναλύονται οι μορφές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ο ρόλος και η σημασία τους, η σύνδεση τους με τις βασικές αρχές της βιωσιμότητας και της αειφορίας, ενώ παράλληλα γίνεται ανάλυση και της υφιστάμενης κατάστασης της ενέργειας σε παγκόσμια επίπεδο. Κύριο θέμα του δευτέρου κεφαλαίου είναι η γεωθερμία. Εδώ δίνεται ο ορισμός και τα βασικά χαρακτηριστικά της, παρουσιάζεται ο τρόπος εκμετάλλευσης της και οι εφαρμογές της, καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της. Παραθέτονται στοιχεία για μεγάλα γεωθερμικά συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής διεθνώς και ορίζεται το νομοθετικό πλαίσιο που διέπει την εκμετάλλευση της. Η αξιοποίηση της γεωθερμίας στα κτίρια είναι το θέμα του τρίτου κεφαλαίου. Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται αναλυτικά τα συστήματα που διαμορφώνουν τις γεωθερμικές εγκαταστάσεις στα κτίρια, η λειτουργία και συνδεσμολογία αυτών, καθώς και οι στόχοι που εξυπηρετούν. Στην τελευταία υπό-ενότητα του κεφαλαίου παραθέτονται παραδείγματα αυτών των συστημάτων σε δημόσια κτίρια και λοιπές εγκαταστάσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μελέτη περίπτωσης για το Αρίστηνο της Αλεξανδρούπολης. Εδώ παραθέτονται στοιχεία που σχετίζονται με την γεωλογία της περιοχής, το γεωθερμικό δυναμικό της, τις δυνατότητες της, καθώς και δημοσιευμένα στοιχεία ερευνών. Τα συνολικά συμπεράσματα που προκύπτουν γενικά από την εξέταση του ζητήματος της γεωθερμίας και τη μελέτη του γεωθερμικού δυναμικού της περιοχής του Αρίστηνου του Δήμου Αλεξανδρούπολης, συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο της εργασίας. ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Προστασία περιβάλλοντος

7 ABSTRACT The present Diploma Thesis is structured in five chapters in which there is an extensive analysis of the subject it examines. The First chapter is introductory and it analises of forms of alternative energy sources, their role and importance, their connection to the basic principles of sustainability while there is parallel analysis of the existing situation of l energy on a global level. The main subject of the second chapter is geothermal energy. Its definition and basic characteristics are given here, exploitation and ways of application are presented as well as its advantages and disadvantages. Information is listed about large geothermic plants globally and the legislative framework that defines its exploitation. Utilization of geothermal Energy in buildings is the subject of the third chapter. In this unit the systems that form the geothermal installations in buildings, the operation and their fittings are presented analytically as well as the aims they serve.in the last sub-unit of the chapter, examples of these systems in public buildings and other installations are listed. In the fourth chapter there is a study of the geothermal field of Aristino, Alexandroupoli.Elements that are related to the geology of the region, its geothermal dynamic and potential are listed as well as published research. The overall results that emerge generally from the study of the issue of geothermal energyand its potential in region of Aristino, Alexandroupoli are gathered and presented in the last chapter of the Project. SUBJECT AREA: Environmental protection

8

9 Αφιερωμένη στους γονείς και σε όλα τα αγαπημένα μας πρόσωπα

10 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον κύριο Ιωάννη Φαλέκα για την παροχή πληροφοριών επάνω στην μελέτη της περίπτωσης του γεωθερμικού πεδίου Αρηστίνου Αλεξανδρούπολης, καθώς επίσης και τον κύριο Δημήτριο Μαρμάνη για την εμπιστοσύνη και την στίριξή του

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Συντομογραφίες και συμβολισμοί Κατάλογος πινάκων...5 Κατάλογος εικόνων. 5 Κατάλογος γραφημάτων Εισαγωγή.7 Δομή Πτυχιακής Εργασίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) 1.1 Γενικά στοιχεία Περιβάλλον και Α.Π.Ε Αρχές Βιωσιμότητας και αειφορίας Κατανομή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Εξελίξεις και προβλήματα στον τομέα των Α.Π.Ε Παγκόσμια ενεργειακή κατάσταση...15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 Ιστορικά στοιχεία Ορισμός και βασικά χαρακτηριστικά Θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος Γεωθερμικοί εναλλάκτες Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Ταξινόμηση γεωθερμικών συστημάτων Εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας Ελληνικά δεδομένα Νομοθετικό πλαίσιο Διεθνείς έρευνες Μεγάλα γεωθερμικά συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής Γεωθερμία στην γεωργία..30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ 3.1 Κτίρια μηδενικής κατανάλωσης Βιοκλιματική αρχιτεκτονική και βιοκλιματικός σχεδιασμός Γεωθερμική εγκατάσταση σε κτίρια Αντλίες θερμότητας Δίκτυα κλειστού και ανοιχτού κυκλώματος Εσωτερικές μονάδες κτιρίων επιλογή συστήματος γεωθερμίας 40

12 3.7 Κτιριακά παραδείγματα. 42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ ΑΡΙΣΤΗΝΟ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ 4.1 Γενικά στοιχεία Γεωλογία περιοχής Γεωθερμικό ενδιαφέρον Γεωθερμικό πεδίο περιοχής Στοιχεία ερευνών Ανάλυση παραγωγικών γεωτρήσεων Αποτελέσματα ερευνών Διαχείριση γεωθερμικού πεδίου Αρίστηνου Δ. Αλεξανδρούπολης Χρήσεις του γεωθερμικού ρευστού Προτεινόμενες εφαρμογές Διανομή θερμικής ενέργειας Μέτρα προστασίας και ασφάλειας Οφέλη από την αξιοποίηση της γεωθερμίας στην περιοχή μελέτης Κολυμβητήριο Αλεξανδρούπολης 65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 5.1 Συμπεράσματα Προτάσεις..72 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ.77

13 ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ ΚΑΙ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΑΘ Αντλία Θερμότητας ΑΠΕ.Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Γ.Α.Θ Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας Γ.Π Γεωθερμικό Πεδίο Δ.Ε Δημοτική Ενότητα Ε.Ε Ευρωπαϊκή Ένωση ΕΣΥΕ Εθνική Στατιστική Υπηρεσία Ελλάδος ΙΓΜΕ Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών ΚΑΠΕ..Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών & Εξοικονόμησης Ενέργειας Κ.Ε.Θ Κεντρικός Εναλλάκτης Θερμότητας ΚΚΜ Κεντρικές Κλιματιστικές Μονάδες ΜΓΒ.Μέση Γεωθερμική Βαθμίδα ΜΙΤ..Massachusetts Institute of Technology Ο.Σ...Οπλισμένο Σκυρόδεμα Π.Δ...Προεδρικό Διάταγμα Π.Ε...Περιφερειακή Ενότητα ΤΙΠ...Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου Υ.Α..Υπουργική Απόφαση ΥΠΕΚΑ...Υπουργείο Περιβάλλοντος Ενέργειας & Κλιματικής Αλλαγής

14 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών...21 Πίνακας 2.2 Αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών 22 Πίνακας 2.3 Αριθμός και μήκος γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους Πίνακας 3.1 Δημοτικό Κολυμβητήριο Δ. Ήλιδας 43 Πίνακας 3.2 Δημοτικά κτίρια στο Δήμο Μήλου..45 Πίνακας 3.3 Ετήσια εξοικονόμηση στα δημοτικά κτίρια του Αϊ Στράτη.46 Πίνακας 4.1 Μόνιμος πληθυσμός βάσει απογραφής Πίνακας 4.2 Γεωθερμικό Πεδίο χαμηλής Θερμοκρασίας Αρίστηνου Αλεξανδρούπολης.52 Πίνακας 4.3 Θερμοκρασίες στην περιοχή μελέτης βάσει του γεωθερμομέτρου.56 Πίνακας 4.4 Προϊόντα, παραπροϊόντα & υποπροϊόντα παραγωγικών γεωτρήσεων...57 Πίνακας 4.5 Δημοτικά κτίρια Αρίστηνου και Άνθειας Αλεξανδρούπολης.60 Πίνακας 4.6 Απαιτούμενες συνθήκες εσωτερικών χώρων κολυμβητηρίου 66 Πίνακας 4.7 Δαπάνες γεωθερμίας εκ του συνολικού προϋπολογισμού..69 Πίνακας 4.8 Επιπλέον δαπάνες εκ του συνολικού προϋπολογισμού..70

15

16 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 2.1 Η παλαιότερη πισίνα με τροφοδότηση εκ θερμής πηγής (3 ο αι. π.χ.)...17 Εικόνα 2.2 Δημόσια λουτρά με χρήση θερμών πηγών στην Αγγλία (1 ος αι. μ.χ.)..18 Εικόνα 2.3 Η θερμοκρασία στη γη...19 Εικόνα 2.4 Ηλεκτροπαραγωγή από γεωθερμία 26 Εικόνα 2.5 Γεωθερμικές περιοχές στην Ελλάδα (2009)...27 Εικόνα 2.6 Χάρτης περιοχής δραστηριοποίησης των The Geysers 29 Εικόνα 2.7 Εγκαταστάσεις συγκροτήματος γεωθερμικών μονάδων The Geysers.30 Εικόνα 3.1 Κύκλος βίο-οικολογικής αρχιτεκτονικής...33 Εικόνα 3.2 Μέρη γεωθερμικού συστήματος 35 Εικόνα 3.3 Γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού σε κατοικία 36 Εικόνα 3.4 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας Εικόνα 3.5 Κατασκευή οριζόντιου γεωεναλλάκτη κλειστού κυκλώματος..39 Εικόνα 3.6 Κατακόρυφο και οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα...39 Εικόνα 3.7 Κλειστό οριζόντιο και κωνικό σύστημα. 40 Εικόνα 3.8 Σύστημα ανοιχτού κυκλώματος...40 Εικόνα 3.9 Ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης και ψύξης 41 Εικόνα 3.10 Μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα (fan coil units)..41 Εικόνα 3.11 Πράσινο Κτίριο Jason στη Λευκωσία Εικόνα 4.1 Τοπογραφικός χάρτης Δήμου Αλεξανδρούπολης..49 Εικόνα 4.2 Δήμοι Π.Ε. Έβρου.49 Εικόνα 4.3 Αριστήνο Αλεξανδρούπολης.50 Εικόνα 4.4 Διάγραμμα ροής του γεωθερμικού ρευστού Εικόνα 4.5 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση υψηλής θερμοκρασίας...63 Εικόνα 4.6 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση χαμηλής θερμοκρασίας.64 Εικόνα 4.7 Λειτουργία των αντλιών θερμότητας κατά τη χειμερινή περίοδο..67 Εικόνα 4.8 Λειτουργία των αντλιών θερμότητας κατά τη θερινή περίοδο Εικόνα 4.9 Σενάρια εξοικονόμησης ενέργειας με χρήση ΑΠΕ...69

17

18 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ Γράφημα 1.1 Διείσδυση ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο...10 Γράφημα 1.2 Βιώσιμη ανάπτυξη (Στόχος της Οδηγίας 2001/42/ΕΚ)... 12

19 Εισαγωγή Η παραγωγή ενέργειας με στόχο την ικανοποίηση των ανθρώπινων αναγκών αποτελεί μια πολύ σημαντική οικονομική και κοινωνική δραστηριότητα. Το κόστος της ενέργειας αυτής έχει αποτελέσει αντικείμενο ποικίλων μελετών και ερευνών διαχρονικά, καθώς η αποτελεσματική διαχείριση της διαμορφώνεται από την επίτευξη του καλύτερου δυνατού αποτελέσματος με το ελάχιστο κόστος. Η διαρκώς αυξανόμενη όμως κατανάλωση ενέργειας και η αναζήτηση νέων φιλικών προς το περιβάλλον ενεργειακών πηγών, έθεσαν τις βάσεις για το πλαίσιο της ενεργειακής κρίσης. Βέβαια, η υφιστάμενη ενεργειακή κρίση αποτελεί κυρίως πετρελαϊκή κρίση, λόγω του ότι το πετρέλαιο καλύπτει περίπου το 60% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν λύση στο θέμα της ενεργειακής κρίσης. Πολλές χώρες όπως η Γερμανία, η Ισπανία, η Δανία κ.α. έχουν προχωρήσει πολύ στην ανάπτυξη και αξιοποίηση αυτών των πηγών. Οι δυνατότητες που έχουν οι Α.Π.Ε. για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι αξιόλογες και λόγω του ότι συνδυάζουν πολλά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα απαιτείται η άμεση αξιοποίηση τους. Η γεωθερμία που στηρίζεται στην άντληση θερμότητας από τα βάθη της γης προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, περικλείει ένα πλήθος δυνατοτήτων με ελάχιστες επιπτώσεις στο περιβάλλον και την κοινωνία, συγκριτικά με τις υπόλοιπες εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Η αξιοποίηση της έχει καταγραφεί και ιστορικά, καθώς υπάρχουν αναφορές για τη χρήση των θερμών πηγών από τους αρχαίους Έλληνες και άλλους πληθυσμούς. Στην Ελλάδα, ενώ έρευνες έχουν αποδείξει τη δυναμική των γεωθερμικών πεδίων, ακόμη δεν έχει προχωρήσει επαρκώς η αξιοποίηση τους. Σε πολλές δε περιπτώσεις είναι αξιοσημείωτη η αντίδραση των τοπικών κοινωνιών λόγω ελλιπούς ενημέρωσης και πληροφόρησης.

20 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) 1.1 Γενικά στοιχεία Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) ορίζονται σύμφωνα με την Οδηγία 2001/77/ΕΚ, οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δηλαδή: η αιολική, η ηλιακή, η γεωθερμική, η ενέργεια κυμάτων, η παλιρροϊκή ενέργεια, η υδραυλική ενέργεια, τα αέρια τα εκλυόμενα από χώρους υγειονομικής ταφής, από εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού και τα βιοαέρια (ΥΠΕΚΑ). Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αντίθετα από τις προερχόμενες πηγές ενέργειας από τα ορυκτά καύσιμα βρίσκονται σε σταθερή προσφορά και δεν υπόκεινται στο νόμο της εξάντλησης (Φαναριώτης, 2009). Οι Α.Π.Ε. που αξιοποιούνται κυρίως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι: ο ήλιος, ο αέρας, το νερό, η βιομάζα, η κυματική ενέργεια και η εκπεμπόμενη θερμότητα από τη γη. Η διαχρονικότητα της ασφάλειας στη χρήση και η συμβολή στην προστασία του περιβάλλοντος καθορίζουν την ποιότητα των εναλλακτικών ενεργειακών πηγών (Φαναριώτης, 2009). Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα τους είναι (ΚΑΠΕ): α) πρακτικά ανεξάντλητες ενεργειακές πηγές β) αξιόλογη η συμβολή τους στη μείωση της εξάρτησης από συμβατικούς ενεργειακούς πόρους γ) συμβολή στη σταθεροποίηση ή και μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων θερμοκηπίου δ) εγχώριες πηγές ενέργειας, γεωγραφικά διάσπαρτες ε) συνεισφορά στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας ζ) συμβολή στη διαμόρφωση ενός αποκεντρωμένου ενεργειακού συστήματος η) κάλυψη ενεργειακών αναγκών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο θ) κάλυψη μεγάλου φάσματος ενεργειακών αναγκών των χρηστών ι) χαμηλό (συνήθως) λειτουργικό κόστος ανεπηρέαστο από τις διεθνείς οικονομικές διακυμάνσεις κ) δημιουργία νέων θέσεων εργασίας, αναζωογόνηση υποβαθμισμένων περιοχών Το πρόβλημα που διαμορφώνεται όμως με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, εντοπίζεται στο γεγονός πως ενώ παρουσιάζουν αξιόλογα περιβαλλοντικά Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -20-

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) πλεονεκτήματα, έχουν συμπληρωματικό ρόλο στο πρόβλημα αυτό και δεν είναι δυνατό (τουλάχιστον για τα επόμενα χρόνια) να επιλύσουν από μόνες τους το ενεργειακό πρόβλημα. Εξαιτίας των περιορισμένων αποδόσεων και του σχετικά υψηλού τους κόστους δε σημείωσαν μέχρι σήμερα την ανάπτυξη που αναμενόταν (Φαναριώτης, 2009). Σύμφωνα με δημοσιευμένα στοιχεία του ΥΠΕΚΑ, σε εθνικό επίπεδο η διείσδυση των ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο παρουσιάζεται αναλυτικά στο ακόλουθο γράφημα 1.1. (ΥΠΕΚΑ). Γράφημα 1.1 Διείσδυση ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο. (Πηγή: Περιβάλλον και Α.Π.Ε. Στη σημερινή εποχή περισσότερο από κάθε άλλη υπάρχει μια έντονη στροφή σε οτιδήποτε αφορά την προστασία του περιβάλλοντος. Όλοι οι κλάδοι της ανθρώπινης δραστηριοποίησης οφείλουν να λαμβάνουν το περιβάλλον ως βασικό συντελεστή κάθε ενέργειας. Οι παρεμβάσεις του ανθρώπου διαχρονικά δημιούργησαν πολλά προβλήματα και καταστροφές στο περιβάλλον. Μια εκ των παρεμβάσεων αυτών σχετίζεται με τις μεγάλες ποσότητες ενέργειας, που απαιτούνται στη σύγχρονη κοινωνία για κάλυψη ποικίλων αναγκών όπως θέρμανση, ηλεκτρισμό, μεταφορές κ.α. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -21-

22 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Για τη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος από την παραγωγή ενέργειας έχουν ορισθεί πολλές λύσεις μέχρι σήμερα, οι σημαντικότερες εκ των οποίων αφορούν τις ΑΠΕ. Αναμφίβολα οι ΑΠΕ έχουν και αυτές ορισμένες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όμως κρίνονται γενικά μικρότερου βαθμού (Κούκος, 2012). Η ανάδειξη των παγκόσμιων περιβαλλοντικών ζητημάτων ήταν αυτή που οδήγησε στη μελέτη και αξιοποίηση των ΑΠΕ. Για πολλές χώρες οι πηγές αυτές αποτελούν κύρια εγχώρια πηγή ενέργειας με προοπτικές περαιτέρω ανάπτυξης. Η συνεισφορά τους στο ενεργειακό ισοζύγιο είναι σημαντική, συμβάλλοντας έτσι στη μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο και παράλληλα στη στήριξη της ασφάλειας που σχετίζεται με τον ενεργειακό εφοδιασμό. Η αξιοποίηση των ΑΠΕ δεν επιβαρύνει το περιβάλλον, αντιθέτως το προστατεύει καθώς δε συμβάλει στην παραγωγή ρύπων και αποβλήτων (ΚΑΠΕ). Μελέτες και έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα, έχουν αποδείξει πως ο ενεργειακός τομέας είναι αυτός που σε μεγάλο βαθμό ευθύνεται για την περιβαλλοντική ρύπανση. Συγκεκριμένα, περίπου το 95% της ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχει αποδοθεί στην παραγωγή, το μετασχηματισμό καθώς και τη χρήση των συμβατικών καυσίμων. Μια εκ των χωρών που διαθέτει σημαντικό δυναμικό ΑΠΕ είναι και η Ελλάδα, για την οποία και μπορούν να αποτελέσουν μια αξιόλογη εναλλακτική ενεργειακή λύση (ΚΑΠΕ). Γενικά, οι δυνατότητες εκμετάλλευσης των Α.Π.Ε. προσδιορίζονται από τις εναλλακτικές ενεργειακές πηγές που μπορούν να υποκαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα, με τον ίδιο βαθμό απόδοσης, με ανταγωνιστικό επίπεδο τιμών και κυρίως με φιλική συμπεριφορά προς το περιβάλλον. Το περιβάλλον είναι η βασική παράμετρος για την επιλογή χρήσης των Α.Π.Ε. (Φαναριώτης, 2009). 1.3 Αρχές Βιωσιμότητας και αειφορίας Το Διεθνές Συνέδριο του ΟΗΕ για το Περιβάλλον που πραγματοποιήθηκε στη Στοκχόλμη το 1972, έθεσε τις βάσεις για την αειφόρο ανάπτυξη, θέτοντας το περιβάλλον στην πολιτική ατζέντα. Επίσης η Διεθνής Σύσκεψη του ΟΗΕ για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη στο Ρίο το 1992, όρισε μια στρατηγική για την αντιμετώπιση των περιβαλλοντικών ζητημάτων και των αναπτυξιακών προκλήσεων, με στόχο μια παγκόσμια προσπάθεια για αειφόρο ανάπτυξη. Προϊόν της Διάσκεψης αυτής ήταν η Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -22-

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) Agenda 21 περί ενός βιώσιμου σχεδίου ανάπτυξης. Ακολούθως το έτος 2002 στο Γιοχάνεσμπουργκ, η Διεθνής Διάσκεψη του ΟΗΕ ανέλυσε την μετά το Ρίο πρόοδο και διαμόρφωσε ένα πιο εξελιγμένο Σχέδιο Υλοποίησης (Παναγιωτακόπουλος, 2007). Συνολικά οι Διεθνείς αυτές συσκέψεις είχαν ως βάση το όραμα της αειφόρου ανάπτυξης σε όλους τους τομείς δραστηριοποίησης του ανθρώπου. Εξάλλου οι τρεις βασικοί παράγοντες δημιουργίας του περιβαλλοντικού προβλήματος είναι: ο πληθυσμός, η κατανάλωση και η τεχνολογία παραγωγής αγαθών και υπηρεσιών, δηλαδή το σύνολο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων (Παναγιωτακόπουλος, 2007). Βάσει του ορισμού που δίνει ο Παναγιωτακόπουλος (2007): «Μια ανάπτυξη είναι αειφόρος όταν λαμβάνει υπόψη της: α) τους κοινωνικούς, οικολογικούς και οικονομικούς παράγοντες, β) τους έμβιους και άβιους πόρους και γ) τα μακροπρόθεσμα και βραχυπρόθεσμα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των εναλλακτικών δράσεων». Δηλαδή είναι σημαντικό η ανάπτυξη να ικανοποιεί τις ανάγκες της παρούσας γενιάς, χωρίς όμως να διακινδυνεύει η δυνατότητα των μελλοντικών γενιών να ικανοποιήσουν τις δικές τους. Βιώσιμη ανάπτυξη λοιπόν είναι η ανάπτυξη που επιζεί, ενώ αειφόρος αυτή που επιζεί καλά. Γράφημα 1.2 Βιώσιμη ανάπτυξη (Στόχος της Οδηγίας 2001/42/ΕΚ). Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -23-

24 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ( 1.4 Κατανομή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Εξετάζοντας την διαχρονική πορεία της κατανομής των διαφόρων μορφών ΑΠΕ παρατηρούνται λογικές διακυμάνσεις. Συγκεκριμένα για το έτος 2005 η εν λόγω κατανομή ήταν 1 : 1) 66,1% βιομάζα 2) 22,2% υδραυλική ενέργεια 3) 5,5% αιολική ενέργεια 4) 5,5% γεωθερμική ενέργεια 5) 0,7% ηλιακή ενέργεια Βάσει της Ευρωπαϊκής Οδηγίας 28/2009 σχετικά με την προώθηση των ΑΠΕ ορίζεται ως στόχος η συμμετοχή της παραγόμενης ενέργειας από ΑΠΕ σε ποσοστό 20% έως το Το αντίστοιχο ποσοστό αύξησης σε κάθε χώρα της Ε.Ε. ορίζεται στο 5,5% με βάση τα επίπεδα του έτους 2005 και η υπολειπόμενη αύξηση διαμορφώνεται βάσει του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος ανά κάτοικο (ΤΕΕ, 2011). Οι σημαντικότερες δυσκολίες για την επίτευξη του προαναφερόμενου στόχου εντοπίζονται στα ακόλουθα: υψηλό επενδυτικό κόστος και μη συνυπολογισμός του εξωτερικού κόστους (ιδίως σχετικά με τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία ή στο περιβάλλον) προβλήματα συνδεόμενα με τις διαδικασίες εγκατάστασης, καθώς και τον αποκεντρωμένο χαρακτήρα των περισσότερων εφαρμογών ΑΠΕ αδιαφανείς διατάξεις ως προς την πρόσβαση στο δίκτυο ανεπαρκής ενημέρωση των προμηθευτών -πελατών -εγκαταστατών Αξίζει να τονισθεί πως το μερίδιο των ΑΠΕ παρουσιάζει σημαντική αύξηση στο σύνολο των διαθέσιμων καυσίμων συμβάλλοντας αξιόλογα στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην Ε.Ε. Σύμφωνα με εκτιμήσεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, ο στόχος του 20% θα οδηγήσει σε μείωση εκατ. τόνων CO2 ετησίως και 1 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -24-

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) συνεπώς εξοικονόμηση περίπου δις ευρώ, εφόσον η τιμή ανά τόνο του CO2 ανέρχεται σε 25 ευρώ Εξελίξεις και προβλήματα στον τομέα των Α.Π.Ε. Παρά το γεγονός πως στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας η πρώτη ύλη παρέχεται δωρεάν, εν τούτοις οι βιομηχανίες που ασχολούνται με την αξιοποίηση τους διαθέτουν μεγάλα χρηματικά ποσά προς εύρεση τρόπων εκμετάλλευσης της ενέργειας αυτής και μετατροπής της σε ηλεκτρική. Αναμφίβολα οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν μπορούν να ανταγωνιστούν ακόμη σε απόδοση και τιμές τα ορυκτά καύσιμα. Έτσι απαιτείται η ανάγκη ειδικών κυβερνητικών παρεμβάσεων προς διευκόλυνση της αξιοποίησης των ΑΠΕ. Ακόμη και η ίδια η φύση των εναλλακτικών πηγών ενέργειας δημιουργεί μια σειρά προβλημάτων, που επιδρούν στη λειτουργία του συστήματος μεταφοράς της παραγόμενης ενέργειας. Ειδικά οι βιομηχανίες παραγωγής ενέργειας που στηρίζονται στην εκμετάλλευση του αέρα και του ήλιου, υπόκεινται σε αναγκαστικές διακοπές λόγω των υφιστάμενων ατμοσφαιρικών συνθηκών (νηνεμία, νέφωση κ.α.). Αναμφίβολα τις δύο τελευταίες δεκαετίες η αλλαγή των δεδομένων είναι εμφανής. Τα κόστη για ορισμένες ΑΠΕ μειώνονται σε διεθνές επίπεδο στο πλαίσιο των νέων εφαρμοζόμενων τεχνολογιών και του αυξημένου ενδιαφέροντος των κυβερνήσεων, προς ενίσχυση των προσπαθειών στροφής στη χρήση των ΑΠΕ (Φαναριώτης, 2009). Η εξέλιξη των ΑΠΕ θα μπορούσε να είναι ακόμη πιο θετική αν στο κόστος των ορυκτών καυσίμων συμπεριλαμβανόταν και το περιβαλλοντικό κόστος. Βέβαια πολλοί ειδικοί και κυρίως οικονομολόγοι υποστηρίζουν πως το κόστος των ορυκτών καυσίμων δε θα πρέπει να εξετάζεται με απόλυτα ενεργειακά κριτήρια, καθώς οι οικονομικές επιπτώσεις της χρήσης τους στο περιβάλλον και την κοινωνία είναι πολύ σημαντικές. Ωστόσο η περιορισμένη απόδοση (λόγω του κόστους και της περιορισμένης αξιοποίησης) είναι ένα ακόμη σημαντικό εμπόδιο στην ανάπτυξη των ΑΠΕ (Φαναριώτης, 2009). Γενικά η θέση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σταδιακά αναβαθμίζεται λόγω: των κινδύνων από την υπερκατανάλωση των ορυκτών καυσίμων της απαιτούμενης σταθεροποίησης της ενεργειακής ασφάλειας Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -25-

26 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του συνεχώς αυξανόμενου κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας της εξέλιξης και ανάπτυξης των σχετικών τεχνολογιών 1.6 Παγκόσμια ενεργειακή κατάσταση Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν μια λύση για το μέλλον της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης. Η υφιστάμενη όμως ενεργειακή κατάσταση χαρακτηρίζεται από (Gardel, 1981, Mc Veigh, 1984): 1) συνεχή αύξηση ως προς τη ζήτηση ενέργειας. Ειδικότερα η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει με πολύ μεγάλο ρυθμό, συγκριτικά με τη ζήτηση στον υπόλοιπο ενεργειακό τομέα. 2) αναζήτηση και εύρεση νέων ενεργειακών πηγών και περισσότερο αποδοτικών μεθόδων προς μετατροπή της ενέργειας. 3) ανησυχία για την περιβαλλοντική ρύπανση κατά την παραγωγή ενέργειας 4) ανησυχία για την εξάντληση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων. H κατανάλωση ενέργειας διαφοροποιείται σημαντικά από χώρα σε χώρα, εξαρτώμενη από παράγοντες όπως (ΚΕΠΕ, 1991): α) υφιστάμενο επίπεδο οικονομικής και κοινωνικής ανάπτυξης β) αποδοτικότητα ενεργειακού τομέα γ) επίπεδο ενεργειακής αυτοδυναμίας δ) κλιματολογικές συνθήκες Κύριος στόχος κάθε χώρας είναι σήμερα η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και ιδίως του πετρελαίου και σε κάθε περίπτωση ο έλεγχος και η ορθή διαχείριση της, λαμβανομένης υπόψη της παγκόσμιας ενεργειακής κρίσης. Αποδεδειγμένα ο ορθότερος τρόπος συγκράτησης της κατανάλωσης είναι αναμφίβολα η αύξηση της ενεργειακής απόδοσης και γενικά η εξοικονόμηση ενέργειας (Τσατήρης, 2002). Το πετρέλαιο παραμένει βέβαια κύρια πηγή ενέργειας καθώς καλύπτει το 38% των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών, ενώ ακολουθεί ο άνθρακας (26%) και το φυσικό αέριο (21%). Η πλειοψηφία των χωρών παγκοσμίως εξαρτάται σε ποσοστό άνω του 75% από εισαγωγές πετρελαίου για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών. Βάσει όμως των Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -26-

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) σημερινών αποθεμάτων και της υφιστάμενης ζήτησης, το υπάρχον πετρέλαιο θεωρείται πως επαρκεί για ακόμη 40 χρόνια περίπου (Τσατήρης, 2002). Το φυσικό αέριο θεωρείται επίσης πως και αυτό έχει ένα χρονικό ορίζοντα ζωής 60 ετών (ακόμη). Η αύξηση της κατανάλωσης του οφείλεται στην αντίστοιχη αύξηση της ζήτησης του από χώρες της Κ. Ευρώπης, της Ασίας και της Ν. Αμερικής. Όσον αφορά τα καταγεγραμμένα αποθέματα στερεών καυσίμων, βάσει των ισχυόντων ρυθμών παραγωγής και κατανάλωσης υπολογίζεται πως επαρκούν για ακόμη 235 έτη (OECD, 1990). Στην Ελλάδα, η ενεργειακή κατάσταση χαρακτηρίζεται από μεγάλη σπατάλη ενέργειας. Συγκεκριμένα, το 78,4% της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε λιγνιτικές μονάδες, το 14,2% από θερμικούς σταθμούς με χρήση υγρών καυσίμων και το υπόλοιπο ποσοστό από υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Συνολικά το ενεργειακό ισοζύγιο που καλύπτεται από εγχώριες ενεργειακές πηγές φτάνει το 43,3% (Στούρνας, κ.α., 2000). Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -27-

28 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 Ιστορικά στοιχεία Η γεωθερμική ενέργεια και γενικά τα θερμά νερά ήταν γνωστά στην αρχαιότητα και θεωρούνταν εξαιρετικές οι θεραπευτικές τους ιδιότητες. Τα Ασκληπιεία και πολλοί άλλοι ιεροί χώροι δε βρίσκονταν τυχαία κοντά σε θερμές πηγές. Τα Ομηρικά Έπη καθώς και γραπτά του Ηροδότου, του Παυσανία, του Στράβωνα, του Αριστοτέλη κ.α. μαρτυρούν τη σημαντικότητα των θερμών πηγών για τους αρχαίους Έλληνες. Η χρήση του νερού των θερμών πηγών για ιαματικούς και θρησκευτικούς σκοπούς αποτυπώθηκε και σε πολλά αγγεία που έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα. Γνωστές ήταν επίσης οι Θέρμες του Ηρακλή (Τσιλιγκιρίδης, 2007). Στην Κίνα, την Ιαπωνία και την Αμερική υπάρχουν επίσης πολλές μαρτυρίες στον κλάδο της τέχνης που αποδεικνύουν τη χρήση των φυσικών θερμών ρευστών από τους αρχαίους λαούς. Αξίζει να επισημανθεί πως οι Ετρούσκοι και οι Ρωμαίοι συγκεκριμένα χρησιμοποιούσαν τις θερμές πηγές για τη θέρμανση των κατοικιών τους. Ο Γαλήνος το 2 ο αιώνα μ.χ. δημιούργησε και τα πρώτα θερμοκήπια από τα οποία παρήγαγε φρούτα εκτός εποχής (Τσιλιγκιρίδης, 2007). Η παλαιότερη πισίνα που έχει εντοπισθεί χρονολογείται από τον 3 ο αιώνα π.χ. και αποδίδεται στη δυναστεία των Qin. Πρόκειται για μια πέτρινη πισίνα που βρέθηκε στο όρος Lisan της Κίνας και στηριζόταν η τροφοδότηση της σε θερμή πηγή της περιοχής. Πρόκειται ουσιαστικά για την πρώτη μορφή spa (Τσιλιγκιρίδης, 2007). Εικόνα 2.1 Η παλαιότερη πισίνα με τροφοδότηση εκ θερμής πηγής (3 ο αι. π.χ.) Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -28-

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ Η κατασκευή των πρώτων δημόσιων θερμών λουτρών (εικόνα 2.2) με χρήση θερμών πηγών έγινε τον 1 ο αιώνα μ.χ. στη σημερινή πόλη Bath της Αγγλίας. Η κατασκευή τους οφείλεται στους Ρωμαίους, όπου με την κατάκτηση ενός τμήματος της Αγγλίας δημιούργησαν αυτά τα λουτρά όχι μόνο προς δημόσια χρήση αλλά και ως χώρους προσκυνήματος αφιερωμένους στη θεά Minerva. Παράλληλα χρησιμοποίησαν τις θερμές πηγές της περιοχής και για την επιδαπέδια θέρμανση των χώρων. Η χρήση των συγκεκριμένων λουτρών είχε κάποιο κόστος και αυτό αποτελεί την πρώτη εμπορική χρήση της γεωθερμικής ενέργειας (Τσιλιγκιρίδης, 2007). Εικόνα 2.2 Δημόσια λουτρά με χρήση θερμών πηγών στην Αγγλία (1 ος αι. μ.χ.). Αρκετούς αιώνες αργότερα τον 14 ο αιώνα- η γεωθερμία αξιοποιήθηκε για θέρμανση στην περιοχή Claudes-Aigues της Γαλλίας. Ακολούθως στις αρχές του 19 ου αιώνα χρησιμοποιήθηκε υπέρθερμος ατμός προς παραγωγή βορικού οξέος και θέρμανση κτιρίων στο Larderello της Ιταλίας. Στην περιοχή αυτή το 1904 πραγματοποιήθηκε η πρώτη προσπάθεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της χρήσης φυσικών ατμών και στέφθηκε με επιτυχία. 2.2 Ορισμός και βασικά χαρακτηριστικά Η θερμότητα που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της γης αποτελεί τη γεωθερμική ενέργεια, που είτε βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια της γης είτε όχι. Πρόκειται για μια ήπια και ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα αποτελεί απόδειξη της ύπαρξης θερμότητας στο εσωτερικό της γης. Η περιεχόμενη θερμότητα στα Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -29-

30 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου διάφορα στρώματα του εσωτερικού της γης αποτελεί την αιτία των ποικίλων γεωλογικών φαινομένων σε παγκόσμιο επίπεδο. Εικόνα 2.3 Η θερμοκρασία στη γη Μέσω της διάνοιξης ειδικών φρεάτων προσεγγίζονται αυτές οι πηγές θερμότητας και πραγματοποιείται άντληση της ενέργειας και ακολούθως αξιοποίηση της. Στο μεγαλύτερο ποσοστό οι αναδυόμενες θερμοκρασίες είναι υψηλές και η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (Φαναριώτης, 2009). Τα γεωθερμικά πεδία που αξιοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας χαρακτηρίζονται ως χαμηλής, μέσης και υψηλής ενθαλπίας. Ιδιαίτερα στα κτίρια, οι εφαρμογές στοχεύουν στην εκμετάλλευση της χαμηλής ενθαλπίας μέσω της χρήσης γεωθερμικών αντλιών θερμότητας (ΤΕΕ, 2011). H γεωθερμική ενέργεια περιλαμβάνει την παγίδευση της ενέργειας των υπόγειων θερμικών ταμιευτήρων σε περιοχές με ενεργή ηφαιστειότητα. Ο ατμός αντλείται μέσω του εδάφους σε τουρμπίνες που θέτουν σε λειτουργία τις ηλεκτρικές γεννήτριες. Στην Ελλάδα η μεγαλύτερη γεωθερμική εγκατάσταση βρίσκεται στη Μήλο και λειτουργεί υπό την αιγίδα της ΔΕΗ (Camp & Daugherty,1998). Γενικά η θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού δεν είναι σταθερή αλλά ποικίλει από περιοχή σε περιοχή και κυμαίνεται μεταξύ ο C. Οι υψηλές θερμοκρασίες των γεωθερμικών ρευστών αξιοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αντίθετα οι χαμηλότερες θερμοκρασίες αξιοποιούνται για τη θέρμανση κτιρίων, θερμοκηπίων, κτηνοτροφικών μονάδων κ.α. Συνεπώς, κάνοντας λόγο για γεωθερμία γίνεται αναφορά στη θερμική ενέργεια του φλοιού της γης και την ενέργεια της λάβας των ηφαιστείων η οποία δεν προέρχεται από Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -30-

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ το φλοιό της γης. «Η θερμική ενέργεια του φλοιού της γης προέρχεται από τη διάπυρη μάζα του εσωτερικού της, που βρίσκεται σε υγρή ή ημιυγρή κατάσταση κάτω από το φλοιό της και έχει πάχος χλμ» (Τσατήρης, 2002). Αξίζει να επισημανθεί πως η γεωθερμία δεν είναι ουσιαστικά ανανεώσιμη μορφή ενέργειας, αλλά συμπεριλαμβάνεται στις εναλλακτικές μορφές ενέργειας, καθώς το γεωθερμικό δυναμικό θεωρείται ανεξάντλητο εξαιτίας των τεράστιων αποθεμάτων θερμότητας (Τσατήρης, 2002). Βάσει του θερμοκρασιακού της επιπέδου η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να έχει διάφορες χρήσεις. Α) Η Υψηλής Ενθαλπίας (>150 C) είναι κατάλληλη για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Β) Η Μέσης Ενθαλπίας ( C) χρησιμοποιείται για θέρμανση ή ξήρανση αγροτικών προϊόντων και ξυλείας, ή και για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Γ) Η Χαμηλής Ενθαλπίας (25-80 C) είναι κατάλληλη κυρίως για θέρμανση χώρων και θερμοκηπίων, για ιχθυοκαλλιέργειες ή παραγωγή γλυκού νερού. 2.3 Θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος Όσο απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια του εδάφους και αυξάνεται το βάθος αυξάνεται αντίστοιχα και η θερμοκρασία του εδάφους. Αυτός ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας ως προς το βάθος από την επιφάνεια της γης αποτελεί τη γεωθερμική βαθμίδα, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 5-70 ο C/ km με μέση τιμή 1 ο C ανά 30m. Λόγω των πολύ υψηλών θερμοκρασιών που επικρατούν στο εσωτερικό της γης, υπάρχει μια συνεχής ροή θερμότητας προς το φλοιό. Η θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος καθορίζει τις εφαρμογές της κανονικής γεωθερμίας. Τα θερμικά χαρακτηριστικά εδαφών και πετρωμάτων επηρεάζονται από ορισμένες γεωλογικές παραμέτρους, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο πλαίσιο της εγκατάστασης συστημάτων θέρμανσης ή ψύξης χώρων μέσω της κανονικής γεωθερμίας. Οι σημαντικότερες εξ αυτών είναι (ΤΕΕ, 2011): α) τα φυσικά χαρακτηριστικά των εδαφών και των πετρωμάτων β) η πραγματική πυκνότητα ή το ειδικό βάρος γ) η φαινόμενη πυκνότητα ή το βάρος ανά μονάδα όγκου δ) το πορώδες του εδάφους Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -31-

32 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ε) η υγρασία του εδάφους ζ) η ογκομετρική περιεκτικότητα σε νερό η) η ειδική θερμότητα θ) η ειδική θερμική αγωγιμότητα ι) η ειδική θερμική διαχυτότητα Η μέση ειδική θερμοχωρητικότητα των εδαφών αποτελεί το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων των συστατικών που αποτελούν το έδαφος. Αν ms, mw, ma και mo είναι οι μάζες σε kg των στερεών συστατικών του εδάφους, του εδαφικού νερού, του αέρα που περιέχεται στο έδαφος και της οργανικής ύλης αντίστοιχα και cs, cw, ca και co η ειδική θερμότητα των προαναφερθέντων τότε (ΤΕΕ, 2011): C = ms x cs + mw x cw + ma x ca + mo x co Ορισμένες ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών του εδάφους παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1 Ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών Υλικό Φαινόμενη πυκνότητα (*10 3 kg/m 3 ) Ειδική θερμότητα (J/kg/K) Θερμοχωρητικότητα (*10 3 J/m 3 /K) Θερμική αγωγιμότητα (W/m/K) Χαλαζίας 2, ,4 Εδάφη 2, ,9 Εδάφη με 1, ,25 οργανική ύλη Νερό 1, ,6 Πάγος 0, ,5 Αέρας 0, ,20 0,026 (Πηγή: TEE, 2011) Γεωθερμικοί εναλλάκτες Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες αποτελούν συστήματα που αποβάλλουν ή απορροφούν ανάλογα θερμότητα από μια πηγή θερμότητας, μέσω της κυκλοφορίας του νερού ή κάποιου άλλου ρευστού, σε σωληνώσεις που ξεκινούν από τη γη και φτάνουν στο χώρο Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -32-

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ που πρόκειται να θερμανθεί ή να ψυχθεί. Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες διακρίνονται σε ανοικτού και κλειστού κυκλώματος 2. Η επιλογή του κατάλληλου μεγέθους τους εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους και τις ενεργειακές απαιτήσεις. Στον ακόλουθο πίνακα 2.2 παραθέτονται αριθμητικά δεδομένα για τις αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών σε διαφόρους τύπους εδάφους προς θέρμανση και ψύξη. Πίνακας 2.2 Αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών Υλικά Ειδική θερμική απόδοση Για 1800h λειτουργίας (W/m) Για 2400h λειτουργίας (W/m) Αμμοχάλικο, άμμος, ξηρό <25 <20 Αμμοχάλικο, άμμος, υγρό Αμμοχάλικο και άμμος με ισχυρό ρεύμα υπόγειου νερού Άργιλος, loam, υγρασία Ασβεστόλιθος Ψαμμίτης Όξινος βράχος (π.χ. γρανίτης) Όξινος βράχος (π.χ. βασάλτης) (ΤΕΕ, 2011) O απαιτούμενος αριθμός και το μήκος των γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους προσδιορίζονται από τους γερμανικούς κανονισμούς DIN. Στον πίνακα 2.3 παρουσιάζονται ορισμένες εκ των τιμών αυτών. 2 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -33-

34 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Πίνακας 2.3 Αριθμός και μήκος γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους Θερμική αγωγιμότητα Αριθμός U-tube Ενεργό μήκος Ολικό μήκος (m) (W/m/K) U-tube (m) 0, , , , , , , , , , , , , , (ΤΕΕ, 2011) 2.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Σε περιοχές όπου υπάρχει διαθέσιμη η γεωθερμική ενέργεια, αυτή γενικά είναι φθηνή και καθαρή, δε ρυπαίνει το περιβάλλον και οι απαιτούμενες εγκαταστάσεις έχουν μικρό κόστος επένδυσης (Camp & Daugherty,1998). To βασικότερο όμως πλεονέκτημα της έναντι των υπολοίπων ΑΠΕ είναι πως αποτελεί μια παροχή ενέργειας καθ όλη τη διάρκεια του έτους, που δεν παρουσιάζει διακυμάνσεις και δίνει τη δυνατότητα πλήρους ανάκτησης και εκμετάλλευσης της υφιστάμενης υπεδαφικής θερμότητας. Όσον αφορά τον κλάδο της ηλεκτροπαραγωγής, ο ετήσιος συντελεστής απασχόλησης είναι σημαντικά υψηλότερος (0,98 ή 98%) συγκριτικά με τον αντίστοιχο της αιολικής ενέργειας (0, ) και των φωτοβολταικών (0,15-0,18). Συνολικά τα πλεονεκτήματα διαμορφώνονται ως εξής: χαμηλό κόστος υψηλή απόδοση (3-5 φορές αποδοτικότερο το γεωθερμικό σύστημα από ένα συμβατικό) ανεξαρτησία από το πετρέλαιο θέρμανσης Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -34-

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ υψηλή ασφάλεια μη συμβολή στο φαινόμενο του θερμοκηπίου ζεστό νερό χρήσης (ΖΝΧ) όλο το έτος υψηλή αξιοπιστία σε ακραίες συνθήκες Δύο βασικά μειονεκτήματα της γεωθερμικής ενέργειας είναι τα ακόλουθα (Camp & Daugherty,1998): 1) η μη ομοιόμορφη κατανομή της στις χώρες σε διεθνές επίπεδο, αλλά και η μη ομοιόμορφη κατανομή της σε περιοχές της ίδιας χώρας 2) τα μέταλλα στον ατμό είναι πολύ σκληρά για τους μηχανισμούς. Είναι απαραίτητη η χρήση μηχανημάτων που θα αντιστέκονται στις διαβρώσεις. Ένα ακόμη βασικό μειονέκτημα όμως αφορά άμεσα το περιβάλλον. Ο ατμός και το νερό του γεωθερμικού πεδίου μετά τη διαδικασία εκμετάλλευσης της θερμότητας χωρίς επεξεργασία στην ατμόσφαιρα τους στις εγκαταστάσεις, καθώς ελευθερώνονται χωρίς επεξεργασία προκαλούν περιβαλλοντική ρύπανση. Για την αντιμετώπιση της ρύπανσης αυτής απαιτείται επιστροφή του νερού ξανά στη γη προς θέρμανση και μεταφορά νέας ποσότητας θερμότητας στην εγκατάσταση (Τσατήρης, 2002). 2.5 Ταξινόμηση γεωθερμικών συστημάτων Η ταξινόμηση των γεωθερμικών συστημάτων μπορεί να βασιστεί στα ακόλουθα κριτήρια: 1) είδος γεωθερμικών πόρων 2) τύπος και θερμοκρασία ρευστών 3) τύπος πετρώματος όπου εντοπίζονται τα ρευστά 4) είδος εστίας θερμότητας 5) κυκλοφορία ή μη ρευστών στο γεωθερμικό ταμιευτήρα Ως προς το είδος των γεωθερμικών πόρων, οι κατηγορίες των γεωθερμικών συστημάτων είναι οι ακόλουθες: υδροθερμικά συστήματα Πρόκειται για φυσικά υπόγεια θερμικά ρευστά που εντοπίζονται σε έναν ή περισσότερους ταμιευτήρες, θερμαίνονται μέσω μιας εστίας θερμότητας και μπορεί να εμφανίζονται και στην επιφάνεια της γης. Αποτελούν σχεδόν το σύνολο των αξιοποιήσιμων γεωθερμικών πεδίων σήμερα. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -35-

36 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου αβαθής γεωθερμία Πρόκειται για ποσότητες ενέργειας που λαμβάνονται από μικρά σχετικά βάθη, μέσω της ανακυκλοφορίας νερού στα 100 πρώτα μέτρα από την επιφάνεια της γης ή την κυκλοφορία υπόγειων νερών ή νερών ποταμών, λιμνών και θαλασσών. προχωρημένα γεωθερμικά συστήματα Η ανάκτηση ενέργειας γίνεται με χρήση διοχετευόμενου νερού από την επιφάνεια σε βάθος 2-10 km μέσω ειδικών γεωτρήσεων. Τελικά ανακτάται θερμότερο νερό ή θερμότερος ατμός εκ του αρχικού. γεωπεπιεσμένα συστήματα Πρόκειται για ρευστά που εντοπίζονται σε μεγάλα βάθη και είναι περιορισμένα κυρίως από μη περατά πετρώματα. Η πίεση τους είναι ανώτερη της υδροστατικής. μαγματικά συστήματα Επιτυγχάνεται απόληψη θερμότητας μέσω κατάλληλων γεωτρήσεων σε μικρού βάθους μαγματικές διεισδύσεις. Με βάση τη θερμοκρασία των ρευστών ή γενικά του υπεδάφους, οι κατηγορίες των γεωθερμικών πεδίων που διαμορφώνονται είναι: Υψηλής ενθαλπίας: θερμοκρασία παραγόμενων ρευστών υψηλότερη των 150 ο C. Μέσης ενθαλπίας: θερμοκρασία ρευστών μεταξύ ο C. Χαμηλής ενθαλπίας: θερμοκρασία ρευστών μεταξύ ο C. 2.6 Εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας Η θερμοκρασία είναι ο βασικός παράγοντας που καθορίζει της εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας. Οι σημαντικότερες εξ αυτών είναι 3 : α) ηλεκτροπαραγωγή β) θέρμανση εσωτερικών χώρων κτιρίων (μέσω καλοριφέρ, αερόθερμων ή ενδοδαπέδιων συστημάτων) γ) ψύξη και κλιματισμός δ) θέρμανση χώρων θερμοκηπίων αλλά και εδαφών λόγω της ταχύτερης ανάπτυξης των φυτών με τη θερμότητα ε) ιχθυοκαλλιέργειες 3 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -36-

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ζ) εφαρμογές στη βιομηχανία (ξήρανση αγροτικών προϊόντων, αφαλάτωση θαλασσινού νερού κ.α.) η) θερμά λουτρά Γενικά, η γεωθερμία χρησιμοποιείται στην ηλεκτροπαραγωγή σε περιοχές με μεγάλο γεωθερμικό δυναμικό. Βασική προϋπόθεση της χρησιμοποίησης του προερχόμενου ατμού από ένα γεωθερμικό πεδίο είναι η θερμοκρασία του να είναι ανώτερη των 130 ο C. Χαρακτηριστικά στην πόλη Reijkjavik στην Ισλανδία το σύνολο της απαιτούμενης θερμικής ενέργειας για θέρμανση προέρχεται από τη γεωθερμία (Τσατήρης, 2002). Εικόνα 2.4 Ηλεκτροπαραγωγή από γεωθερμία 2.7 Ελληνικά δεδομένα Στην Ελλάδα, μελέτες έχουν δείξει πως υπάρχουν περιοχές με αξιόλογες προοπτικές εκμετάλλευσης της γεωθερμικής ενέργειας. Τέτοιες περιοχές είναι κυρίως τα νησιά του Αιγαίου όπως Μήλος, Νίσυρος, Σαμοθράκη, Λέσβος, Σαντορίνη κ.α., καθώς και πολλές περιοχές της Μακεδονίας και της Θράκης όπως το Σιδηρόκαστρο, το Νέο Εράσμιο, το Τυχερό Έβρου, η Νιγρίτα κ.α. Στην ακόλουθη εικόνα 2.4 παρουσιάζεται η χωροθέτηση αυτών των περιοχών στον ελλαδικό χάρτη. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -37-

38 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Τα κυριότερα γεωθερμικά πεδία του ελληνικού χώρου είναι θέσεις με θερμές πηγές ή θερμά αέρια θερμοκρασίας ο C (Δηλανάς, 1999). Γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας βρίσκονται στη Μήλο και τη Νίσυρο, πάνω στο ηφαιστειακό τόξο του Νοτίου Αιγαίου. Εξ αυτών των γεωθερμικών πεδίων δεν υπάρχει σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και αυτό οφείλεται κυρίως στις έντονες τοπικές αντιδράσεις. Έχει υπολογιστεί πως η γεωθερμική δυναμικότητα της Μήλου φτάνει περίπου στα ΜW ισοδύναμης ενέργειας, με μια επιπλέον δυναμικότητα 120 MW από άλλα πιθανά πεδία στην ευρύτερη περιοχή (Φαναριώτης, 2009). Εικόνα 2.5 Γεωθερμικές περιοχές στην Ελλάδα (2009) Η χώρα λόγω των γεωλογικών της συνθηκών κατέχει ένα σημαντικό δυναμικό σχετιζόμενο με την γεωθερμική ενέργεια. Ενώ έχουν γίνει όμως μέχρι σήμερα αρκετές μελέτες για την αξιοποίηση αυτών των πηγών, προς το παρόν η κύρια χρήση τους περιορίζεται σε θερμοκήπια. Ειδικά τα γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας που έχουν Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -38-

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ εντοπισθεί στην χώρα, θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν επιτυχώς στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 4. Συγκεκριμένα το έτος 2007, συνολικά η εγκατεστημένη θερμική ισχύς που αποδιδόταν σε άμεσες χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας έφτανε τα 75 MWt. Το 50% αυτής της ισχύος αντιστοιχούσε σε ιαματικές πηγές και θέρμανση πισινών 3. Ακόμη το γεωθερμικό πεδίο δεν χρησιμοποιείται προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό που απαιτείται είναι ειδική μελέτη της εκμετάλλευσης του γεωθερμικού δυναμικού της χώρας με σωστή κατασκευή των απαιτούμενων εγκαταστάσεων, ώστε να μη δημιουργηθούν περιβαλλοντικά προβλήματα. 2.8 Νομοθετικό πλαίσιο Το νομοθετικό πλαίσιο που αφορά την αξιοποίηση του ελληνικού γεωθερμικού δυναμικού καλύπτεται από το Ν.3175/2003 (ΦΕΚ 207/Α/ ) Αξιοποίηση του γεωθερμικού δυναμικού, τηλεθέρμανση και άλλες διατάξεις. Βάσει της Υ.Α. Δ9ΒΔ/Φ166/οικ18508/5552/207 (ΦΕΚ1595/ ) ορίζονται ακριβώς οι απαιτήσεις και διαδικασίες έκδοσης άδειας εγκατάστασης για την ίδια χρήση ενεργειακών συστημάτων θέρμανσης ή ψύξης μέσω της εκμετάλλευσης της γεωθερμίας. Σχετικά με τον καθορισμό των όρων και των διαδικασιών εκμίσθωσης του δικαιώματος του Δημοσίου για τη διαχείριση των γεωθερμικών πεδίων της χώρας, η Υ.Α. Δ9Β/Φ166/οικ8411/ΓΔΦΠ2373/117 (ΦΕΚ 635/Β/ ) καθορίζει το σχετικό πλαίσιο. Επίσης η κατηγοριοποίηση των γεωθερμικών πεδίων της χώρας βασίζεται στην Υ.Α Δ9Β/Δ/Φ166/12647/ΓΔΦΠ3557/193 (ΦΕΚ 1012/Β/ ) (ΤΕΕ, 2011). Ως προς τις διαδικασίες παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας, ισχύουν και οι διατάξεις του Ν. 2773/99 (απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, τη ρύθμιση θεμάτων ενεργειακής πολιτικής και λοιπές διατάξεις). 2.9 Διεθνείς έρευνες Μελέτη μιας ερευνητικής ομάδας του ΜΙΤ ασχολήθηκε διεξοδικά με τη χρήση της γεωθερμίας στο μέλλον και πραγματοποίησε πρόβλεψη για τα επίπεδα ενέργειας που θα 4 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -39-

40 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου μπορούσε να καλύψει. Βάσει δημοσιευμένων στοιχείων της έρευνας αυτής, η γεωθερμία έως το έτος 2050 θα μπορούσε να καλύπτει ποσοστό 10% των αναγκών των ΗΠΑ σε ηλεκτρική ενέργεια (Φαναριώτης, 2009). Σήμερα το κόστος της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τη γεωθερμία φτάνει τα 6-10 cents/ kwh, χωρίς κρατική επιχορήγηση. Η σημαντικότερη δαπάνη είναι αυτή των γεωτρήσεων και της κατασκευής των εργοστασίων πάνω από τις γεωτρήσεις. Η βελτίωση του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού είναι ένας βασικός παράγοντας που συντελεί στη μείωση της τιμής της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας (Φαναριώτης, 2009). Παγκοσμίως η εγκατεστημένη ισχύς της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από τη γεωθερμία φτάνει τα 8000 MW, από τα οποία τα 3000 MW προέρχονται από τις ΗΠΑ. Σχετικές μελέτες του ΜΙΤ υποστηρίζουν πως η παραγόμενη γεωθερμική ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε να αυξηθεί, εάν συγκεκριμένα οι πετρελαϊκές εταιρείες υποστήριζαν τη γεωθερμική βιομηχανία με τις γνώσεις τους σχετικά με τις νέες τεχνολογίες γεωτρήσεων, τη γεωλογία και την υδρολογία. Για να αναπτυχθεί περαιτέρω η σχετική τεχνολογία είναι απαραίτητη η λήψη πολιτικών μέτρων για εγγυήσεις δανείων, φορολογικές απαλλαγές και ελαφρύνσεις κ.α. (Φαναριώτης, 2009) Μεγάλα γεωθερμικά συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής Το μεγαλύτερο γεωθερμικό συγκρότημα ηλεκτροπαραγωγής στον κόσμο βρίσκεται στις ΗΠΑ, βόρεια του San Francisco στην περιοχή της Καλιφόρνιας (εικόνα 2.6). Φέρει την ονομασία The Geysers και αποτελεί ένα συγκρότημα με 22 συνολικά βιομηχανικές μονάδες (εικόνα 2.7) σε μια έκταση στρεμμάτων, οι οποίες συγκεντρώνουν γεωθερμική ενέργεια από συνολικά 350 σημεία. Η παραγωγική ικανότητα των The Geysers (1517 MW) αποτελεί το 50% της ολικής προερχόμενης εκ της γεωθερμίας των ΗΠΑ. Σήμερα εξ των 18 ενεργών μονάδων του συγκροτήματος, οι 15 ανήκουν στην εταιρεία Calpine Corporation. Αξίζει να σημειωθεί πως η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από τα εργοστάσια αυτά ισοδυναμεί με την ενέργεια που παράγει 1,5 μεγάλο συμβατικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -40-

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ Εικόνα 2.6 Χάρτης περιοχής δραστηριοποίησης των The Geysers 6 Εικόνα 2.7 Εγκαταστάσεις συγκροτήματος γεωθερμικών μονάδων The Geysers 7 Το δεύτερο μεγαλύτερο συγκρότημα γεωθερμίας στον κόσμο βρίσκεται επίσης στις ΗΠΑ. Έχει παραγωγική ικανότητα 570 ΜW και βρίσκεται στην περιοχή Salton Sea επί Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -41-

42 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ρήγματος του Αγίου Ανδρέα. Στο εν λόγω συγκρότημα βρίσκονται σε λειτουργία 15 συνολικά εργοστάσια, 10 εκ των οποίων διαχειρίζεται η εταιρεία Cal Energy Γεωθερμία στην γεωργία Μια τυπική ανοιχτή γεωθερμική γεώτρηση χαρακτηριζόμενη ως χαμηλής ενθαλπίας είναι ικανή να διαμορφώσει 6,5 MW θερμότητας και να καταστεί ικανή για θέρμανση περίπου 50 στρεμμάτων θερμοκηπίων. Γενικά τα θερμοκήπια απαιτούν υψηλή διαθεσιμότητα επαρκών ποσοτήτων νερού, έχουν υψηλές θερμικές ανάγκες, περιορισμένες απαιτήσεις ψύξης κυρίως την θερινή περίοδο και καθιστούν ιδανικά για τη λειτουργία τους τα ΓΑΘ ανοιχτού κυκλώματος (Καρύτσας, κ.α., ΚΑΠΕ). Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα θερμοκήπια της Νιγρίτας Σερρών, όπου για την παραγωγή τομάτας συνδυάζουν: 1) απευθείας θέρμανση απ το υπέδαφος 2) Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας 3) βιομάζα Πρόκειται για εγκατάσταση που αποτελείται από τμ θερμοκήπιο υαλοπινάκων και που διαμορφώνει ένα συνολικό κόστος επένδυσης 23 εκατ. ευρώ. Εκ του γεωθερμικού πεδίου χαμηλής ενθαλπίας της Νιγρίτας χρησιμοποιείται το θερμό νερό των γεωτρήσεων για το κύριο φορτίο βάσης. Σε περιόδους ιδιαίτερα υψηλής αιχμής χρησιμοποιείται παράλληλα και ένας καυστήρας βιομάζας. Το γεωθερμικό σύστημα θέρμανσης αποτελείται από ένα πρωτεύον και ένα δευτερεύον σύστημα. Το πρωτεύον ΓΣΘ περιλαμβάνει: παραγωγικές και ερευνητικές γεωτρήσεις, σύστημα διανομής θερμότητας, πλακοειδείς εναλλάκτες και γεωτρήσεις επανεισαγωγής. Το δευτερεύον σύστημα περιλαμβάνει ένα πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας (2,86 MW) και 4 ΓΑΘ 3,78 MW (Καρύτσας, κ.α., ΚΑΠΕ). Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -42-

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ 3.1 Κτίρια μηδενικής κατανάλωσης Βάσει της Οδηγίας 2010/31/ΕΕ Κτίρια με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας, ορίζονται τα κτίρια με πολύ υψηλή ενεργειακή απόδοση. Η σχεδόν μηδενική ή πολύ χαμηλή ποσότητα ενέργειας που απαιτείται, πρέπει να συνίσταται σε πολύ μεγάλο βαθμό σε ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές (Α.Π.Ε.), περιλαμβανομένης της παραγόμενης επιτόπου ή πλησίον του κτιρίου (Κολοκοτσά, 2010). Τα νέα αυτά ευρωπαϊκά δεδομένα τέθηκαν το 2009 όπου το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο και Συμβούλιο αποφάσισε ότι όλα τα νέα κτίρια μετά το 2020, θα πρέπει να είναι μηδενικής κατανάλωσης και ορισμένα μάλιστα εξ αυτών (τα νέα κτίρια δηλα δη που στεγάζουν δημόσιες αρχές ή είναι ιδιοκτησίας τους) θα πρέπει να είναι ήδη από το 2018 (Κολοκοτσά, 2010). 3.2 Βιοκλιματική αρχιτεκτονική και βιοκλιματικός σχεδιασμός Βιοκλιματικός σχεδιασμός ορίζεται ο σχεδιασμός που στοχεύει στην προστασία του περιβάλλοντος και των φυσικών πόρων. Πρόκειται για το σχεδιασμό κατασκευών (κτιρίων, εσωτερικών ή εξωτερικών χώρων) βάσει του μικροκλίματος της περιοχής που πρόκειται να ανεγερθούν και με αξιοποίηση όλων των δυνατών πηγών ενέργειας (ηλιακή, γεωθερμική κ.α.). Βασικός σκοπός του βιοκλιματικού σχεδιασμού είναι η εξασφάλιση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης. Ο βασικός κύκλος της βιοκλιματικής ή βίο-οικολογικής αρχιτεκτονικής παρουσιάζεται στην εικόνα 3.1. Πρόκειται ουσιαστικά για ειδικό σχεδιασμό που στοχεύει στα ακόλουθα: α. Την εξοικονόμηση ενέργειας μέσω της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) β. Τη μείωση του κόστους λειτουργίας γ. Την προστασία του περιβάλλοντος, λόγω του περιορισμού της χρήση συμβατικών πηγών ενέργειας και συνεπώς τη μείωση των εκλυόμενων ρύπων στην ατμόσφαιρα. δ. Τη βελτίωση του έσω-κλίματος των κτιρίων με τη διασφάλιση συνθηκών θερμικής και οπτικής άνεσης και σωστής ποιότητας αέρα. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -43-

44 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εικόνα 3.1 Κύκλος βίο-οικολογικής αρχιτεκτονικής. ( Επεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας σε υφιστάμενα κτίρια Η ενεργειακή βελτίωση ενός κτιρίου με γνώμονα το βιοκλιματικό σχεδιασμό περιλαμβάνει: μεγάλες επεμβάσεις (ανακατασκευές), μικρότερες επεμβάσεις χαμηλότερου κόστους ή και επεμβάσεις που αφορούν τη λειτουργία του. Συμπερασματικά τα οικοδομικά υλικά και οι μέθοδοι κατασκευής πρέπει: α) να μην προκαλούν σημαντική έκλυση CO2 β) να μην προκαλούν καταστροφή του όζοντος της ατμόσφαιρας γ) να μην απαιτούν σημαντική κατανάλωση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας δ) να είναι ανακυκλώσιμα ε) να είναι φιλικά στο περιβάλλον και τους χρήστες ζ) η αφαίρεσή τους από τη φύση να μην επηρεάζει το ευρύτερο φυσικό περιβάλλον Όσον αφορά το κόστος ενός βιοκλιματικού κτιρίου μπορεί να είναι αντίστοιχο ενός συμβατικού. Επιπλέον κόστος μπορεί να αφορά σε κατασκευή δευτερευόντων συστημάτων όπως θερμοκηπίων, σκιάστρων κ.α. Σύμφωνα με σχετική μελέτη της ΕΚΦΡΑΣΗ κατασκευαστικής ΕΠΕ, μια επιβάρυνση κόστους της τάξης του 7% συνεπάγεται απόσβεση σε περίπου 6-7 χρόνια. Συγκρίνοντας όμως τα κόστη λειτουργίας, το βιοκλιματικό κτίριο σημειώνει 30-50% χαμηλότερο κόστος έναντι του Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -44-

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ συμβατικού και αυτό μπορεί να γίνει εύκολα αντιληπτό από τα κόστη θέρμανσης και ηλεκτρικού Γεωθερμική εγκατάσταση σε κτίρια Στον κτιριακό κλάδο, η μέθοδος της γεωθερμίας μπορεί να εφαρμοστεί και να λειτουργήσει με επιτυχία βάσει κατάλληλης μελέτης και σχεδιασμού. Σήμερα, η πλειοψηφία των καταναλωτών αναζητά εναλλακτικές μεθόδους προς εξασφάλιση της απαραίτητης θέρμανσης και ψύξης μιας κατοικίας με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. Το γεωθερμικό σύστημα αποτελεί μια αξιόλογη λύση για θέρμανση και ψύξη μιας κατοικίας και εξασφάλιση ζεστού νερού χρήσης (ΖΝΧ). Οι στόχοι αυτοί μπορούν να επιτευχθούν μέσω: 1) της απορρόφησης της θερμότητας του υπεδάφους και ακολούθως της πρόσδοσης της στο εσωτερικό του κτιρίου => θέρμανση 2) της απόρριψης της θερμότητας από το κτίριο προς το υπέδαφος => ψύξη Βέβαια θα πρέπει να σημειωθεί πως στα κτίρια, η μέθοδος της γεωθερμίας πολύ συχνά εφαρμόζεται βάσει της εκμετάλλευσης των διακυμάνσεων θερμοκρασίας μεταξύ εξωτερικού περιβάλλοντος και εδάφους. Κύρια προϋπόθεση είναι η πραγματοποίηση γεώτρησης, καθώς και η τοποθέτηση σωληνώσεων και αντλητικών συστημάτων για τη μεταφορά και συναλλαγή θερμότητας βάσει κλειστού ή ανοιχτού κυκλώματος. Ένα γεωθερμικό σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη: 1) την αντλία θερμότητας 2) τον γεωθερμικό εναλλάκτη (γεωεναλλάκτης - κλειστό ή ανοιχτό κύκλωμα) 3) το εσωτερικό σύστημα διανομής της θερμότητας στο κτίριο (αεραγωγοί ή ενδοδαπέδια ή fan coil) 4) ζεστό νερό χρήσης 8 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -45-

46 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εικόνα 3.2 Μέρη γεωθερμικού συστήματος Με την εφαρμογή και λειτουργία γεωθερμικών συστημάτων σε ένα κτίριο επιτυγχάνεται 9 : 50-70% μείωση του κόστους στη θέρμανση 20-40% μείωση του κόστους στην ψύξη Επίσης βασικά χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών είναι: μη απαίτηση για δεξαμενή καυσίμου, καμινάδα ή καπνοδόχο απαίτηση για μια μόνο μονάδα με χαμηλό κόστος συντήρησης μη απαίτηση για συντήρηση των γεωεναλλακτών ασφαλής λειτουργία του συστήματος λειτουργία χωρίς θόρυβο, ακόμη και υπό ακραίες καιρικές συνθήκες φιλικά προς το περιβάλλον Θα πρέπει επίσης να επισημανθεί πως οι διαδικασίες σχετικά με την αδειοδότηση της εγκατάστασης και λειτουργίας των γεωθερμικών συστημάτων έχουν πλέον απλοποιηθεί σημαντικά. Παράλληλα το πρόγραμμα Εξοικονόμηση κατ οίκον διαθέτει επιδοτούμενες παρεμβάσεις στο πλαίσιο της εξοικονόμησης ενέργειας για την εγκατάσταση συστημάτων αβαθούς γεωθερμίας. 9 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -46-

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Εικόνα 3.3 Γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού σε κατοικία Η θέρμανση που επιτυγχάνεται με εκμετάλλευση της γεωθερμίας απευθύνεται κυρίως στις νεόδμητες κατασκευές. Όσον αφορά τις υφιστάμενες οικοδομές στην Ελλάδα, εξ αυτών μόνο το 10% περίπου είναι δυνατό να υιοθετήσει το εξεταζόμενο σύστημα, λόγω του ότι σε αυτό μόνο το ποσοστό χρησιμοποιείται ενδοδαπέδια θέρμανση ή fan coils, που το θέτουν ως προαπαιτούμενο. Για την ανάπτυξη ενός γεωθερμικού συστήματος απαραίτητος είναι βέβαια και ελεύθερος περιβάλλων χώρος στην οικοδομή για την εγκατάσταση των σωληνώσεων. Χαρακτηριστικά, για μια κατοικία 100 τμ. απαιτείται ελεύθερος περιβάλλων χώρος 200 τμ., ώστε να αναπτυχθούν οι σωληνώσεις σε βάθος τουλάχιστον 1,80 μ. Εφόσον υπάρχει δε υδροφόρος ορίζοντας, αυτός μπορεί να αξιοποιηθεί άριστα. Η κεντρική μονάδα (γεωθερμική αντλία θερμότητας) με τις μικρές διαστάσεις που έχει, τοποθετείται συνήθως σε κάποιο δευτερεύον ή αποθηκευτικό χώρο. Συνολικά το κόστος εγκατάστασης ενός συστήματος γεωθερμικού κλιματισμού για μια μέση κατοικία μπορεί να κυμανθεί περίπου στα Η εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται διαμορφώνει την απόσβεση της εγκατάστασης. Για μια κατοικία 90 τμ στην οποία και κατοικούν 4 άτομα, οι ανάγκες θέρμανσης κατά μέσο όρο- είναι άνω των 6kW συμπεριλαμβανομένου και του θερμού νερού χρήσης. Για μια τέτοια κατοικία είναι απαραίτητη μία αντλία θερμότητας ισχύος 8kW με κόστος 5500 ευρώ. Ο απαιτούμενος γεωεναλλάκτης της εγκατάστασης θα πρέπει να έχει μήκος 550 μέτρα περίπου. Το κόστος εκσακαφών καθώς και του σωλήνα υπολογίζονται περίπου στα 900 ευρώ. Επίσης το σύστημα διανομής, οι κυκλοφορητές και τα λοιπά συστήματα διαμορφώνουν ένα συνολικό κόστος περίπου ευρώ. Συνεπώς, το Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -47-

48 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου συνολικό κόστος της εγκατάστασης φτάνει περίπου τα ευρώ. Το συνολικό κόστος ενός συστήματος πετρελαίου είναι περίπου 7500 ευρώ και επίσης ετησίως ξοδεύονται λίτρα (τιμή του πετρελαίου θέρμανσης περίπου 0,90 λεπτά το λίτρο) Αντλίες θερμότητας Ο πυρήνας των γεωθερμικών συστημάτων είναι η γεωθερμική αντλία θερμότητας. Λειτουργικά δεν έχει μεγάλη διαφορά από τις μικρές κλιματιστικές συσκευές ή τα ηλεκτρικά ψυγεία, καθώς αποτελείται από: εξατμιστή, συμπιεστή, συμπυκνωτή και στοιχείο εκτόνωσης. Πρόκειται ουσιαστικά για συστήματα που μπορούν να μεταφέρουν θερμότητα από έναν ψυχρό χώρο σε έναν θερμό, δηλαδή από μια «θερμή δεξαμενή» σε μια «ψυχρή». Χαρακτηριστική όμως είναι η αντιστρέψιμη λειτουργία των αντλιών θερμότητας, δηλαδή η ικανότητα τους να παρέχουν όχι μόνο ψύξη αλλά και θέρμανσης (ΤΕΕ, 2011). Βάσει της Υπηρεσίας Προστασίας Περιβάλλοντος των Η.Π.Α. (U.S. Environmental Protection Agency, EPΑ), τα συστήματα των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας αποτελούν μια εξαιρετικά αποδοτική (ενεργειακά) και περιβαλλοντικά καθαρή λύση εκ του συνόλου των επιλογών θέρμανσης και ψύξης. Ο συντελεστής απόδοσης της Α.Θ. εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία της πηγής θερμότητας και η τιμή του δεν είναι σταθερή. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία της πηγής θερμότητας (στους 0-30 ο C) και πλησιάζει τη θερμοκρασία χρήσης, τόσο υψηλότερος είναι και ο COP (TEE, 2011) Γενικά σε μια αντλία θερμότητας διακρίνονται: ο συντελεστής COP που εκφράζει την απόδοση της αντλίας θερμότητας υπό ορισμένες θερμοκρασιακές συνθήκες περιβάλλοντος και λειτουργίας ο ετήσιος ή εποχιακός συντελεστής SCOP (SEER) που προκύπτει από το λόγο της παραγόμενης θερμικής ενέργειας από την αντλία θερμότητας προς την ενέργεια που κατανάλωσε ετησίως ή σε συγκεκριμένο διάστημα λειτουργία. H ετήσια παραγόμενη ενέργεια είναι επίσης κύριος συντελεστής της οικονομικής απόδοσης της αντλίας θερμότητας. Την ποσότητα αυτή επηρεάζουν το ενεργειακό δυναμικό της πηγής, καθώς και το ύψος και το είδος των θερμικών αναγκών του κτιρίου Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -48-

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας συνδυάζονται με το σύστημα θέρμανσης - κλιματισμού του κτιρίου χαμηλής θερμοκρασίας, είτε με ενδοδαπέδιο σύστημα, είτε με αερόθερμα (fan coil), είτε με παροχή αέρα με χρήση αεραγωγών κ.α. Επίσης μπορούν να παρέχουν ζεστό νερό χρήσης οποιαδήποτε στιγμή. Λόγω του ότι η θερμοκρασία του εδάφους σε λίγα μέτρα βάθους είναι σταθερή καθ όλη τη διάρκεια του έτους, τα προαναφερόμενα γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης-κλιματισμού καταναλώνουν περίπου 40-60% λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια συγκριτικά με τα κλιματιστικά, παρέχοντας έτσι αποδοτικότερη θέρμανση, κλιματισμό και ΖΝΧ στα κτίρια. Συγκεκριμένα, για 100 μονάδες ωφέλιμης θερμικής ενέργειας καταναλώνονται μόνο οι 25 μονάδες ηλεκτρικής ενέργειας και οι υπόλοιπες 75 λαμβάνονται από τη γη 11. Εικόνα 3.4 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας 3.5 Δίκτυα κλειστού και ανοιχτού κυκλώματος Δύο βασικές διατάξεις εκμετάλλευσης του εδάφους ως πηγή θερμότητας είναι τα κλειστά και ανοιχτά συστήματα. Τα κλειστά συστήματα (εικόνες 3.6 & 3.7) είναι γεωθερμικοί εναλλάκτες κλειστού κυκλώματος που στηρίζουν την συναλλαγή θερμότητας με το έδαφος. Ορίζονται από δίκτυα σωληνώσεων που βρίσκονται εντός του εδάφους όπου κυκλοφορεί διάλυμα νερού γλυκόζης. Στα κλειστά συστήματα οι γεωθερμικοί εναλλάκτες θερμότητας μπορεί να είναι οριζόντιοι ή κατακόρυφοι (ΤΕΕ, 2011) Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -49-

50 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εικόνα 3.5 Κατασκευή οριζόντιου γεωεναλλάκτη κλειστού κυκλώματος Στην εγκατάσταση με οριζόντιους γεωθερμικούς εναλλάκτες πραγματοποιείται συναλλαγή θερμότητας με το έδαφος μέσω σωλήνων σε οριζόντια διάταξη. Η τοποθέτηση τους μπορεί να γίνει είτε σε τάφρους είτε σε οριζόντια εκσκαφή, σε βάθος 1-5 μ.με πυκνότητα 0,5-1,0μ. ή σπείρες. Σημαντικό στοιχείο σε μια τέτοια εγκατάσταση είναι ο όγκος του αποθηκευμένου νερού εντός του εναλλάκτη (ΤΕΕ, 2011). Η επιλογή οριζόντιου εναλλάκτη ενδείκνυται σε κατασκευές με μεγάλο περιβάλλοντα χώρο και για μαλακά εδάφη. Ως προς την απόδοση του οριζόντιου εναλλάκτη, αυτή κατ ελάχιστο διαμορφώνεται στα 15 W/m μήκους ή τμ επιφάνειας για απόσταση οριζόντιων σωλήνων 1μ και βάθος επίσης 1μ. (ΤΕΕ, 2011). Οι κατακόρυφοι εναλλάκτες προτείνονται στην περίπτωση αδύνατης χρησιμοποίησης των οριζοντίων και σε κατασκευές με περιορισμένο περιβάλλοντα χώρο. Οι σωλήνες τοποθετούνται κατακόρυφα εντός γεωτρήσεων διαμέτρου 6-8 και βάθους 120μ. Ο αριθμός των γεωτρήσεων εξαρτάται από την ισχύ της εγκατάστασης. Η απόσταση των γεωεναλλακτών είναι ανάλογη των θερμικών χαρακτηριστικών του υπεδάφους και του καταμερισμού των φορτίων. Εκ των θερμικών χαρακτηριστικών σημαντικότερη είναι η θερμική διαχυτότητα (ΤΕΕ, 2011). Εικόνα 3.6 Κατακόρυφο και οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -50-

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Εικόνα 3.7 Κλειστό οριζόντιο και κωνικό σύστημα. Όσον αφορά τα δίκτυα ανοιχτού κυκλώματος, με αυτά επιτυγχάνεται η άντληση υπογείων υδάτων και η θερμική εκμετάλλευση τους μέσω της απόρριψης ή απορρόφησης θερμότητας. Το νερό μετά τη χρήση του επιστρέφει στο έδαφος. Πρόκειται για δίκτυα που προτείνονται για περιοχές με πλούσιο υδροφόρο ορίζοντα και που η κατώτερη στάθμη άντλησης από γεώτρηση δεν ξεπερνά τα 50μ. Η εγκατάσταση του είναι ευκολότερη από του κλειστού και οικονομικότερη. Αποτέλεσμα της χρήσης των γεωεναλλακτών σε κάθε περίπτωση είναι η μείωση των λειτουργικών εξόδων συνδυαστικά με την επίτευξη βέλτιστης δυνατής απόδοσης του συστήματος. Εικόνα 3.8 Σύστημα ανοιχτού κυκλώματος 3.6 Εσωτερικές μονάδες κτιρίων επιλογή συστήματος γεωθερμίας Η γεωθερμική εγκατάσταση στο εσωτερικό του κτιρίου περιλαμβάνει εσωτερικές μονάδες, οι οποίες μπορεί να είναι: ενδοδαπέδιο σύστημα, fan coils (μονάδες Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -51-

52 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου εξαναγκασμένης επανακυκλοφορίας αέρα) κ.α. Η αντικατάσταση ενός συμβατικού συστήματος θέρμανσης σε υφιστάμενο κτίριο είναι εύκολη διαδικασία όταν ένα από τα προαναφερόμενα συστήματα είναι ήδη εγκατεστημένο. Αυτό που πραγματοποιείται είναι κατάργηση της υπάρχουσας συμβατικής πηγής και τοποθέτηση μιας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας. Εικόνα 3.9 Ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης και ψύξης Συνήθης περίπτωση είναι ο συνδυασμός ενός υφιστάμενου συμβατικού λέβητα πετρελαίου με ένα γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού, αφού προηγουμένως πραγματοποιηθεί έλεγχος της δυνατής συνεργασίας. Αυτό που ενδείκνυται είναι τα δύο προαναφερόμενα συστήματα να είναι συνδεδεμένα παράλληλα, ώστε να καταλήγουν σε κολλεκτέρ μέσω χωριστών σωληνώσεων. Εφόσον τα σώματα είναι συνδεδεμένα σε σειρά, η απόδοση του γεωθερμικού συστήματος είναι χαμηλή και απαιτούνται εσωτερικές επεμβάσεις στο δίκτυο. Το σημαντικό μειονέκτημα της παράλληλης σύνδεσης και λειτουργίας είναι η παρουσίαση μιας αδράνειας και επακόλουθης καθυστέρησης της θέρμανσης του κτίσματος. Το μειονέκτημα αυτό μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση ορισμένων μονάδων fan coil units Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -52-

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Εικόνα 3.10 Μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα (fan coil units) Η λύση των υδρο-γεωτρήσεων είναι εφικτή εφόσον υπάρχει φυσικά υπόγειο νερό στην περιοχή και είναι δυνατός ο συνδυασμός του εσωτερικού δικτύου του κτιρίου με το σύστημα της γεωθερμίας (βάσει απαιτούμενης μελέτης). Εάν το νερό βρίσκεται σε μικρά βάθη, οι υδρο-γεωτρήσεις είναι μια αξιόλογη λύση. Εάν στην περιοχή δεν υπάρχει υπόγειο νερό είναι απαραίτητη η εφαρμογή κλειστού κυκλώματος βάσει του διαθέσιμου περιβάλλοντα χώρου- ώστε να επιτευχθεί τεχνητή ανακυκλοφορία νερού μέσω σωληνώσεων του υπεδάφους. Αξίζει να σημειωθεί πως τα γεωθερμικά συστήματα κλιματισμού παρουσιάζουν υψηλή απόδοση, ενώ ο λέβητας πετρελαίου αρκετά χαμηλό βαθμό απόδοσης λόγω της μεγάλης διαφοράς θερμοκρασίας που καλύπτει, καθώς το νερό ύδρευσης έχει θερμοκρασία ανάλογη του περιβάλλοντος. 3.7 Κτιριακά παραδείγματα Κτίριο Jason στην Λευκωσία Μικρή αλλά σημαντική μερίδα μελετητών, μηχανικών και κατασκευαστών έχει μέχρι σήμερα ασχοληθεί με την εγκατάσταση και λειτουργία γεωθερμικών συστημάτων σε κτίρια κατοικιών αλλά και δημόσια κτίρια. Ένα εκ των πράσινων κτιρίων της Κύπρου είναι το κτίριο Jason, που αποτελείται από χώρους γραφείων και ανεγέρθηκε από την εταιρεία Torfaco με χρησιμοποίηση πρωτοπόρων συστημάτων ενέργειας. Πρόκειται για ένα κτίριο δημόσιας χρήσης που εκμεταλλεύεται αξιόλογα τη γεωθερμική ενέργεια. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως πραγματοποιήθηκε πλήρης εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας προς θέρμανση και ψύξη των χώρων. Βάσει δημοσιευμένων στοιχείων του υπεργολάβου του έργου Σ. Αριστοδήμου, στην Κύπρο η θερμοκρασία κάτω των τριών μέτρων του υπεδάφους κυμαίνεται μεταξύ ο C. Ιδιαίτερα σε βάθη χαμηλότερα και των 100μ. η αύξηση της είναι ακόμη μεγαλύτερη. Αυτό που επιδιώχθηκε λοιπόν στο εν λόγω κτίριο είναι: το νερό που κατέρχεται στη γη και έχει θερμοκρασία 12 ο C κατά την επιστροφή του να φτάνει τους 17 ο C, λόγω του ότι η γη έχει μέση θερμοκρασία 20 ο C. Στο εν λόγω κτίριο το κόστος ενέργειας μειώθηκε κατά 50% Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -53-

54 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εικόνα 3.11 Πράσινο Κτίριο Jason στη Λευκωσία Βάσει της εξασφαλισμένης χορηγίας (από το ειδικό Ταμείο για ΑΠΕ) για το συγκεκριμένο έργο και της οικονομοτεχνικής μελέτης που εκπονήθηκε, η απόσβεση του κόστους κατασκευής του γεωθερμικού συστήματος θα επιτευχθεί σε 9 χρόνια και ακολούθως θα αρχίσει να γίνεται αντιληπτό το αναμενόμενο κέρδος. Δημοτικό Κολυμβητήριο Δήμου Ήλιδας Ένα ακόμη αξιόλογο παράδειγμα αποτελεί και το δημοτικό κολυμβητήριο του Δήμου Ήλιδας, η κατασκευή του οποίου βασίστηκε στην διαμόρφωση ενός ηλιογεωθερμικού συστήματος θέρμανσης δεξαμενών ΖΝΧ. Η σημαντικότητα του εν λόγω έργου αποδεικνύεται από τα αριθμητικά στοιχεία που παραθέτονται στον ακόλουθο πίνακα 3.1. (Καρύτσας, Χωροπανίτης, 2013). Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -54-

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Πίνακας 3.1 Δημοτικό Κολυμβητήριο Δ. Ήλιδας Εξοικονόμηση ενέργειας από χρήση ΓΑΘ 44,20% Ετήσια εξοικονόμηση ΤΙΠ 79,15 Κόστος λειτουργίας και συντήρησης ΓΑΘ (ετησίως) Κόστος λειτουργίας και συντήρησης Συμβατικού Συστήματος (ετησίως) Ετήσια εξοικονόμηση χρημάτων εκ της λειτουργίας της ΓΑΘ Ποσοστό εξοικονόμησης εκ του 83% λειτουργικού κόστους (Καρύτσας, Χωροπανίτης, 2013) Για την κατασκευή του εν λόγω συστήματος ΓΑΘ χρησιμοποιήθηκαν: 2 γεωτρήσεις κόστους , 2 ΓΑΘ ισχύος 800 kwth και κόστους , 1 πλακοειδής εναλλάκτης θερμότητας που κόστισε , καθώς και αντλίες- φίλτρασωληνώσεις και λοιπός εξοπλισμός κόστους Η μελέτη εφαρμογής και εγκατάστασης του εν λόγω συστήματος κόστισε και έτσι το συνολικό κόστος ανήλθε στις (Καρύτσας, Χωροπανίτης, 2013). Οι 2 ΓΑΘ που επιλέχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν ήταν των 400 kwth και διαμορφώθηκαν με σύνδεση σε σειρά. Ο θερμαινόμενος όγκος νερού συνολικά έφτασε τα m3 και σε θερμοκρασία 25 ο C (Καρύτσας, Χωροπανίτης, 2013). Δημοτικά κτίρια στο Δήμο Μήλου Στην περιοχή της Πλάκας στο Δήμο Μήλου σημαντικά δημόσια κτίρια λειτουργούν πλέον βάσει των γεωθερμικών συστημάτων. Τα κτίρια αυτά είναι: Δημαρχείο Κέντρο Υγείας Γυμνάσιο Λύκειο Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -55-

56 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Νηπιαγωγείο Το γεωθερμικό σύστημα στηρίζεται σε οριζόντιο κλειστό γεωεναλλάκτη συνολικής επιφανείας 8 στρεμ. και σωληνώσεις που είναι τοποθετημένες σε κανονική ή σπειροειδή οριζόντια διάταξη. Τα αριθμητικά δεδομένα που παρουσιάζονται στον πίνακα 3.2 αποδεικνύουν το δημιουργούμενο πλαίσιο εξοικονόμησης. Πίνακας 3.2 Δημοτικά κτίρια στο Δήμο Μήλου Εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας 44,67 % συγκριτικά με τα συμβατικά συστήματα Εξοικονόμηση ΤΙΠ 92,32 Κόστος λειτουργίας και συντήρησης ΓΑΘ (ετησίως) Κόστος λειτουργίας και συντήρησης Συμβατικού Συστήματος (ετησίως) Εξοικονόμηση από τη λειτουργία ετησίως Ποσοστό εξοικονόμησης εκ του 79,25 % λειτουργικού κόστους (Καρύτσας, Χωροπανίτης, 2013) Δημαρχείο Πυλαίας Θεσσαλονίκης Το σύστημα των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας χρησιμοποιήθηκε και λειτούργησε επιτυχώς και στο νέο κτίριο του Δημαρχείου της Πυλαίας στη Θεσσαλονίκη. Το εν λόγω σύστημα εγκαταστάθηκε με χρηματοδότηση του ΚΑΠΕ, ξεκίνησε να λειτουργεί το Σεπτέμβριο του 2002 και η παρακολούθηση του πραγματοποιείται μέσω συνεχών μετρήσεων από το Εργαστήριο Κατασκευής Συσκευών Διεργασιών του ΑΠΘ (Μιχόπουλος κ.α., 2011). Στο κτίριο αυτό στεγάζονται αποκλειστικά οι διοικητικές υπηρεσίες του Δήμου Πυλαίας. Είναι χτισμένο σε επικλινές οικόπεδο συνολικής έκτασης 900 τμ και έχει 2 υπόγειους ορόφους και 3 υπέργειους. Οι κύριοι χώροι του καταλαμβάνουν έκταση 1350 τμ και είναι γραφεία, αίθουσες συσκέψεων- εκδηλώσεων και χώροι κυκλοφορίας. Το σύνολο των κύριων χώρων του κτιρίου κλιματίζεται. Οι βοηθητικοί χώροι του κτιρίου έχουν έκταση 1070 τμ και σε αυτούς μελετήθηκε η τοποθέτηση εγκαταστάσεων αερισμού εξαερισμού (Μιχόπουλος κ.α., 2011). Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -56-

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ Ο κλιματισμός των χώρων του κτιρίου επιτυγχάνεται με τερματικές μονάδες ανεμιστήρα (Fan Coil Units). Συνολικά το κτίριο διαιρείται σε 4 θερμικές ζώνες γραφείων και χώρων κυκλοφορίας, με συγκεκριμένα λειτουργικά- θερμικά χαρακτηριστικά. Βάσει της μελέτης κατασκευάστηκαν 4 ανεξάρτητα κυκλώματα σωληνώσεων με Fan Coils (ένα για κάθε ζώνη), καθένα εκ των οποίων έχει συγκεκριμένες μονάδες κυκλοφορίας και η τροφοδότηση του γίνεται με θερμό ή ψυχρό νερό από αντλίες θερμότητας. Κάθε ένα εκ των τεσσάρων δικτύων είναι αυτόνομο. Προς παροχή νωπού αέρα στους χώρους γραφείων και κυκλοφορίας του κτιρίου η μελέτη περιλάμβανε εγκατάσταση 2 κεντρικών κλιματιστικών μονάδων (AHUs) και ακόμη μια κεντρική κλιματιστική μονάδα (ΑHU) προς κλιματισμό της κεντρικής αίθουσας εκδηλώσεων. Τα στοιχεία νερού του συνόλου των κλιματιστικών μονάδων συνδέθηκαν με τις αντλίες θερμότητας, η επιλογή των οποίων έγινε βάσει του φορτίου ψύξης. Κάθε συγκρότημα αντλιών θερμότητας περιλάμβανε μία ή δύο μονάδες. Κύριος στόχο ήταν η βελτίωση της απόδοσης και της λειτουργίας των συστημάτων σε μερικό φορτίο, χωρίς να είναι απαραίτητη η εγκατάσταση διατάξεων αδρανείας (buffer tanks). (Μιχόπουλος κ.α., 2011). Δημοτικά κτίρια στον Αϊ -Στράτη Η εφαρμογή της γεωθερμίας μελετήθηκε εκτενώς και στα δημοτικά κτίρια του νησιού του Άη Στράτη. Στα πλαίσια του έργου Πράσινο νησί- Αϊ Στράτης προτάθηκαν προς εφαρμογή τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας στον κτιριακό τομέα. Στόχος ήταν η διαμόρφωση ενός ανοιχτού κυκλώματος για άντληση νερού από παραγωγική γεώτρηση και ακολούθως μέσω ενός κεντρικού εναλλάκτη θερμότητας απόδοση θερμότητας στις ΓΑΘ των δημοτικών κτιρίων. Εφόσον χρησιμοποιηθεί η θερμότητα του νερού, αυτό εν συνεχεία επανεισάγεται στο έδαφος στη γεώτρηση επανεισαγωγής (Σταματάκης, 2012). Εκτός της ΓΑΘ το σύστημα θέρμανσης, ψύξης και ΖΝΧ περιλαμβάνει: 1) ηλιακούς συλλέκτες 2) αποθήκευση ενέργειας στο υπέδαφος (UTES) 3) δεξαμενή ζεολίθων προς αποθήκευση ενέργειας 4) δεξαμενή αποθήκευσης του ζεστού νερού Στον ακόλουθο πίνακα 3.3 παρουσιάζονται αριθμητικά δεδομένα που αποδεικνύουν το επίπεδο της εξοικονόμησης ενέργειας. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -57-

58 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Πίνακας 3.3 Ετήσια εξοικονόμηση στα δημοτικά κτίρια του Αϊ Στράτη Δημαρχείο- ΚΕΠ- ΕΛΤΑ Σχολείο Εξοικονόμηση 53,14% 47,88% πρωτογενούς ενέργειας συγκριτικά με τα συμβατικά συστήματα Εξοικονόμηση ΤΙΠ 9,93 ΤΙΠ 3 ΤΙΠ Ετήσιο κόστος λειτουργίας & συντήρησης ΓΑΘ Ετήσια εξοικονόμηση από τη λειτουργία Κτίριο της ΔΕΥΑ Λαμίας Η περιοχή της Φθιώτιδας είναι εκ των πρώτων Νομών της χώρας που εκδήλωσε το έντονο ενδιαφέρον της για την χρήση της γεωθερμίας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το νέο κτίριο της ΔΕΥΑ που αξιοποιεί φυσικές πηγές ενέργειας όπως την αβαθή γεωθερμία και τον ήλιο. Πρόκειται για κτίριο που καλύπτει τμ και παρουσιάζει απόλυτη ενεργειακή αυτονομία. Η επιφάνεια εκ του οικοπέδου που αξιοποιήθηκε ήταν τα τμ προς κατασκευή του οριζόντιου γεωθερμικού εναλλάκτη και σε βάθος 1,5 μ. περίπου από τον διαμορφωμένο περιβάλλοντα χώρο. Συνολικά το σύστημα βασίζεται στην εκμετάλλευση του υφιστάμενου θερμικού πεδίου του υπεδάφους και αποτελείται από 2 αντλίες θερμότητας. Το μήκος του γεωθερμικού εναλλάκτη φτάνει τα 16km και η παραγωγή ανέρχεται στα 145 MWh ψύξης και 195 MWh θέρμανσης καθ έτος. Η αναμενόμενη εξοικονόμηση αναμένεται να φτάσει τους 25 τόνους πετρελαίου, με ταυτόχρονη μείωση του CO2 κατά 28t ετησίως. Σημαντικός είναι επίσης και ο συνδυασμός του γεωθερμικού συστήματος με κεντρικό ηλιακό σύστημα τοποθετημένου επί της οροφής του κτιρίου. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -58-

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ- ΑΡΙΣΤΗΝΟ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ 4.1 Γενικά στοιχεία Βάσει του Προγράμματος Καλλικράτης (Ν. 3852/2010), η Αλεξανδρούπολη είναι Δήμος της Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης και ανήκει στην Π.Ε. Έβρου. Ο Δήμος Αλεξανδρούπολης αποτελείται από 3 Δημοτικές Ενότητες (Δ.Ε.): 1) Αλεξανδρούπολης 2) Τραϊανούπολης 3) Φερών Η έκταση του νέου πλέον Δήμου είναι km2. Βάσει της πρόσφατης απογραφής του 2011, ο πληθυσμός της Π.Ε. Έβρου παρουσιάζεται αναλυτικά στον ακόλουθο πίνακα 4.1, απ όπου αποδεικνύεται πως το μεγαλύτερο ποσοστό του πληθυσμού συγκεντρώνεται στο Δήμο Αλεξανδρούπολης. Πίνακας 4.1 Μόνιμος πληθυσμός βάσει απογραφής Περιγραφή Μόνιμος πληθυσμός Πυκνότητα μόνιμου πληθυσμού ανά τετρ. χλμ Σύνολο χώρας ,96 Περιφέρεια Α. Μακεδονίας ,96 και Θράκης Π.Ε. Έβρου ,88 Δ. Αλεξανδρούπολης ,95 Δ. Διδυμότειχου ,48 Δ. Ορεστιάδας ,45 Δ. Σαμοθράκης ,06 Δ. Σουφλίου ,27 ( _SAM01_DT_DC_00_2011_02_F_GR.pdf) Ο οικισμός Αρίστηνο βρίσκεται 11 χλμ έξω από την Αλεξανδρούπολη και αποτελείται από μια απέραντη πεδιάδα που εκτείνεται ως το Θρακικό Πέλαγος και τον υδροβιότοπο Δράνα και Λακκί. Ανήκει στην Δ.Ε. Τραϊανούπολης, στην Τοπική Κοινότητα Άνθειας και το υψόμετρο του οικισμού είναι 21μ από την επιφάνεια της θάλασσας. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -59-

60 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Εικόνα 4.1 Τοπογραφικός χάρτης Δήμου Αλεξανδρούπολης Εικόνα 4.2 Δήμοι Π.Ε. Έβρου Στην περιοχή της Άνθειας στεγάζονται σήμερα πολλές υπηρεσίες του Δήμου Αλεξανδρούπολης. Επίσης το διεθνές αεροδρόμιο Αλεξανδρούπολης Δημόκριτος Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -60-

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ βρίσκεται 6km ΝΔ της βασικής γεωθερμικής ζώνης της περιοχής (στοιχεία της οποίας παραθέτονται σε επόμενη ενότητα). Εικόνα 4.3 Αριστήνο Αλεξανδρούπολης (Λήψη Google Earth) 4.2 Γεωλογία περιοχής Η ευρύτερη περιοχή του Αρίστηνου καθώς και των Λουτρών της Τραϊανούπολης (Σχήμα 3. Παραρτήματος) είναι τμήμα του ιζηματογενούς χώρου του Δέλτα του Έβρου. Συνολικά η Λεκάνη του Έβρου καλύπτει επιφάνεια 700 km2 στο νότιο τμήμα της Ροδόπης. Εκτός των πετρωμάτων της Ροδοπικής Μάζας με κυριότερα τους γνεύσιους και τους αμφιβολίτες, η εξεταζόμενη περιοχή περιβάλλεται και από πετρώματα της Περιροδοποικής ζώνης. Δυτικά κυριαρχεί κυρίως το φυλλιτικό υπόβαθρο, από αργιλικούς σερικιτικούς σχιστόλιθους Ιουρασικής Κρητιδικής ηλικίας. Βόρεια επικρατούν επίσης τα προαναφερόμενα πετρώματα μαζί με μάργες, χαλαζίτες αλλά και ανθρακικά πετρώματα. Δολερίτες και σπηλίτες εξαπλώνονται επίσης αξιόλογα και αποτελούν τα κράσπεδα της Τριτογενούς λεκάνης. Το νότιο τμήμα της περιοχής ως το θαλάσσιο χώρο χαρακτηρίζεται από ιζηματογενή πετρώματα σε συνδυασμό με Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -61-

62 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου παλαιότερα Παλαιογενή και ενδιάμεσες παρεμβολές από μαγματικές δομές (Κολιός, 2001). Το ΜΕΣΟ ΗΩΚΑΙΝΟ χαρακτηρίζεται από μια κλαστική σειρά ιζημάτων απόλυτα σύμφωνη με τα πετρώματα του υποβάθρου, που αποτελείται από λατυπό-κροκαλοπαγή, ψαμμίτες και ασβεστοψαμμιτικές έως μαργαικές στρώσεις που ορίζουν ένα συνολικό πάχος άνω των 200μ και νότια κλίση στρωμάτων (Κολιός, 2011). Το Άνω ΗΩΚΑΙΝΟ χαρακτηρίζεται από ηφαιστειακές δομές ανδεσιτικής σύστασης, ρεύματα λάβας, τόφφους, τοφφίτες και γενικά ηφαιστειακά λατυποπαγή με έντονη εξαλλοίωση (Κολιός, 2011). Ακολούθως την περίοδο του ΟΛΙΓΟΚΑΙΝΟΥ υπήρξε μια ισορροπία στις συνθήκες της περιοχής, με την ιζηματογένεση να χαρακτηρίζεται κυρίως από απόθεση μαργών σε λεπτοπλακώδεις ψαμμίτες. Στο ΝΕΟΓΕΝΕΣ αναπτύχθηκαν κυρίως ιζήματα Μειοκαινικής ηλικίας από πορώδεις ασβεστόλιθους. Χαρακτηριστική είναι η δημιουργία εναλλαγών άμμων, αμμούχων και λεπτοστρωματωδών αργίλων και ψαμμιτών. Αναβαθμίδες από ερυθρές και αργιλούχες άμμους, χαλίκια και κροκάλες χαρακτηρίζουν το ΠΛΕΙΟΚΑΙΝΟ. Πλέον στη σημερινή εποχή, το πεδινό τμήμα της περιοχής αποτελείται από χειμάρρειες, δελταϊκές και παράκτιες αποθέσεις, πλευρικά κορήματα και αποσαθρώματα ηφαιστιτών. Η τεκτονική κρίνεται έντονη και τα κύρια ρήγματα είναι διεύθυνσης Β160 και Β070. Οι ιζηματογενείς σειρές αναπτύσσονται στον άξονα Β-Ν με βασική νότια κλίση. Ιδιαίτερα στην περιοχή δυτικά της Τραϊανούπολης υπάρχει κύρια εξαλλοίωση της προπυλιτικής και σερικιτικής φάσης. Επίσης στο τμήμα των θερμών πηγών των Λουτρών της Τραϊανούπολης εντοπίζονται έντονα τεκτονικά επεισόδια (Κολιός, 2011) Γεωθερμικό ενδιαφέρον Το γεωλογικό υπόβαθρο της εξεταζόμενης περιοχής, η υφιστάμενη στρωματογραφική κατάσταση και οι επιφανειακές εκδηλώσεις θερμότητας των θερμών Πηγών της Τραϊανούπολης αποδεικνύουν το γεωθερμικό ενδιαφέρον της περιοχής μελέτης. Το γεωθερμικό αυτό ενδιαφέρον σχετίζεται με (Κολιός, 2011): Τη δομή της στρωματογραφίας από βορά προς νότο μέχρι τις ακτές Την τεκτονικότητα της περιοχής που ορίζεται από τα ενεργά ρήγματα Β160 και Β070 Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -62-

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τη μεταφορά ισόθερμων καμπυλών στην επιφάνεια Την εναλλαγή ηφαιστιτών και πυροκλαστικών δομών Την όξινη ρυολιθική ηφαιστειότητα που οδηγεί σε παραγωγή ποικίλων ηφαιστειακών μαζών Στο πλαίσιο αξιοποίησης του θερμικού δυναμικού της περιοχής, πολλοί τοπικοί φορείς, η τοπική αυτοδιοίκηση, καθώς και ιδιώτες μελετητές και επενδυτές ασχολήθηκαν διεξοδικά με τη μελέτη και έρευνα των θερμικών ζωνών της περιοχής. 4.3 Γεωθερμικό πεδίο περιοχής Βάσει της Απόφασης υπ αριθ. Δ9Β/Φ166/12647/ΓΔΦΠ3557/193 που δημοσιεύθηκε στην Εφημερίδα της Κυβερνήσεως στις 19 Ιουλίου 2005, σχετικά με τον χαρακτηρισμό και την υπαγωγή σε κατηγορίες των Γεωθερμικών Πεδίων της χώρας, υπάρχει συγκεκριμένη αναφορά για βεβαιωμένο Γεωθερμικό Πεδίο χαμηλής Θερμοκρασίας στην περιοχή του Αρίστηνου Αλεξανδρούπολης (Σχήμα 2. Παραρτήματος). Το γεωθερμικό αυτό πεδίο ορίζεται από τις συντεταγμένες των σημείων που παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα 4.2. Πίνακας 4.2 Γεωθερμικό Πεδίο χαμηλής Θερμοκρασίας Αρίστηνου Αλεξανδρούπολης Κορυφές πολυγώνου Ορθογώνιες συντεταγμένες (ΕΓΣΑ 87) Αζιμουθιακές συντεταγμένες (προβολή ΗΑΤΤ) Χ Υ Χ Υ Ε , , , ,099 Ζ , , , ,815 Η , , , ,005 Θ , , , ,549 Φ.Χ. ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗ ΚΛ. 1: (Απόφαση υπ αριθ. Δ9Β/Φ166/12647/ΓΔΦΠ3557/193) Πρόκειται για γεωθερμικό πεδίο που χωροθετείται σε έκταση 10 km2. Οι εντοπιζόμενοι γεωθερμικοί ταμιευτήρες βρέθηκαν σε βάθη μεταξύ μ., με γεωθερμικά ρευστά θερμοκρασίας ο C. o Χημική σύσταση: (Ca) Na Cl (SO4), T.D.S. με 10 gr/lt, υψηλό ενεργειακό φορτίο Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -63-

64 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Αναπτύσσεται κυρίως στα δυτικά τμήματα του ιζηματογενούς χώρου της Τριτογενούς Λεκάνης του Έβρου και χαρακτηρίζεται από ενεργά περιθώρια έντονης τεκτονικής και παράλληλα ανάπτυξη Τριτογενούς ηφαιστειότητας ασβεσταλκαλικού τύπου. Αξιόλογες είναι και οι εκχύσεις εξελιγμένων μαγματικών μαζών. Ο αριθμός των παραγωγικών γεωτρήσεων που έχουν εντοπιστεί προς αξιοποίηση είναι 3 και θεωρείται πως μπορούν να έχουν αξιόλογη συμβολή με προσφορά ενέργειας μεγαλύτερη από 20 MWt (ΙΓΜΕ, 2003). Σύμφωνα με δημοσιευμένα στοιχεία του ΙΓΜΕ (του έτους 2003), σχετικά με την αξιολόγηση της υφιστάμενης κατάστασης του γεωθερμικού πεδίου της εξεταζόμενης περιοχής και την υποβολή προτάσεων αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας του, σημαντικά σημεία ορίζονται τα ακόλουθα (ΙΓΜΕ, 2003): Γεωθερμικό πεδίο με σημαντικές ενεργειακές γεωθερμικές δυνατότητες Δυνατότητες εντοπισμού υψηλών θερμοκρασιών σε μεγάλα βάθη Καλή ποιότητα ρευστών χωρίς περιβαλλοντικά/ μηχανικά προβλήματα Αξιοποίηση του εντοπιζόμενου θερμικού φορτίου σε κτίρια, βιομηχανίες, γεωργία, ιχθυοκαλλιέργεια, εγκαταστάσεις αεροδρομίου περιοχής Αντιμετώπιση γεωθερμικού πεδίου ως ενιαίου θέρμο-υδραυλικού συστήματος Ηλεκτροπαραγωγή μέσω κύκλου RANKINE Οι προτάσεις που έχει θέσει ο ΙΓΜΕ στο πλαίσιο της διαχείρισης και αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας του Γ.Π. Αριστήνου Αλεξανδρούπολης είναι (ΙΓΜΕ, 2003): 1) δοκιμές παραγωγής υπό δύο υφιστάμενων γεωτρήσεων υλοποιημένων βάσει του Β ΚΠΣ και υπό ένταξη στο δίκτυο αξιοποίησης 2) κατασκευή 3 γεωτρήσεων στον ταμιευτήρα, με χρησιμοποίηση της καταλληλότερης ως γεώτρησης επαναεισαγωγής 3) καθορισμός κρίσιμων παραμέτρων εκμετάλλευσης 4) Μ.Π.Ε. των φυσικό-χημικών χαρακτηριστικών και του χημισμού των ρευστών, εξεύρεση λύσεων για προβλήματα διαβρώσεων, καθαλατώσεων κ.α. 5) μελέτη μηχανικής του ταμιευτήρα, προσδιορισμός ιδανικού καθεστώτος εκμετάλλευσης 6) σχεδίαση συστήματος διαρκούς παρακολούθησης παραμέτρων 7) μελέτη σκοπιμότητας βιωσιμότητας Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -64-

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 4.4 Στοιχεία ερευνών Σύμφωνα με γεωθερμικές έρευνες στην περιοχή μελέτης που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα, οι ισόθερμες καμπύλες που διαμορφώνονται δημιουργούν συνθήκες υψηλής γεωθερμικής βαθμίδος, ιδιαίτερα εκεί όπου το γεωλογικό υπόβαθρο προκύπτει ανερχόμενο. Σε συγκεκριμένα στρωματογραφικά τμήματα, η έντονη τεκτονική ορίζει εντονότερο το φαινόμενο της υψηλής γεωθερμικής βαθμίδας. Στο σύνολο του τμήματος των ιζημάτων, αποθήκες υψηλού ενεργού πορώδους εντοπίζονται (Κολιός, 2011): α) στην κύρια κλαστική σειρά από ψαμμίτες και κροκαλοπαγή β) στο Νουμουλιτοφόρο ασβεστόλιθο γ) στις μη εξαλλοιωμένες ηφαιστειακές δομές: υαλώδεις πυροκλαστίτες, ιγνιμβρίτες κ.α. δ) στις ασβεστοψαμμιτικές δομές της Νίψας ε) στους ρυολιθικούς σχηματισμούς ζ) στις επικλυσιγενείς σειρές των Μειοκαινικών σχηματισμών Το Τμήμα Γεωθερμικής Έρευνας του ΙΓΜΕ πραγματοποίησε συγκεκριμένη γεωθερμική έρευνα στην περιοχή του Αρίστηνου Άνθειας του Ν. Έβρου, βάσει του Έργου: υπό τον Δρ. Ν. Κολιό και διαμόρφωσε ένα προτεινόμενο γεωτρητικό πρόγραμμα (Σχήμα 4. Παραρτήματος). Γεώτρηση ΑΑ-1 Τοποθετήθηκε ΒΑ του Αρίστηνου και νότια ήδη υφιστάμενων γεωτρήσεων. Το βάθος της εν λόγω γεώτρησης έφθασε τα 465μ. και σωληνώθηκε με σωλήνες 4 και 2. Κατά τη δειγματοληψία δείγματος νερού, αυτό προέκυψε υψηλής αγωγιμότητας Ms/ cm και θερμοκρασίας άνω των 72,3 ο C. H μέση γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 16 ο C/ 100μ. Γεώτρηση ΑΑ-1Π Πρόκειται για γεώτρηση που κατασκευάστηκε το έτος με χρήση γεωτρύπανου του ΙΓΜΕ ΤΟΝΕ 300, έφτασε το βάθος των 216μ. και σωληνώθηκε με σωλήνες 8. Το νερό που εντοπίσθηκε ήταν υψηλής αγωγιμότητας, με υψηλή περιεκτικότητα ιόντων Na, Cl και κατάταξη στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4). H μέση γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 18,5 ο C/ 100μ. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -65-

66 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Γεώτρηση ΑΑ-2 Πρόκειται για γεώτρηση που έφτασε τα 410μ. βάθος και σωληνώθηκε με σωλήνες 2. Η θερμομέτρηση πραγματοποιήθηκε έως τα 375μ. όπου και καταγράφηκε θερμοκρασία 30,5 ο C. H μέση γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 4,5 ο C/ 100μ.Το δείγμα νερού που οδηγήθηκε προς ανάλυση είχε υψηλή αγωγιμότητα, ανήκει στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4) με σημαντικό HCO3. Γεώτρηση ΑΑ-3 H γεώτρηση αυτή κατασκευάστηκε το διάστημα και τοποθετήθηκε ΒΔ της περιοχής μελέτης με στόχο τις ιγνιμβριτικές δομές της πρώτης γεώτρησης. Έφτασε τα 450μ βάθος και σωληνώθηκε έως τα 354μ με σωλήνες 4 και 2. Διάτρησε αργιλικούς σχηματισμούς, ποταμοχειμμάριες αποθέσεις, αργιλοψαμμιτικούς σχηματισμούς και εξαλοιωμένους ηφαιστίτες. H γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 21 ο C / 100μ. και η θερμομέτρηση έγινε στα 354μ. καταγράφοντας θερμοκρασία 86,8 ο C. Το νερό που εντοπίσθηκε ήταν υψηλής αγωγιμότητας, με μεγάλη συγκέντρωση ιόντων Na, Cl και κατάταξη στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4). Γεώτρηση ΑΑ-3Π Πρόκειται για γεώτρηση που έφτασε τα 360μ. βάθος και σωληνώθηκε με σωλήνες 10 3/4 στα 198μ. αυτής. Σε βάθος μ. σωληνώθηκε με σωλήνες 6 5/8 Μέσω του Air lift πραγματοποιήθηκε η περιγραφή της εν λόγω γεώτρησης που ξεπέρασε τα 150 m3/h θερμού ρευστού στους 89 ο C. H γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 21 ο C/ 100μ. Δείγματα θερμού ρευστού που αναλύθηκαν κατέταξαν το νερό ως υψηλής αγωγιμότητας και στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4). Γεώτρηση ΑΑ-4 H γεώτρηση αυτή τοποθετήθηκε νότια της περιοχής μελέτης και έφτασε τα 415 μ. βάθος. Συνάντησε σε βάθος 360μ. ιγνιμβριτικούς σχηματισμούς με υψηλή υδροφορία μεταξύ μ. Η θερμομέτρηση κατέγραψε 60,1 ο C σε βάθος 370μ. H μέση γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 12,5 ο C/ 100μ. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -66-

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Γεώτρηση ΑΑ-4Π Κατασκευάστηκε το διάστημα και χρησιμοποιήθηκε η τεχνική σωλήνωσης της τηλεσκοπικής γεώτρησης με σωλήνες 8 5/8 στα 204μ. και σωλήνες των 4 και 6 έως τα 440μ. Τα δείγματα νερού που ελήφθησαν άνηκαν στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4). H Μ.Γ.Β. που διαμορφώθηκε έφτασε τους 11,5 ο C/ 100μ. Γεώτρηση ΑΑ-5Π Πρόκειται για γεώτρηση που κατασκευάστηκε το έτος με χρήση γεωτρύπανου του ΙΓΜΕ ΤΟΝΕ 300, έφτασε το βάθος των 415μ. και σωληνώθηκε με σωλήνες 103/4 μέχρι τα 180μ. και 6 5/8 ως τα 415μ. Το νερό που εντοπίσθηκε ήταν υψηλής αγωγιμότητας, με υψηλή περιεκτικότητα Κ και SO4 και κατάταξη στην κατηγορία (Ca) Na Cl (SO4). H μέση γεωθερμική βαθμίδα που διαμορφώθηκε έφτασε τους 4,5 ο C/ 100μ. Προγενέστερες γεωτρητικές έρευνες πραγματοποιήθηκαν τη χρονική περίοδο και βασίστηκαν σε γεωτρήσεις με το χαρακτηρισμό ΕΒ και ΚΟ. Από μελέτη των θερμών ρευστών των γεωτρήσεων των ερευνών αυτών (Σχήμα 4. Παραρτήματος), προέκυψε πως τα διαλύματα είναι πολύ φορτισμένα, εντάσσονται στην κατηγορία Na-Cl και παρουσιάζουν υψηλή περιεκτικότητα σε ιόντα Ca και SO4. Βάσει του γεωθερμομέτρου προκύπτουν οι θερμοκρασίες που παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα 4.3. Πίνακας 4.3 Θερμοκρασίες στην περιοχή μελέτης βάσει του γεωθερμομέτρου o C EB1 EB3 KO1 KO-1 EB3-1 EB3-2 TR SiO Na/K K/Mg Na/K/Ca Li/Mg Na/Li (Κολιός, 2011) Γεώτρηση ΚΟ-1Π Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -67-

68 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Πρόκειται για την πρώτη γεωθερμική γεώτρηση που έγινε το υπό την καθοδήγηση του Γεωλόγου Δρ. Ζ. Αγγελίδη για λογαριασμό των Αλεξάκη και Κονδύλη που προχώρησαν πρώτοι στην εκμίσθωση του γεωθερμικού χώρου της περιοχής. Η εν λόγω γεώτρηση κατασκευάστηκε σε 117μ. βάθος και πραγματοποιήθηκε δοκιμαστική άντληση 48 ωρών για λογαριασμό της Δημοσυνεταιριστικής Εταιρείας ΕΒΡΟΣ Α.Ε. Η θερμοκρασία των γεωθερμικών ρευστών έφτασε του 82 ο C (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012) Ανάλυση παραγωγικών γεωτρήσεων Εκ του συνόλου των παραγωγικών γεωτρήσεων, για τις γεωτρήσεις ΑΑ1-Π, ΑΑ3- Π και ΕΒ3-Π μπορούν να παρατεθούν (με ασφάλεια) στοιχεία ως προς τα προϊόντα, παραπροϊόντα και υποπροϊόντα τους. Συγκεκριμένα οι γεωτρήσεις ΑΑ1-Π και ΕΒ3-Π έχουν αντληθεί συστηματικά και δεν ενδείκνυται να ενταχθούν στην πρώτη φάση αξιοποίησης. Αυτό αιτιολογείται λόγω του μεγάλου κόστους άντλησης για την ΕΒ3-Π και της περιορισμένης παροχής για την ΑΑ1-Π (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012). Στον ακόλουθο πίνακα 4.4 παραθέτονται αναλυτικά στοιχεία για τις προαναφερόμενες παραγωγικές γεωτρήσεις. Πίνακας 4.4 Προϊόντα, παραπροϊόντα & υποπροϊόντα παραγωγικών γεωτρήσεων Παραγωγική γεώτρηση ΕΒ3-Π Παραγωγική γεώτρηση ΑΑ1-Π Παραγωγική γεώτρηση ΑΑ3-Π Προϊόν Γεωθερμικό ρευστό 90 o C Παροχή δοκιμής άντλησης: 40m 3 /h Γεωθερμικό ρευστό 52 o C Παροχή δοκιμής άντλησης: 15m 3 /h Γεωθερμικό ρευστό 88 o C Παροχή εκτίμησης από air lift: 150m 3 /h Παραπροϊόν Κανένα Κανένα Κανένα Υποπροϊόν Το ίδιο γεωθερμικό ρευστό μικρότερης θερμοκρασίας Το ίδιο γεωθερμικό ρευστό μικρότερης θερμοκρασίας Το ίδιο γεωθερμικό ρευστό μικρότερης θερμοκρασίας (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012) Με αρχική τιμή θερμοκρασίας του γεωθερμικού ρευστού των γεωτρήσεων τους 88 ο C και θεωρώντας προς επίτευξη μια θερμοκρασιακή εκμετάλλευση των 52 Κ, η θερμική ισχύς υπολογίζεται ως εξής: Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -68-

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ P = m x Cp x ΔΤ = 8965 KW Βάσει της υπολογιζόμενης ισχύς των 8965 KW αλλά και της θερμοκρασίας του ρευστού, πραγματοποιείται ο υπολογισμός των δυνατών χρήσεων Αποτελέσματα ερευνών Η γεωθερμική έρευνα στην περιοχή του Αρίστηνου του Δ. Αλεξανδρούπολης κατέδειξε ένα τμήμα σημαντικού γεωθερμικού ενδιαφέροντος σε έκταση 20km2. Ο χώρος αυτός βρίσκεται στο δυτικό τμήμα του Λουτρών Τραϊανούπολης και συγκεκριμένα στην πεδινή και λοφώδη έκταση μεταξύ Άνθειας, Αρίστηνου και Αετοχωρίου. Στο εν λόγω τμήμα εντοπίζεται γεωθερμικός ταμιευτήρας με βασική χημική σύσταση Na-Cl και θερμοκρασίες άνω των 86 ο C. ΒΑ του Αρίστηνου και ως την περιοχή των Λουτρών αναπτύσσεται επίσης αξιόλογο υδραυλικό σύστημα στους 50 ο C. Νότια και σε βάθη μεγαλύτερα των 350μ. αναπτύσσονται γεωθερμικοί ταμιευτήρες στους 32 ο C (Κολιός, 2011). Σύμφωνα με τα γεωχημικά γεωθερμόμετρα, οι θερμοκρασίες των 140 ο C είναι πιθανό να ανήκουν στο αρχικό γεωθερμικό ρευστό, που εντοπίζεται σε βάθος άνω των 600μ. Γενικά τα γεωθερμικά ρευστά της περιοχής παρουσιάζουν μέσες θερμοκρασίες ο C, είναι υψηλής αγωγιμότητας και υψηλού ενεργειακού φορτίου. Τα εν λόγω ρευστά παρουσιάζουν σημαντικές τάσεις απόθεσης CaCO3 και ισχυρές διαβρωτικές τάσεις. Συγκεκριμένα, η γεώτρηση ΑΑ-3Π έχει ενεργειακό φορτίο με ισχύ της τάξης των 10MW που αντιστοιχεί σε εξοικονόμηση 7000 ΤΙΠ. Η γεώτρηση αυτή θα μπορούσε να θερμάνει 50 στρεμ. θερμοκηπίων. Βάσει των στοιχείων που καταδεικνύουν οι έρευνες, θέτονται ορισμένες βασικές απαιτήσεις στο πλαίσιο της ορθής διαχείρισης και εκμετάλλευσης του ενεργειακού φορτίου. Οι απαιτήσεις αυτές είναι (Κολιός, 2011): 1) Μελέτη επενδυτικού εγχειρήματος και επιλογή του απαραίτητου εξοπλισμού βάσει της θερμοδυναμικής και χημικής συμπεριφοράς των ρευστών. 2) Προσδιορισμός των υδραυλικών και θερμοδυναμικών παραμέτρων των γεωτρήσεων βάσει μακροχρόνιων δοκιμών. 3) Οργάνωση ενός κατάλληλου μοντέλου Management στο πλαίσιο της ορθολογικής διαχείρισης του Γ.Π. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -69-

70 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 4) Επέκταση των γεωθερμικών ερευνών και καθορισμός συγκεκριμένων γεωθερμικών στόχων 5) Σύνταξη συγκεκριμένης οικονομοτεχνικής έκθεσης σκοπιμότητας 6) Αξιολόγηση των πλεονεκτημάτων του Γ.Π. του Αρίστηνου 4.5 Διαχείριση γεωθερμικού πεδίου Αρίστηνου Δ. Αλεξανδρούπολης Με βάση την Απόφαση Κατακύρωσης του Αποτελέσματος του Διαγωνισμού μέσω της υποβολής δεσμευτικών επενδυτικών προτάσεων, για την εκμίσθωση του δικαιώματος διαχείρισης του συνόλου του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου χαμηλής θερμοκρασίας Αρίστηνου, Δήμου Αλεξανδρούπολης, Περιφερειακής Ενότητας Έβρου, κατακυρώθηκε το αποτέλεσμα του Δημόσιου Διαγωνισμού στο «Δήμο Αλεξανδρούπολης», ο οποίος είναι πλειοδότης σύμφωνα με τους γενικότερους και ειδικότερους όρους της με Α.Π. οικ / Πρόσκλησης Εκδήλωσης Ενδιαφέροντος περί υποβολής δεσμευτικών επενδυτικών προτάσεων και την τεχνική προσφορά που υπέβαλε ο ανωτέρω Δήμος. Αντικείμενο της μίσθωσης είναι το δικαίωμα διαχείρισης του συνόλου του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου χαμηλής θερμοκρασίας Αρίστηνου, Δήμου Αλεξανδρούπολης, Π.Ε. Έβρου, όπως περιγράφεται στο μέρος Α άρθρο. 2 του τεύχους της ΠΡΟΣΚΛΗΣΗΣ, το οποίο αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της με Α.Π. οικ / Πρόσκλησης Εκδήλωσης Ενδιαφέροντος περί υποβολής δεσμευτικών επενδυτικών προτάσεων δημόσιου ανοιχτού πλειοδοτικού διαγωνισμού για την εκμίσθωση του δικαιώματος διαχείρισης του συνόλου του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου χαμηλής θερμοκρασίας Αρίστηνου, Δήμου Αλεξανδρούπολης, Περιφερειακής Ενότητας Έβρου. Το δικαίωμα διαχείρισης του συνόλου ή τμημάτων του βεβαιωμένου γεωθερμικού πεδίου εκμισθώθηκε για χρονικό διάστημα 25 ετών, με δικαίωμα μονομερούς παράτασης για 5 επί πλέον έτη κάθε φορά, μέχρι τη συμπλήρωση 35 ετών, εφόσον τηρούνται οι όροι των σχετικών συμβάσεων και οι όροι προστασίας του περιβάλλοντος. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -70-

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 4.6 Χρήσεις του γεωθερμικού ρευστού Το γεωθερμικό ρευστό της παραγωγικής γεώτρησης ΑΑ-3Π μπορεί να χρησιμοποιηθεί: Για τη θέρμανση κτιρίων και θερμοκηπίων Για τη θέρμανση αέρα σε ξηραντήρια Όσον αφορά τη θέρμανση κτιρίων, αυτά μπορεί να είναι είτε ιδιωτικά είτε δημόσια. Επίσης η θερμική ενέργεια εκ της γεωθερμίας στην περιοχή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τροφοδοσία των κλιματιστικών μονάδων στο κτίριο του επιβατικού σταθμού του αεροδρομίου της Αλεξανδρούπολης. Η μεγάλη απόσταση του αεροδρομίου όμως από τις παραγωγικές γεωτρήσεις είναι ένα πρόβλημα που απαιτεί ειδική μελέτη. Παράλληλα, οι οικισμοί του Δωρικού και του Αετοχωρίου που βρίσκονται πολύ κοντά στην παραγωγική γεώτρηση ΑΑ3-Π, θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν την παραγόμενη θερμική ενέργεια για τηλεθέρμανση των κατοικιών τους. Οι οικισμοί Άνθεια και Αρίστηνο θα μπορούσαν επίσης να θερμάνουν ικανοποιητικά διάφορους χώρους των δημοτικών κτιρίων τους και συγχρόνως η γεωθερμική ενέργεια να χρησιμοποιηθεί σε θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις της περιοχής. Αξίζει να σημειωθεί πως στο Δήμο Αρίστηνου υπάρχουν 18 στρέμματα. πλησίον της παραγωγικής γεώτρησης ΑΑ-3Π (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012). Τέλος, χρήσιμη θα μπορούσε να αποδειχθεί η εν λόγω μορφή ενέργειας και σε εγκαταστάσεις ξήρανσης υπολειμμάτων βιομάζας. 4.7 Προτεινόμενες εφαρμογές Τα δημοτικά κτίρια της εξεταζόμενης περιοχής αποτελούν τα πρώτα υποψήφια κτίρια στα οποία θα μπορούσε να συνδεθεί το γεωθερμικό σύστημα μέσω εναλλακτών (παράλληλα με τον υπάρχοντα λέβητα) προς παραλαβή θερμικής ενέργειας. Ορισμένα βασικά στοιχεία επιφάνεια και ισχύ λέβητα- που αφορούν τα δημοτικά κτίρια της περιοχής και που θα αποτελέσουν υποψήφιους μελλοντικούς καταναλωτές γεωθερμικής ενέργειας παρουσιάζονται στον πίνακα 4.5. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -71-

72 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου Πίνακας 4.5 Δημοτικά κτίρια Αρίστηνου και Άνθειας Αλεξανδρούπολης Κτίριο Επιφάνεια (τμ) Ισχύς λέβητα (KWth) Γραφεία Δ.Ε. Άνθειας 244,53 81,41 Ιατρείο Άνθειας ,97 Γραφεία Αντιδημάρχου Άνθειας 80 34,89 Γυμνάσιο Άνθειας ,60 Δημοτικό Σχολείο Αρίστηνου ,41 Δημοτικό Σχολείο Άνθειας ,16 Νηπιαγωγείο Άνθειας ,52 Κτίριο Αιμοδοτών Άνθειας ,89 Κτίριο Σπάρτακος Άνθειας ,82 Παιδικό Χωριό SOS Αρίστηνου ,60 Σύνολο 7664, ,27 (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012) Περίπου 1,3 km ανατολικά του οικισμού Αρίστηνου βρίσκονται θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις της Ζ. Σκαρλάτου. Πρόκειται για ένα θερμοκήπιο έκτασης 3 στρεμμάτων που λειτουργεί παραγωγικά. Ακολουθεί εξειδικευμένες μεθόδους για την παραγωγή βιολογικών κηπευτικών, τα οποία και διαθέτει ακολούθως προς πώληση στην ευρύτερη περιοχή. Βάσει δήλωσης εκδήλωσης ενδιαφέροντος, η κ. Ζ. Σκαρλάτου στοχεύει στη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας ως βασικό σύστημα θέρμανσης της θερμοκηπιακής μονάδας της, και ακολούθως επέκταση αυτής στα 5 στρέμματα. Θα πρέπει να σημειωθεί πως υπάρχει έντονο ενδιαφέρον από ιδιώτες, αγρότες και γενικά επιχειρηματίες της περιοχής να στραφούν στη δημιουργία θερμοκηπιακών μονάδων για παραγωγή ποικίλων αγροτικών προϊόντων. Δύο σημαντικές εξ αυτών των προτάσεων είναι (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012): 1) Κατασκευή θερμοκηπιακής μονάδας κηπευτικών από τους Σ. Δεμίρη και Δ. Δελίδη σε ιδιωτική έκταση 8 στρεμμάτων, πλησίον του Αριστείνου και σε απόσταση 50μ. εκ της παραγωγικής γεώτρησης ΑΑ-1Π. Οι δύο ενδιαφερόμενοι έχουν ήδη δημιουργήσει θερμοκήπια τα οποία λειτουργούν την τελευταία εικοσαετία στην περιοχή Πόρου των Φερρών του Ν. Έβρου. 2) Κατασκευή θερμοκηπιακής μονάδας προς καλλιέργεια μικροφυκών σε έκταση 15 στρεμμάτων που θα κατασκευαστεί από Κοινοπραξία επιστημόνων και επενδυτών. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -72-

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Πρόκειται για ένα καινοτόμο επενδυτικό σχέδιο για τη βιολογική παραγωγή βιομάζας μικροφυκών με υψηλή προστιθέμενη αξία. Τα μικροφύκη αυτά είναι η Spirulina, το Porphyridium κ.α. Αποτελεί καινοτομία στον ευρωπαϊκό χώρο και τα παραγόμενα προϊόντα θα φέρουν πιστοποιήσεις. Η απαιτούμενη θερμική ενέργεια έχει υπολογιστεί μεταξύ KW thermal. 4.8 Διανομή θερμικής ενέργειας Όπως ήδη επισημάνθηκε η παραγωγική γεώτρηση ΑΑ-3Π είναι η μόνη άμεσα αξιοποιήσιμη και βρίσκεται στο κέντρο του γεωθερμικού πεδίου. Οι πιθανές και προτεινόμενες χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας χωροθετούνται στο κεντρικό και νότιο χώρο του μελετούμενου πεδίου, αναφερόμενοι στα δημοτικά κτίρια και τις θερμοκηπιακές εγκαταστάσεις στην ευρύτερη περιοχή του Αρίστηνου. Όσον αφορά τη ζώνη επανέγχυσης βρίσκεται στο νότιο τμήμα του πεδίου. Η μελέτη και ο σχεδιασμός του συστήματος διανομής της προκύπτουσας θερμικής ενέργειας προς κάλυψη των ήδη αναλυμένων αναγκών, είναι σημαντικό να λαμβάνει υπόψη τις ακόλουθες παραμέτρους (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012): 1) Δημιουργία κατάλληλου θερμικού σταθμού με τροφοδότηση του με νερό θερμοκρασίας όσο της ανόρυξης. Είναι σημαντικό δηλαδή το γεωθερμικό ρευστό να έχει σταθερό το ενεργειακό του περιεχόμενο. 2) Δημιουργία κατάλληλου θερμικού σταθμού πλησίον της γεώτρησης ΑΑ-3Π. Ο σταθμός αυτός παραλαμβάνοντας ρευστό θερμοκρασίας όσο της ανόρυξης, θα μπορεί να καλύψει εφαρμογές μεσαίων και υψηλών θερμοκρασιών. 3) Οι θερμοκηπιακές χρήσεις θα μπορούν να τροφοδοτηθούν εν συνεχεία εκ της συνολικής παροχής και βάσει της αρχικής θερμοκρασίας των 71 ο C. 4) Μεταξύ των δύο θερμικών σταθμών θα πρέπει να δημιουργηθεί όδευση δύο παράλληλων σωληνώσεων μεταφοράς. Η πρώτη με σκοπό τη μεταφορά του γεωθερμικού ρευστού που δεν έχει αποδώσει θερμική ενέργεια και η δεύτερη με σκοπό τη μεταφορά του γεωθερμικού ρευστού που έχει αποδώσει μέρος της θερμικής ενέργειας στον πρώτο σταθμό. 5) Σε κάθε σταθμό θα υπάρχουν εναλλάκτες θερμότητας νερού-νερού, αντλίες κυκλοφορίας του νερού και βοηθητικός εξοπλισμός. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -73-

74 Πτυχιακή Εργασία Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 6) Κάθε θερμικός σταθμός θα καλύπτει συγκεκριμένη περιοχή διανομής με απώτερο στόχο της αποκέντρωση της χρήσης και την αποφυγή διάφορων τοπικών αντιδράσεων. 7) Με το πέρας της μετάδοσης της θερμικής ενέργειας του γεωθερμικού ρευστού, αυτό ακολούθως θα οδηγείται στις γεωτρήσεις επανεισαγωγής. Στην ακόλουθη εικόνα 4.4 παρουσιάζεται η θέση των δύο θερμικών σταθμών και ορίζεται το διάγραμμα ροής του γεωθερμικού ρευστού. Εικόνα 4.4 Διάγραμμα ροής του γεωθερμικού ρευστού (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012) Στις εικόνες 4.5 και 4.6 απεικονίζεται παραστατικά η διαδικασία μεταφοράς της θερμότητας από το γεωθερμικό ρευστό μέσω των εναλλακτών προς τους καταναλωτές. Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -74-

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εικόνα 4.5 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση υψηλής θερμοκρασίας Εικόνα 4.6 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση χαμηλής θερμοκρασίας 4.9 Μέτρα προστασίας και ασφάλειας Οι ενεργειακές δυνατότητες που προσφέρει η χρήση του γεωθερμικού ρευστού είναι αναμφίβολα πολύ σημαντικές. Η χρήση του όμως είναι δυνατό να δημιουργήσει και περιβαλλοντικά προβλήματα στις ακόλουθες περιπτώσεις: 1) με την απόρριψη του σε επιφανειακούς αποδέκτες και εφόσον περιέχει στοιχεία που συμβάλουν στην περιβαλλοντική ρύπανση 2) μέσω του εμπλουτισμού του με χημικής σύστασης αντικαθαλωτικά Ειδικά η απόρριψη του σε επιφανειακούς αποδέκτες μπορεί να δημιουργήσει διαταραχή στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. Σε κάθε περίπτωση προτεινόμενα μέτρα λήψης με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος είναι (Δαλαμπάκης, κ.α., 2012): Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -75-