ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. Πτυχιακή Εργασία Μελέτη Συστήματος Αβαθούς Γεωθερμίας σε Κατοικία Geothermal Heating and Cooling Systems Πατσάκος Φώτιος Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Ποτόλιας Καβάλα

2 2

3 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. Πτυχιακή Εργασία Μελέτη Συστήματος Αβαθούς Γεωθερμίας σε Κατοικία Geothermal Heating and Cooling Systems Πατσάκος Φώτιος Επιβλέπων Καθηγητής: Κωνσταντίνος Ποτόλιας Καβάλα

4 4

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η μόλυνση του περιβάλλοντος, η αύξηση της ενεργειακής ζήτησης τα τελευταία χρόνια καθώς και τα μειονεκτήματα των ορυκτών καυσίμων, έχουν οδηγήσει την ανθρωπότητα στην αναζήτηση νέων μορφών ενέργειας. Όπως είναι προφανές, η εισαγωγή των ανανεώσιμων πηγών στο παγκόσμιο ενεργειακό ισοζύγιο αποτελεί μια από τις σημαντικότερες λύσεις στα παραπάνω προβλήματα. Έτσι λοιπόν, την τελευταία εικοσαετία έχει σημειωθεί τεράστια ανάπτυξη των τεχνολογιών και των διατάξεων αξιοποίησης των ανανεώσιμων πηγών για την παραγωγή ενέργειας. Η παρούσα πτυχιακή εργασία μελετά την εφαρμογή συστήματος αβαθούς γεωθερμίας σε μια κατοικία. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση της ιστορικής αναδρομής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Επίσης δίνεται ο ορισμός των ανανεώσιμων πηγων ενέργειας, γίνεται παρουσίαση της ενεργειακής κατάστασης στην Ελλάδα και εξηγούνται με λίγα λόγια όλα τα είδη των ΑΠΕ. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η αβαθής γεωθερμία ειδικότερα και εξετάζεται η εκμετάλλευσή της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας. Επίσης παρουσιάζονται τα στοιχεία με τα οποία πραγματοποιείται η εκμετάλευση της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας. Στο τρίτο κεφάλαιο, εξηγείται πώς υλοποιούνται και πώς λειτουργούν οι γεωθερμικοί εναλλάκτες οι οποίοι είναι ένα πολύ σημαντικό κομμάτι της αβαθούς γεωθερμίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται μια περιγραφή του προγράμματος RETscreen International του οποίου χρησημοποιήσαμε για να γίνει κατανοητή η λειτουργία του προγράμματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο, γίνετε ξανά μια μικρή αναφορά στο πρόγραμμα το οποίο χρησιμοποιούμε, γίνεται η περιγραφή της κατοικίας για την οποία κάναμε την μελέτη και τέλος κάνουμε την εφαρμογή του RETscreen International. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα της μελέτης και τα τελικά συμπεράσματα. 5

6 ABSTRACT Environmental pollution, increasing energy demand in recent years and disadvantages of fossil fuels, have led humanity in research of new forms of energy. As it is obvious, the introduction of renewable energy sources in the global energy balance is one of the most important solutions to these problems. So the last two decades there has been tremendous development of technologies and devices utilization of renewable energy sources for power generation. This thesis studies the application of low depth geothermal system in a residence. The first chapter is a presentation of the historical background of renewable energy. Also refers the definition of renewable energy sources, we present energy situation in Greece and explained in short all types of RES. The second chapter analyzes the low depth geothermal energy in particular, and examines the exploitation of low depth geothermal energy. Also presented in the data with which the utilization of shallow geothermal energy. The third chapter explains how the geothermal heat exchangers materialize and how it works, which are a very important piece of shallow geothermal energy. The fourth chapter is a description of the program RETscreen International which I used, to give the reader to understand the functioning of the program. In the fifth chapter, there is a short reference again to the program that I use, there is a description of the residence that I use for my research and then I apply the program RETscreen International. Finally, in the sixth chapter is presented the results and final conclusions of the research 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΕ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΒΑΘΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΚΜΕΤΑΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΒΑΘΟΥΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΕΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (Ground-coupled heat pumps) ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ- ΨΥΞΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΚΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ RETScreen International ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΡΓΩΝ ΚΑΘΑΡΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ RETScreen ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΚΩΔΙΚΩΝ ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΚΕΛΙΩΝ ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ & ΒΟΗΘΕΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΜΕΛΕΤΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΜΕ ΤΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RETScreen International ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΣΤΗΝ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

8 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΠΕ Η δημιουργία και η εξελικτική πορεία του ανθρώπινου πολιτισμού είναι άμεσα συνυφασμένη με την χρήση των ενεργειακών πηγών. Από την αρχή της ιστορίας του, ο άνθρωπος προσπάθησε να επινοήσει τρόπους για να εκμεταλλευτεί τις φυσικές πηγές ενέργειας προς όφελός του. Η προσπάθεια αυτή ξεκινά περίπου χρόνια πριν, με την ανακάλυψη της φωτιάς. Ο άνθρωπος κατάφερε να θέσει τη φωτιά υπό τον έλεγχό του, ώστε να χρησιμοποιήσει τη θερμότητα και το φως της για να ζεσταθεί από το κρύο και να βλέπει στο σκοτάδι. Στη συνέχεια, ανακαλύπτοντας κι άλλες χρήσεις της φωτιάς, όπως η επεξεργασία των μετάλλων, κατάφερε να κατασκευάσει αντικείμενα, που διευκόλυναν τη ζωή του κι έδωσαν ώθηση στην ανάπτυξη των κοινωνιών του. Αργότερα και περίπου 6000 χρόνια πριν, με την δύναμη του ανέμου ταξίδεψαν στη Μεσόγειο τα πρώτα πλοία. Η σκέψη της χρήσης του ανέμου ως κινητήρια δύναμη οδήγησε στην ανάπτυξη της ναυσιπλοΐας, η οποία άνοιξε νέους ορίζοντες στο εμπόριο και τις μετακινήσεις. Επιπλέον, οι λαοί της Μεσοποταμίας και της Κίνας, περί το 700 π.χ., καθώς και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς τον 1ο μ.χ. αιώνα, εκμεταλλεύτηκαν τον άνεμο για την κατασκευή των πρώτων ανεμόμυλων, που χρησιμοποιήθηκαν κυρίως στην άντληση νερού και στην άλεση γεωργικών προϊόντων. Η χρήση των ανεμόμυλων στην Ελλάδα καθιερώθηκε τη Βυζαντινή περίοδο και υπήρξε αρκετά εκτεταμένη μέχρι και τις αρχές του 20ου αιώνα, ιδίως στα νησιά του Αιγαίου. Εικ. 1: Ανεμόμυλοι στη Μύκονο, Πηγή: 9

10 Παράλληλα, την ίδια εποχή, τον 1ο μ.χ. αιώνα, οι Ρωμαίοι ήταν οι πρώτοι, που χρησιμοποίησαν τη δύναμη του νερού για την παραγωγή μηχανικής ενέργειας. Κατασκεύασαν υδροστρόβιλους με τη μορφή υδραυλικών τροχών, οι οποίοι βρήκαν εφαρμογή τόσο σε αρδευτικά έργα της εποχής, όσο και στους γνωστούς μας νερόμυλους. Εικ. 1.1: Νερόμυλος ελαιοτριβείου στο Αίγιο Αχαΐας (Μουσείο Εφταπίτας) Πηγή: Ο άνθρωπος λοιπόν για πολλές χιλιάδες χρόνια έκανε χρήση των άμεσα διαθέσιμων φυσικών πηγών (το ξύλο ως καύσιμο για φωτιά, τον άνεμο, το νερό), προκειμένου να καλύψει τις ενεργειακές του ανάγκες. Η βιομηχανική επανάσταση που ξεκίνησε στις αρχές του 19ου αιώνα άλλαξε ριζικά αυτή την κατάσταση. Πραγματοποιήθηκαν σπουδαίες ανακαλύψεις όπως η ατμομηχανή, ο ηλεκτρισμός, οι μηχανές εσωτερικής καύσης, η ατομική ενέργεια κ.α., οι οποίες σηματοδότησαν το πέρασμα από τις πατροπαράδοτες φυσικές πηγές ενέργειας στην εντατική χρήση του πετρελαίου, του άνθρακα και των υπόλοιπων ορυκτών καυσίμων ως κύριες ενεργειακές πηγές. Η ραγδαία τεχνολογική και βιομηχανική ανάπτυξη του 19ου και του 20ου αιώνα πολλαπλασίασε την παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση, γεγονός που ενέπνευσε ανησυχία για τη μελλοντική επάρκεια κοιτασμάτων των ορυκτών καυσίμων. Παράλληλα, άρχισαν να εμφανίζονται πολύ σημαντικά οικολογικά προβλήματα εξαιτίας της αλόγιστης χρήσης των συμβατικών καυσίμων, καθώς και σοβαρά ατυχήματα που έθεσαν υπό αμφισβήτηση την εκτεταμένη χρήση της πυρηνικής ενέργειας. 10

11 Έτσι, από τα τέλη του 20ου αιώνα, η σκέψη της επαναχρησιμοποίησης φυσικών πηγών ενέργειας φιλικών προς το περιβάλλον βρέθηκε ξανά στο προσκήνιο. Η ηλιακή, η αιολική, η θαλάσσια και η υδροδυναμική ενέργεια, η βιομάζα και η γεωθερμία απόκτησαν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και καθιερώθηκαν στην παγκόσμια ενεργειακή σκηνή με τον όρο Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Ήδη από τη δεκαετία του 70 ξεκίνησαν να εμφανίζονται διάφορες νέες τεχνικές εφαρμογής τους και να βελτιώνονται οι ήδη υπάρχουσες. Οι ανεμογεννήτριες, τα φωτοβολταϊκά, οι ηλιακοί συλλέκτες, η ηλιακή ψύξη, τα μικρά και μεγάλα υδροηλεκτρικά, οι σταθμοί καύσης βιομάζας και βιοκαυσίμων, οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα τεχνολογιών ΑΠΕ, που τα τελευταία χρόνια μελετήθηκαν συστηματικά και αναπτύχθηκαν, ώστε να προσφέρουν λύσεις στο ενεργειακό ζήτημα. Σήμερα, τον 21ο αιώνα, τα ορυκτά καύσιμα παραμένουν η κύρια ενεργειακή πηγή παγκοσμίως, όμως και οι ΑΠΕ κατέχουν ένα σημαντικό ποσοστό στη συνεισφορά των ενεργειακών πηγών στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας. Σε αυτό έχει συμβάλλει σημαντικά και η σύγχρονη τεχνολογία, που επιτρέπει τη συνεχή βελτίωση των τεχνικών, ώστε η εφαρμογή ΑΠΕ να καθίσταται πλέον, πέραν από περιβαλλοντολογικά φιλική, και οικονομικά αποδοτική. Σχεδ. 1.2: Ποσοστό χρήσης ΑΠΕ στην παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση έτος 2007 Πηγή: Renewables 2007, Global Status Report 11

12 1.1 ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Με τον όρο Ήπιες Μορφές Ενέργειας, ή Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας νοείται ένα σύνολο από μορφές ενέργειας οι οποίες αφενός είναι ανεξάντλητες στη φύση και αφετέρου συγκριτικά με άλλες μορφές ενέργειας επιβαρύνουν κατά πολύ λιγότερο το περιβάλλον. Ο όρος Ήπιες δηλώνει ότι για την εκμετάλλευση τους δεν απαιτείται καμία ανθρώπινη παρέμβαση με την έννοια της εξόρυξης, άντλησης ή και καύσης κάποιου καύσιμου υλικού, εν αντιθέσει με τις σε μεγάλη κλίμακα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας (π.χ. στην Ελλάδα απαιτείται εξόρυξη και καύση λιγνίτη στις μεγάλες λιγνιτικές μονάδες της Δ.Ε.Η.). Επίσης ο ίδιος όρος αναφέρεται και στο γεγονός ότι οι Α.Π.Ε. γενικά δεν αποδεσμεύουν στο περιβάλλον υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα και τοξικά ή ραδιενεργά απόβλητα. 1.2 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Στην Ελλάδα, όπως και στις περισσότερες χώρες του ΟΟΣΑ, η ενέργεια αποτελεί έναν από τους πλέον δυναµικούς και σημαντικούς, τοµείς της εθνικής οικονομίας. Από τους πίνακες 1 & 2 παρατηρούµε ότι στο ενεργειακό ισοζύγιο της χώρας µας προεξέχουσα θέση κατέχει το πετρέλαιο και κατά σειρά έπονται στερεά καύσιµα, φυσικό αέριο, ήπιες µορφές ενέργειας, εισαγωγές ηλεκτρικής ενέργειας. Πίνακας 1: Εγχώριο ενεργειακό ισοζύγιο σε χιλ. Τ.Ι.Π Πηγή ενέργειας Στερεά καύσιμα Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Ήπιες μορφές ενέργειας Εισαγωγές ηλεκτρικής ενέργειας Σύνολο Πηγή: Καλδέλλης

13 Πίνακας 2: ιαχρονική διαµόρφωση εγχώριου ενεργειακού ισοζυγίου (%) Μορφή Ενέργειας Λιγνίτης - Άνθρακας Πετρέλαιο Φυσικό Αέριο Ήπιες μορφές Ενέργειας Εισαγωγές Ηλεκτρικής Ενέργειας Σύνολο Πηγή: Καλδέλλης 2005 Ταυτόχρονα από διαθέσιµα στοιχεία (έτος 2002) έχουµε τη δυνατότητα να επιµερίσουµε την κατανάλωση ενέργειας στις τρεις κύριες οµάδες τελικής χρήσης, δηλαδή τη βιοµηχανία (25,8%), τις µεταφορές (38,3%) και την κατοικίαεµπόριο (35,9%). Όπως παρατηρούµε από τον πίνακα 2, η ελληνική οικονοµία εξακολουθεί να στηρίζεται κατά κύριο λόγο στο (εισαγόμενο) πετρέλαιο, έστω και αν η συμμετοχή του στο ενεργειακό ισοζύγιο παρουσιάζει διαχρονικά µια αισθητή κάµψη. Σηµαντική είναι επίσης και η πρόσφατη παρουσία του (εισαγόµενου) φυσικού αερίου. Αντίθετα, οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας µόλις και µε τα βίας καλύπτουν το 5% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, κυρίως λόγω των µεγάλων υδροηλεκτρικών έργων, εµφανίζοντας µάλιστα σταδιακή µείωση της συµµετοχής τους. Επίσης ο πίνακας 3 καταδεικνύει την περιορισµένη ενεργειακή αυτάρκεια της χώρας µας, η οποία µειώθηκε από 41,0% το 1986 σε 30,8% το Πίνακας 3: Ενεργειακός συντελεστής αυτάρκειας της Ελλάδος Έτος Εγχώρια Ενέργεια Εισαγόμενη Ενέργεια Σύνολο Πηγή: Καλδέλλης

14 Ο χαµηλός συντελεστής ενεργειακής αυτάρκειας της χώρας µας είναι απόρροια της απουσίας µέτρων εξοικονόµησης ενεργειακών πόρων και στη σοβαρή καθυστέρηση της ένταξης των ανανεώσιµων πηγών στην εγχώρια παραγωγή ενέργειας. Τα παραπάνω δεδοµένα µεταφράζονται στο ότι το 70% της εγχώριας ενεργειακής κατανάλωσης προέρχεται από εισαγόµενο πετρέλαιο και φυσικό αέριο, µε αποτέλεσµα η οικονοµία, αλλά και η γενική ενεργειακή πολιτική της χώρας µας να εξαρτώνται από εισαγόµενα καύσιµα. Η κυριότερη πηγή καυσίμου είναι ο εγχώριος λιγνίτης (70 εκατ. τόνοι) που για το 2008 κάλυψε το 50,5% του συνόλου των αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια. Το πετρέλαιο το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για τη λειτουργία ηλεκτροπαραγωγικών εγκαταστάσεων νησιωτικών συστημάτων μη συνδεόμενων με την ηπειρωτική χώρα, συμμετείχε με ποσοστό 13%. Το φυσικό αέριο προερχόμενο από εισαγωγές από τη Ρωσία και σε μορφή LΝG από την Αλγερία κάλυψε το 22,5%. Το έτος 2008, η υδραυλική ενέργεια συμμετείχε με ποσοστό 6%. Τέλος η αιολική ενέργεια, τα μικρά υδροηλεκτρικά έργα, η βιομάζα και τα Φ/Β συμμετείχαν με ποσοστό 4,3%, ενώ οι εισαγωγές-εξαγωγές καλύπτουν το υπόλοιπο 5,6%. Εγκατεστημένη Ισχύς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΜW) Τεχνολογία ΑΠΕ Σύνολο ΜΥΗΣ Φοτοβολταϊκά Αιολικά Βιομάζα Πίνακας 4. Εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύς μονάδων ΑΠΕ την τελευταία δεκαετία Πηγή: ΥΠΕΚΑ Ο Πίνακας 4 και το Σχήμα 1.5, παρουσιάζουν την ανάπτυξη της εγκατεστημένης ισχύος μονάδων ΑΠΕ ανά τεχνολογία, όπου και φαίνεται ότι για τα αιολικά και τα μικρά υδροηλεκτρικά έργα, ο ρυθμός ανάπτυξης παρέμεινε κατά μέσο όρο γύρω στο 20%, με μέγιστες και ελάχιστες τιμές ανάπτυξης συνήθως πριν και μετά τις αλλαγές στο θεσμικό πλαίσιο και στους αντίστοιχους μηχανισμούς ενίσχυσης. 14

15 Σχήμα 1.5: Αθροιστικά εγκαθιστώμενη ισχύς σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με χρήση Α.Π.Ε. Πηγή: ΔΕΣΜΗΕ, Σεπτέμβριος 2009 Η ηλεκτροπαραγωγή από τις κλασσικές ΑΠΕ στην Ελλάδα (χωρίς τα μεγάλα υδροηλεκτρικά) είναι της τάξης του 4,3% της ακαθάριστης εγχώριας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για το έτος Αφορά κυρίως σε αιολικά και μικρά υδροηλεκτρικά, και σε μικρότερο βαθμό στη βιομάζα/βιοαέριο, και στα Φ/Β. Ήδη από τα διαθέσιμα στοιχεία μέχρι το Σεπτέμβριο του 2009, φαίνεται ότι πλέον και τα Φ/Β αρχίζουν να αποτυπώνονται ως τεχνολογία με σημαντικά αυξανόμενη εγκατεστημένη ισχύ, ενώ ο μεγάλος ρυθμός ανάπτυξης (200% μέχρι το 3μηνο του 2009), αναμένεται να διατηρηθεί τα επόμενα χρόνια μέχρι να σταθεροποιηθεί σε χαμηλότερες τιμές ανάπτυξης πιθανά μετά το Συμπεριλαμβανόμενης και της υδραυλικής ενέργειας από μεγάλα υδροηλεκτρικά, η ηλεκτροπαραγωγή από ΑΠΕ το έτος 2008 ήταν της τάξης του 10,3% της ακαθάριστης εγχώριας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Η αντίστοιχη εγκατεστημένη ισχύς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ το ίδιο έτος ήταν MW. Ειδικότερα, τα 27MW εγκατεστημένων αιολικών πάρκων το 1997, έφθασαν τα 1022 MW στο τέλος του Τα μικρά υδροηλεκτρικά έφθασαν τα 158 MW στο τέλος του 2008 από 43 MW (όλα της ΔΕΗ) το Τέλος οι εγκαταστάσεις ηλεκτροπαραγωγής από βιοαέριο ΧΥΤΑ στην Θεσσαλονίκη, επεκτάθηκαν κατά 5MW και, συμπαραγωγής από βιοαέριο λυμάτων στα Λιόσια κατά 9,7MW, ανεβάζοντας έτσι το σύνολο ηλεκτρικής ισχύος μαζί με την Ψυτάλλεια, σε 29,6 και 10,4 MW αντίστοιχα. Η παραγωγή 15

16 ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ το 2008, έφθασε τις 6,6 TWh περίπου και προήλθε κατά 63,2% από υδροηλεκτρικούς σταθμούς (4149 GWh), κατά 34,1% από αιολικά πάρκα (2242 GWh), κατά 2,6% (171 GWh) από βιοαέριο, ενώ υπήρχε και μικρή παραγωγή της τάξης των 5 GWh (ποσοστό 0,1%) από Φ/Β. Η ακαθάριστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας την ίδια χρονιά ήταν 63,7 TWh. 1.3 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Πλεονεκτήματα: Σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας οι ανανεώσιμες έχουν κάποια πλεονεκτήματα. Κατά κύριο λόγο είναι πρακτικά ανεξάντλητες πηγές ενέργειας και συµβάλλουν στη µείωση της εξάρτησης από συµβατικούς ενεργειακούς πόρους. Επίσης απαντούν στο ενεργειακό πρόβληµα για τη σταθεροποίηση των εκποµπών διοξειδίου του άνθρακα και των υπόλοιπων αερίων του θερµοκηπίου. Επιπλέον, υποκαθιστώντας τους σταθµούς παραγωγής ενέργειας από συµβατικές πηγές οδηγούν σε ελάττωση εκποµπών από άλλους ρυπαντές π.χ. οξείδια θείου και αζώτου που προκαλούν την όξινη βροχή. Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι ότι είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας και της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασµού σε εθνικό επίπεδο. Ακόμη είναι διάσπαρτες γεωγραφικά και οδηγούν στην αποκέντρωση του ενεργειακού συστήµατος, δίνοντας τη δυνατότητα κάλυψης των ενεργειακών αναγκών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο, ανακουφίζοντας έτσι τα συστήµατα υποδοµής και µειώνοντας τις απώλειες από τη µεταφορά ενέργειας και προσφέρουν τη δυνατότητα ορθολογικής αξιοποίησης των ενεργειακών πόρων, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσµα των ενεργειακών αναγκών των χρηστών (π.χ. ηλιακή ενέργεια για θερµότητα χαµηλών θερµοκρασιών, αιολική ενέργεια για ηλεκτροπαραγωγή). Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δίνουν τη δυνατότητα επιλογής της κατάλληλης µορφής ενέργειας που είναι προσαρµοσµένη στις ανάγκες του χρήστη επιτυγχάνοντας ορθολογικότερη χρησιµοποίηση των ενεργειακών πόρων και έχουν συνήθως χαµηλό λειτουργικό κόστος που δεν επηρεάζεται από τις διακυµάνσεις της διεθνούς οικονοµίας και ειδικότερα των 16

17 τιµών των συµβατικών καυσίµων. Επίσης οι επενδύσεις των ΑΠΕ δηµιουργούν σηµαντικό αριθµό νέων θέσεων εργασίας, ιδιαίτερα σε τοπικό επίπεδο. Τέλος μπορούν να αποτελέσουν σε πολλές περιπτώσεις πυρήνα για την αναζωογόνηση οικονοµικά και κοινωνικά υποβαθµισµένων περιοχών και πόλο έλξης για την τοπική ανάπτυξη µε την προώθηση ανάλογων επενδύσεων. Μειονεκτήματα: Όπως και σε όλα τα άλλα αντικείμενα μελέτης έτσι και στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν θα μπορούσαν να λείπουν τα μειονεκτήματα. Ένα από αυτά είναι το ότι το διεσπαρµένο δυναµικό τους είναι δύσκολο να συγκεντρωθεί σε µεγάλα µεγέθη ισχύος, να µεταφερθεί και να αποθηκευθεί. Επίσης έχουν χαµηλή πυκνότητα ισχύος και ενέργειας και συνεπώς για µεγάλες ισχύεις απαιτούνται συχνά εκτεταµένες εγκαταστάσεις και παρουσιάζουν συχνά διακυµάνσεις στη διαθεσιµότητά τους που µπορεί να είναι µεγάλης διάρκειας απαιτώντας την εφεδρεία άλλων ενεργειακών πηγών ή γενικά δαπανηρές µεθόδους αποθήκευσης. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι έχουν αρκετά µικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαµηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά µεγάλο αρχικό κόστος εφαρµογής σε µεγάλη επιφάνεια γης. Γι αυτό το λόγο µέχρι τώρα χρησιµοποιούνται σαν συµπληρωµατικές πηγές ενέργειας. Επιπλέον το κόστος επένδυσης ανά µονάδα εγκατεστηµένης ισχύος σε σύγκριση µε τις σηµερινές τιµές των συµβατικών καυσίµων είναι ακόµη υψηλό. Τέλος η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίµα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. 1.4 ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Το σκόπιμο της πρακτικής εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας βασίζεται στο γεγονός ότι η γη δέχεται ετήσια ηλιακή ενέργεια με ακτινοβολία τις τάξης του *10 W. Σε ένα 24ωρο κάθε ένα τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης δέχεται κατά μέσο όρο 4-6 KWh ηλιακής ενέργειας με ακτινοβολία, δηλαδή KWh/ m 2 ετησίως. Η γη εκπέμπει βέβαια ίσο ποσό ενέργειας στο διάστημα και έτσι δημιουργείται μια κατάσταση ισορροπίας, με αποτέλεσμα να διατηρείται η μέση θερμοκρασία της γης σταθερή γύρω στους 7 ο C. 17

18 Η ποσότητα αυτή της ενέργειας που προσπίπτει στην γη, υπερβαίνει περίπου κατά φορές την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνει σήμερα η ανθρωπότητα σε ένα χρόνο. Εξαιτίας όμως διαφόρων φυσικών φαινομένων η ποσότητα αυτή μειώνεται σημαντικά. Συγκεκριμένα τα 35% αυτής της ποσότητας ενέργειας αντανακλάται από την ατμόσφαιρα, το 4,3% αντανακλάται από την επιφάνεια της γης στο διάστημα, τα 17,4% απορροφώνται από την ατμόσφαιρα και τα 32,7% απορροφώνται από τους ωκεανούς (περίπου 17,7& καταναλώνονται στην εξάτμιση και το 12,3% στην ακτινοβολία). Από το σύνολο της ηλιακής ενέργειας που δέχεται η γη, τα 14,3% αναλογούν στις χερσαίες εκτάσεις της γης. Τα 29% αυτής της ποσότητας επιστρέφουν στην ατμόσφαιρα με την εξάτμιση, το 6,1% είναι μετατροπή σε θερμότητα, το 0,3% καταναλώνεται στη φωτοσύνθεση, το 0,2% μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια του αέρα για τη δημιουργία ανέμων. Ένα μικρό ποσοστό της ενέργειας που αποθηκεύεται σαν χημική ενέργεια στα φυτά και στους ιστούς των ζώων, με την πάροδο εκατομμυρίων ετών και κάτω από ευνοϊκές γεωλογικές συνθήκες, μετασχηματίζεται σε κάρβουνο και πετρέλαιο, σχηματίζοντας το απόθεμα των ορυκτών καυσίμων. Βέβαια ο ρυθμός σχηματισμού των ορυκτών καυσίμων είναι ασήμαντος σε σύγκριση με το ρυθμό κατανάλωσης. 1.5 ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Η αιολική ενέργεια έχει συµβάλλει πάρα πολύ στην ανάπτυξη των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Από τα αρχαία χρόνια µέχρι την βιοµηχανική επανάσταση και τα πρώτα ατµόπλοια, ο άνεµος ήταν η βασική πηγή ενέργειας για τον τοµέα των µετακινήσεων. Αλλά, εκτός από τον τοµέα των µετακινήσεων συναντούµε πολλές εφαρµογές στην εκµετάλλευση του ανέµου µε τους ανεµόµυλους για το άλεσµα, την άρδευση από πηγάδια και αλλού. Η σηµερινή αξιοποίηση του ανέµου δεν γίνεται πλέον µε τους παραδοσιακούς, γραφικούς ανεµόµυλους, αλλά µε σύγχρονες ανεµογεννήτριες που αποδίδουν περισσότερο. Η σύγχρονη τεχνολογία συνέβαλλε στην κατασκευή αξιόπιστων και αποδοτικών Α/Γ. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες Α/Γ, οριζοντίου άξονα και κατακόρυφου. Στην πράξη χρησιµοποιούνται οι Α/Γ οριζοντίου άξονα. Οι 18

19 συνθήκες στις οποίες λειτουργούν είναι εξαιρετικά δύσκολες, δεδοµένου ότι εργάζονται σε σκληρές κλιµατολογικές συνθήκες, µε υψηλές ταχύτητες ανέµου και σε συνθήκες εναλλασσόµενων φορτίσεων. Για να είναι αξιόπιστες πρέπει κατά τον σχεδιασµό τους να τηρούνται συγκεκριµένες προδιαγραφές: Ο χρόνος ζωής του συστήµατος πρέπει να είναι χρόνια. Να υπάρχει ασφαλής λειτουργία της Α/Γ σε ταχύτητες ανέµου m/sec. Να εξασφαλιστεί η επιβίωση της Α/Γ σε ταχύτητες ανέµου m/sec Να εξαλειφθούν οι κίνδυνοι συντονισµού. Οι ιδιοσυχνότητες των διαφόρων υποσυστηµάτων (πυλώνας, πτερύγια, κλπ) και η συχνότητα περιστροφής του δροµέα, καθώς και οι αρµονικές της πρέπει να συµπίπτουν. Να υπάρχει αντοχή σε εναλλασσόµενα φορτία. Να γίνει κατάλληλη σχεδίαση του συστήµατος, ώστε να επιτυγχάνεται απόσβεση των πρόσθετων φορτίων και των στρεπτικών ταλαντώσεων που οφείλονται στις ριπές και στην τύρβη του ανέµου. Να διενεργηθεί ακριβής έλεγχος όλων των συνθηκών φόρτισης της Α/Γ και για κάθε εξάρτηµα ή υποσύστηµα, στις δυσµενέστερες συνθήκες φόρτισης που µπορεί να εµφανιστούν. Απαιτείται επίσης αντιδιαβρωτική προστασία. Συνήθως η αιολική ενέργεια χρησιμοποιείται: Για παραγωγή ηλεκτρισμού σε περιοχές συνδεδεμένες στο δίκτυο είτε για την κάλυψη ίδιων αναγκών, είτε για την πώληση του ρεύματος στην εταιρεία εκμετάλλευσης του δικτύου. Για παραγωγή ηλεκτρισμού σε περιοχές που δεν είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο, για λειτουργία είτε μόνες τους με συσσωρευτές, είτε σε συνδυασμό με σταθμό ηλεκτροπαραγωγής με ντίζελ. Για θέρμανση (π.χ. σε θερμότητα με τη χρήση ηλεκτρικής αντίστασης ή με την κίνηση αντλιών θερμότητας. 19

20 1.6 ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υδραυλική ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που προέρχεται από το νερό, καθώς το νερό πέφτει από κάποιο ύψος (π.χ. έναν καταρράκτη) ή καθώς ρέει με μεγάλη ταχύτητα, μπορεί να περιστρέψει τροχούς με πτερύγια (υδροστρόβιλους). Προϋπόθεση για την ανάπτυξη υδροδυναμικού είναι η ύπαρξη επιφανειακής απορροής και κλίσεως εδάφους, ώστε να σχηματίζεται η απαιτούμενη υψομετρική διαφορά. Ένα υδροηλεκτρικό έργο (ΥΗΕ) αξιοποιεί μέρος της ενέργειας του νερού, το οποίο, υπό την επίδραση της βαρύτητας, ρέει μέχρι να φτάσει στην κατώτερη δυνατή στάθμη, δηλαδή αυτή της θάλασσας. Εάν η ενέργεια αυτή δεν αξιοποιηθεί σε ένα ΥΗΕ, τότε χάνεται με την μορφή τριβών, αποτέλεσμα των οποίων είναι η μεταφορά φερτών υλικών. 1.7 ΒΙΟΜΑΖΑ Γενικά, ως βιομάζα ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση. Πρακτικά, στον όρο βιομάζα εμπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από το φυτικό κόσμο. Πιο συγκεκριμένα, σ αυτήν περιλαμβάνονται οι φυτικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα, όπως π.χ. τα αυτοφυή φυτά και δάση, είτε από τις ενεργειακές καλλιέργειες (έτσι ονομάζονται τα φυτά που καλλιεργούνται ειδικά με σκοπό την παραγωγή βιομάζας για παραγωγή ενέργειας) γεωργικών και δασικών ειδών, όπως π.χ. το σόργο το σακχαρούχο, το καλάμι, ο ευκάλυπτος κ.ά.. Επίσης περιλαμβάνονται τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, όπως π.χ. τα άχυρα, στελέχη αραβόσιτου, στελέχη βαμβακιάς, κλαδοδέματα, κλαδιά δένδρων, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα, οι κληματίδες κ.ά. και τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών, όπως π.χ. τα ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείμματα εκκοκκισμού βαμβακιού και το πριονίδι., καθώς και το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Η βιομάζα αποτελεί μία δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή της ηλιακής ενέργειας και είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Κατ αυτήν, η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας ως βασικές πρώτες 20

21 ύλες διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα καθώς και νερό και ανόργανα συστατικά από το έδαφος. Η διεργασία αυτή μπορεί να παρασταθεί σχηματικά ως εξής: Νερό + Διοξείδιο του άνθρακα + Ηλιακή ενέργεια (φωτόνια) + Ανόργανα στοιχεία Βιομάζα + Οξυγόνο Από τη στιγμή που σχηματίζεται η βιομάζα, μπορεί πλέον κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας. Η βιομάζα αποτελεί μια σημαντική, ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατό να συμβάλλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο κ.ά.). Η χρήση της βιομάζας ως πηγής ενέργειας δεν είναι νέα. Σ αυτήν, εξάλλου, συγκαταλέγονται τα καυσόξυλα και οι ξυλάνθρακες που, μέχρι το τέλος του περασμένου αιώνα, κάλυπταν το 97% των ενεργειακών αναγκών της χώρας. 1.8 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Γεωθερµική ενέργεια είναι η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευµένη υπό την µορφή θερµού νερού ή ατµού στο υπέδαφος σε µικρή απόσταση από την επιφάνεια της γης. Το θερµικό ενεργειακό δυναµικό του υπεδάφους οφείλεται στην λεγόµενη γεωθερµική ανωµαλία, δηλαδή σε αύξηση της θερµοκρασίας στο υπέδαφος µεγαλύτερη από την κανονική γεωθερµική βαθµίδα που είναι 1 C ανά 33 m. Σε περιοχές µε ενεργή ή πρόσφατη ηφαιστειακή δραστηριότητα συναντάται έντονα το φαινόµενο αυτό, έχουµε δηλαδή ιδιαίτερα µεγάλη θετική θερµική ανωµαλία. Η θερµοκρασία των γεωθερµικών ρευστών φτάνει πολλές φορές µέχρι 350 C σε σχετικά µικρά βάθη. Σε περιοχές χωρίς πρόσφατη ηφαιστειότητα, αλλά µε ενεργό τεκτονική εφελκυστικού κυρίως τύπου, έχουµε πιο εύκολη άνοδο των θερµών υπογείων ρευστών προς την επιφάνεια. Αυτή είναι και η πιο συνηθισµένη περίπτωση και πρακτικά παρουσιάζει µεγαλύτερο ενδιαφέρον, αν και οι θερµοκρασίες των ρευστών είναι αισθητά χαµηλότερες ( C). 21

22 Τα γεωθερμικά πεδία είναι οι περιοχές στις οποίες οι συνθήκες για την εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας είναι ευνοϊκές. Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η αυξημένη (σε μικρό ή μεγάλο βαθμό) θερμική ροή (αυτή συνδέεται με την ύπαρξη μαγματικού όγκου σε μικρό σχετικά βάθος), η ύπαρξη υπόγειου υδροφορέα, σε βάθος μικρότερο των 3 km, ο οποίος θερμαίνεται από τον μαγματικό όγκο. Μεταξύ του υδροφορέα και της πηγής θερμότητας πρέπει να υπάρχουν θερμοπερατά στρώματα ή ρήγματα, που ευκολύνουν την κυκλοφορία ρευστών (Εικ.1.3). Και η ύπαρξη πρακτικά αδιαπέρατου, θερμικά και υδραυλικά, στρώματος πάνω από τον υδροφορέα, για την προστασία του θερμικού περιεχομένου του. Εικ.1.3: Σχηματική παράσταση γεωθερμικού πεδίου. Τα γεωθερμικά πεδία διακρίνονται, όπως οι γεωθερμικές ενεργειακές πηγές, σε υψηλής (T > 150 C), μέσης (90 C < T < 150 C) και χαμηλής ενθαλπίας (T < 90 C ). Είναι φανερό ότι τα πεδία ψηλής ενθαλπίας είναι πολύ πιο αποδοτικά από οικονομική και τεχνική άποψη. Τα χαμηλής ενθαλπίας όμως είναι πολύ περισσότερα. 22

23 Η ύπαρξη όμως υψηλής γεωθερμικής βαθμίδας σε κάποια περιοχή δεν είναι η μοναδική συνθήκη-προϋπόθεση για την ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου γεωθερμικού πεδίου. Η γεωθερμική ενέργεια είναι πρωτογενώς αποθηκευμένη μέσα στα πετρώματα, είναι διασκορπισμένη μέσα στη μάζα τους και πρέπει να συγκεντρωθεί και να μεταφερθεί στην επιφάνεια της γης, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί. Το μεταλλικό νερό (σε υγρή ή αέρια φάση) που περιέχεται μέσα σε πορώδη πετρώματα ή σε συστήματα ρηγμάτων αποτελεί το μέσο που μεταφέρει τη θερμότητα από τα πετρώματα αυτά στην επιφάνεια της γης. Έτσι, η παραγωγικότητα μιας θερμικής περιοχής προσδιορίζεται και συχνά καθορίζεται από την υδρολογία των γεωλογικών σχηματισμών. Δεν έχουν όμως όλες οι θερμικές περιοχές κατάλληλη υδρολογία που αποτελεί τη δεύτερη συνθήκη για την ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου γεωθερμικού πεδίου. Κατά συνέπεια, ένα φυσικό γεωθερμικό πεδίο είναι συνδυασμός θερμών πετρωμάτων και ύπαρξης νερού που να κυκλοφορεί μέσα σ' αυτά. Το οικονομικό ενδιαφέρον των γεωθερμικών πεδίων, όπως και όλων των γεωθερμικών πηγών, εξαρτάται και από τη μέγιστη παροχή γεωθερμικού ρευστού που μπορεί να αντληθεί, χωρίς εξάντληση του νερού του θερμού υδροφορέα και χωρίς σημαντική μείωση της θερμοκρασίας του (δηλαδή με βιώσιμη διαχείριση της ανανεώσιμης ενεργειακής πηγής). Η παροχή αυτή εξαρτάται από τον όγκο και τη διαπερατότητα του υδροφόρου στρώματος, καθώς και από την τροφοδοσία του σε νερό και τη διαδικασία θέρμανσής του ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Η γεωθερμική ενέργεια υψηλής ενθαλπίας, που παρέχεται από τα αντίστοιχα πεδία, χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η εκμετάλλευση άρχισε από γεωθερμικά πεδία που παράγουν ξηρό ατμό. Η πρώτη μονάδα λειτούργησε στο Larderello, όπως αναφέρθηκε, το 1913 και είχε ισχύ 250 KW. Σήμερα η εκμετάλλευση έχει επεκταθεί και σε πεδία, τα οποία παράγουν θερμό νερό, ενώ η συνολική εγκαταστημένη ισχύς έχει ξεπεράσει τα 8000 MW. Στην Ελλάδα υπάρχουν γεωθερμικά πεδία ψηλής ενθαλπίας, που συνδέονται με το ηφαιστειακό τόξο του Αιγαίου. Πιο γνωστό είναι το πεδίο της Μήλου, όπου έγινε προσπάθεια για κατασκευή σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, χωρίς όμως να ολοκληρωθεί. Εξ ίσου αξιόλογο είναι και το γεωθερμικό πεδίο της Νισύρου. 23

24 1.8.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ Στις περιοχές της Γης με κανονική θερμοβαθμίδα, δηλαδή στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη, η θερμοκρασία σε βάθος 2000 m φθάνει τους 80 C. Επομένως όλοι οι υδροφορείς που υπάρχουν σ αυτό το βάθος, αποτελούν γεωθερμικές πηγές χαμηλής ενθαλπίας. Για την εκμετάλλευσή τους απαιτούνται γεωτρήσεις μεγάλου βάθους. Γι αυτό το κόστος κατασκευής και λειτουργίας είναι σχετικά μεγάλο. Πάντως σε ορισμένες χώρες γίνεται εκτεταμένη εκμετάλλευση των πηγών αυτών. Ενεργειακές πηγές πολύ χαμηλής ενθαλπίας αποτελούν οι υδροφορείς που βρίσκονται σε μικρό βάθος. Σε κλιματικές συνθήκες όμοιες με τις ελληνικές, η θερμοκρασία σε βάθος m κυμαίνεται από 12 C ως 15 C. Επομένως το νερό των υδροφορέων αυτών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση, με τη βοήθεια αντλίας θερμότητας. Η απόδοση των πηγών αυτών βελτιώνεται, αν το καλοκαίρι διοχετεύεται στον υδροφορέα νερό, που έχει θερμανθεί με ηλιακούς συλλέκτες (ηλιογεωθερμία). Ο συνδυασμός αυτός παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον για τη χώρα μας. Κριτήρια αξίας των γεωθερμικών πηγών χαμηλής ενθαλπίας είναι το ποσό θερμίδων που παρέχουν και η θερμοκρασία του παρεχομένου νερού. Για τον λόγο αυτό η ενέργεια που παράγεται από τις πηγές αυτές, μετρείται με βάση την ποσότητα πετρελαίου που υποκαθιστούν στη θέρμανση κάποιου χώρου (ή σε άλλη χρήση). Η μονάδα μέτρησης ονομάζεται ΤΕΡ (Tonne Equivalent Petrole = ισοδύναμο τόνου πετρελαίου). Η χώρα μας παρουσιάζει ένα αρκετά αξιόλογο δυναμικό γεωθερμικής ενέργειας χαμηλής ενθαλπίας. Με τις σημερινές γνώσεις μας από τα δεδομένα των γεωτρήσεων και από άλλες ενδείξεις στα γεωθερμικά πεδία, εκτιμάται ότι το βεβαιωμένο συνολικό δυναμικό της γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας (με βάση την απόρριψη των νερών σε θερμοκρασίες περίπου 25 C) ανέρχεται σε ΜWth, περίπου. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΒΑΘΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ομαλή ή αβαθής γεωθερμική ενέργεια καλείται η ενέργεια που προέρχεται από την εκμετάλλευση της θερμότητας των γεωλογικών σχηματισμών και των νερών, επιφανειακών και υπόγειων, που δεν χαρακτηρίζονται γεωθερμικό δυναμικό και 24

25 βρίσκονται σε μικρό βάθος. Οι θερμοκρασίες των πετρωμάτων και υπόγειων νερών, που αναπτύσσει η ομαλή γεωθερμική ενέργεια σε βάθη m, είναι κατά το πλείστον κατώτερες από 25 C. Στην περίπτωση αυτή μιλάμε για αβαθή υπεδαφική θερμότητα, η οποία είναι μία περιβαλλοντική ενέργεια, όταν μάλιστα μέρος αυτής, κυρίως στα βάθη των 0-30 m περίπου, είναι ηλιακής προέλευσης. Στα βάθη 0-15 m το ποσοστό της θερμότητας ηλιακής προέλευσης γίνεται εμφανές, αυξανόμενο καθώς μικραίνει η απόσταση από την εδαφική επιφάνεια και καθώς μεγαλώνει το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Η περιβαλλοντική θερμική ενέργεια αξιοποιείται με τις αντλίες θερμότητας, οι οποίες αποτελούν σήμερα σημαντικό μέσο εξοικονόμησης ενέργειας και περιορισμού των ρυπογόνων καυσίμων. 2.2 ΕΚΜΕΤΑΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΒΑΘΟΥΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η αβαθής γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται σήμερα εμπορικά με αντλίες θερμότητας συνδεδεμένες στο έδαφος για θέρμανση και ψύξη κτιρίων και παραγωγή ζεστού νερού. Η εκμετάλλευση αυτής της μορφής ενέργειας γίνεται με δύο τρόπους. Χρησιμοποιώντας ως πηγή ενέργειας είτε τα αβαθή υπόγεια νερά, είτε τη θερμοκρασία των πετρωμάτων μικρού βάθους. Πλεονέκτημα των αβαθών γεωθερμικών πηγών είναι οι σταθερές θερμοκρασίες καθ όλη τη διάρκεια του έτους, αφού δεν επηρεάζονται από τις θερμοκρασιακές και μετεωρολογικές, εποχιακές και ημερήσιες μεταβολές που συμβαίνουν στην επιφάνεια της Γης. Στην αβαθή γεωθερμία μια πλήρης εγκατάσταση αποτελείται κυρίως από τη γεωθερμική αντλία θερμότητας (ΓΑΘ), το γεωθερμικό εναλλάκτη (γεωεναλλάκτης) του οποίου υπάρχουν 2 είδη: 1) κλειστού κυκλώματος (κάθετο, οριζόντιο) 2) ανοικτού κυκλώματος (γεωτρήσεις, πηγάδια, λίμνες, ποτάμια, θάλασσα) και το σύστημα θέρμανσης/ ψύξης εντός του κτιρίου. 25

26 2.3 ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΕΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (Ground-coupled heat pumps) Περιλαμβάνουν μηχανικές αντλίες θερμότητας που χρησιμοποιούν το νερό το οποίο προέρχεται από υπόγειες πηγές (κρύες, χλιαρές ή θερμές γεωτρήσεις, εγκαταλειμμένα ορυχεία, κλπ) με θερμοκρασία C, επιφανειακές πηγές (λίμνες, ποταμοί, θάλασσα) θερμοκρασίας 5-25 C, γεωτρήσεις με εναλλάκτες θερμότητας, που παράγουν νερό θερμοκρασίας 0-15 C. Χαρακτηρίζονται από αποδοτικότητα υψηλής ενέργειας με ένα μέσο συντελεστή απόδοσης (COP) 3 για τις εγκατεστημένες μονάδες. COP είναι ο συντελεστής απόδοσης μίας αντλίας θερμότητας και ορίζεται ως ο λόγος της ωφέλιμης ενέργειας που παράγεται προς την καταναλισκόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Οι νέες μονάδες έχουν υψηλότερο συντελεστή απόδοσης (> 4,0). Ένα σύστημα αποτελείται από 1) τη μηχανική μονάδα της αντλίας θερμότητας, 2) τον εναλλάκτη θερμότητας κλειστού ή ανοικτού συστήματος, και 3) το σύστημα κυκλοφορίας νερού στο κτίριο. Οι αντλίες θερμότητας συνδεδεμένες στο έδαφος μπορούν να παράγουν νερό θερμοκρασίας C και κατά συνέπεια, συνδυάζονται με συστήματα θέρμανσης χαμηλής θερμοκρασίας όπως τις τοπικές μονάδες ανεμιστήραστοιχείου (fan-coils), τη θέρμανση δαπέδων και τις μονάδες τροφοδοσίας αέρα (air handling). Μπορούν επίσης να παρέχουν ψύξη κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου για τα θερμότερα κλίματα. Στην Ελλάδα, η εγκατεστημένη ισχύς γεωθερμικών αντλιών θερμότητας περιλαμβάνει λίγες πιλοτικές εφαρμογές και αντιστοιχεί σε 4 MWth περίπου. Η κυρίαρχη χρήση των Ground Source Heat Pumps (GSHP, εδαφικής πηγής αντλίες θερμότητας) είναι ο κλιματισμός (θέρμανση-ψύξη ) των κτιρίων. Σύμφωνα με την Αμερικάνικη Environmental Protection Agency (EPA) από το 1993 χαρακτηρίστηκε «το πιο ενεργειακά αποδοτικό, περιβαλλοντικά καθαρό και οικονομικά σκόπιμο σύστημα κλιματισμού». Αυτή η τοποθέτηση αποδεικνύεται ακόμη πιο αληθινή στη παρούσα φάση όπου η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται και να βελτιώνεται ενώ οι συμβατικές τεχνολογίες έχουν πιάσει τα όριά τους και οι τιμές της ενέργειας έχουν συνεχιζόμενη ανοδική πορεία. Πολλές 26

27 παραλλαγές των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας είναι διαθέσιμες (νερούνερού, νερού-αέρα, νερού-αέρα και ζεστού νερού κτλ) με αποτέλεσμα να υπάρχει ευελιξία στο σχεδιασμό και την εγκατάσταση συστημάτων θέρμανσης-ψύξης σε όλα τα κτίρια και ταυτόχρονα να επιτυγχάνονται ασύγκριτες αποδόσεις σε σχέση με τα ανταγωνιστικά συστήματα. Πλεονεκτήματα Τα οικονομικά τους πλεονεκτήματα είναι ότι έχουν μειωμένο λειτουργικό κόστος, λόγω μεγαλύτερης απόδοσης και στη θέρμανση και στη ψύξη όταν συγκρίνεται με ανταγωνιστικά συστήματα, έχουν μειωμένη ηλεκτρική κατανάλωση και κυρίως σε περιόδους αιχμής στη ψύξη, δεν υπάρχει κόστος συντήρησης επειδή όλος ο εξοπλισμός βρίσκεται σε εσωτερικό χώρο και δεν έχει απαιτήσεις καθαρισμού και τέλος ο μεγάλος χρόνος ζωής του εξοπλισμού και επομένως ασυναγώνιστη οικονομική απόδοση στο χρόνο ζωής (25 χρόνια για τον μηχανικό εξοπλισμό περισσότερο από 50χρόνια για το γεωεναλλάκτη). Πλεονεκτήματα χωροταξίας τα οποία είναι η βελτιωμένη αισθητική χωρίς εξωτερικές μονάδες και χωρίς προβλήματα φθοράς ή κλοπής, δεν υπάρχουν εξωτερικές σωληνώσεις και ηλεκτρικές παροχές και επίσης δεν έχουν τα ανοίγματα αερισμού. Άνεση και Ασφάλεια για τους χρήστες λόγω του ότι δεν παράγεται μονοξείδιο του άνθρακα άρα δεν υπάρχουν οσμές και ρύποι. Επίσης η λειτουργία του είναι απλή και δεν υπάρχει θέμα ανεφοδιασμού και αποθήκευσης. Και τέλος τα περιβαλλοντικά οφέλη είναι ότι η κατασκευή είναι συμπαγής χωρίς διαφυγές ψυκτικών υγρών και έχουμε σημαντική ελάττωση των εκπομπών των αερίων που δημιουργούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. 2.4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ Τα συστήματα γεωθερμίας που εκμεταλλεύονται την αβαθή γεωθερμική ενέργεια διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: i) Συστήματα γεωθερμίας κλειστού κυκλώματος α) οριζόντια γεωθερμικά συστήματα (εκσκαφή), β) κατακόρυφα γεωθερμικά συστήματα (γεωτρήσεις). 27

28 ii) Συστήματα γεωθερμίας ανοικτού κυκλώματος. Εικ. 1.4: Συστήματα αβαθούς γεωθερμίας Πηγή: i) Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες κλειστού κυκλώματος αποτελούνται από υπόγειο δίκτυο με πλαστικούς σωλήνες υψηλής αντοχής (γεωεναλλάκτης), που λειτουργεί ως εναλλάκτης θερμότητας, με διάρκεια ζωής άνω των 50 ετών. Στους εναλλάκτες γεωθερμίας κυκλοφορεί διάλυμα νερού με φιλικό προς το περιβάλλον αντιψυκτικό, οι οποίοι συνδέονται με την αντλία θερμότητας όπου και ολοκληρώνεται κύκλωμα. Ένα κλειστό κύκλωμα συνεχώς επανακυκλοφορεί, υπό πίεση, το διάλυμα που μεταφέρει την θερμότητα. Για την ομαλή τροφοδοσία της αντλίας θερμότητας είναι απαραίτητος κυκλοφορητής. Το κύκλωμα της γης και του σπιτιού, είναι κλειστό και κατά συνέπεια δεν παρουσιάζονται επικαθίσεις αλάτων, με αποτέλεσμα οι απαιτήσεις για συντήρηση του συστήματος να είναι μικρές. Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες κλειστού κυκλώματος, μπορεί να είναι : α) οριζόντιοι γεωεναλλάκτες, β) κατακόρυφοι γεωεναλλάκτες (γεωτρήσεις), ανάλογα με τον τρόπο τοποθέτησης των σωλήνων μέσα στη Γή. α) Τα οριζόντια συστήματα γεωθερμίας (horizontal-erdreich/ flaechenkollektor) χρησιμοποιούν γεωθερμικό εναλλάκτη, που είναι τοποθετημένος παράλληλα προς την επιφάνεια του εδάφους σε βάθος συνήθως μ σε μια ή περισσότερες στρώσεις σωλήνων. 28

29 β) Στα κατακόρυφα συστήματα γεωθερμίας (vertical-tiefenbohrung/erdsonde) ο γεωθερμικός εναλλάκτης είναι τοποθετημένος κάθετα στην επιφάνεια του εδάφους, μέσα σε γεωτρήσεις ανοιγμένες από γεωτρύπανο και σε βάθη που κυμαίνονται συνήθως από μ. Συγκριτικά μπορούμε να πούμε ότι τα κατακόρυφα συστήματα (γεωτρήσεις) πλεονεκτούν των οριζοντίων, γιατί δεσμεύουν μικρότερες ποσότητες επιφάνειας γης για την εγκατάσταση τους και είναι πιο «σταθερά», διότι δεν επηρεάζονται σχεδόν καθόλου από τις εποχικές μεταβολές, λόγω μεγαλύτερου βάθους εγκατάστασης. ii) Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες ανοιχτού κυκλώματος χρησιμοποιούν υπόγεια ύδατα (από υδρογεωτρήσεις) ή επιφανειακά (από λίμνη, πηγάδι, ποτάμι, ή τη θάλασσα), ως πηγή θερμότητας - ψύξης και χώρους απόθεσης/επιστροφής του νερού. Αντλούν νερό από υπόγειο ταμιευτήρα με χρήση γεώτρησης και ενδιάμεσου εναλλάκτη νερού/νερού που παρεμβάλλεται μεταξύ της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας (ΓΑΘ) και του ανοικτού κυκλώματος, προσδίδουν ή απορροφούν ενέργεια στο σύστημα πριν το νερό επιστρέψει στον ταμιευτήρα από άλλη γεώτρηση. Το σύστημα αυτό ενδείκνυται σε περιοχές με ρηχό βάθος υδροφόρου ορίζοντα, ώστε να απαιτούνται μικρές γεωτρήσεις νερού. Και σε αυτή την περίπτωση αξιοποιείται με γεωτρήσεις η ιδιότητα της σταθερής θερμοκρασίας που έχουν τα νερά του υπόγειου ταμιευτήρα καθ' όλο τον χρόνο ανεξάρτητα από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούν. Στην αβαθή γεωθερμία ανοιχτού κυκλώματος απαιτούνται δύο τουλάχιστον γεωτρήσεις. Από τη μία γεώτρηση γίνεται άντληση νερού από τους υπόγειους υδροφόρους και διοχετεύεται στη γεωθερμική αντλία όπου προσδίδει ή απορροφά ενέργεια στο σύστημα μας πριν το νερό επιστρέψει στον ταμιευτήρα από τη δεύτερη γεώτρηση. 2.5 ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ- ΨΥΞΗΣ Η εγκατάσταση θέρμανσης και ψύξης της κατοικίας, δεν διαφέρει σε τίποτε από τις γνωστές μας εγκαταστάσεις. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ενδοδαπέδιο ή ενδοτοίχειο σύστημα θέρμανσης και δροσισμού ή σύστημα fan coils για θέρμανση και ψύξη. Ακόμη και σώματα θερμαντικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν (αλλά θα είναι πολύ μεγάλα σε μέγεθος 29

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες είναι τα συστήματα που αποβάλλουν ή απορροφούν θερμότητα από μια πηγή θερμότητας όπως το έδαφος ή η λίμνη ή η θάλασσα ή το πηγάδι. Η αποβολή ή απορρόφηση πραγματοποιείται με την κυκλοφορία νερού ή κάποιου άλλου υγρού, δια μέσου σωληνώσεων που ξεκινούν από την πηγή θερμότητας ή ψυχρότητας και καταλήγουν στο χώρο που θέλουμε να θερμάνουμε ή να ψύξουμε αντίστοιχα. Υπάρχουν δύο ειδών Γεωθερμικοί Εναλλάκτες: οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοιχτού Κυκλώματος και οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος Οι Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοικτού Κυκλώματος χρησιμοποιούν επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα ως πηγή θερμότητας - ψύξης και χώρους απόθεσης του νερού που επιστρέφει υποβαθμισμένο. Τέτοιες πηγές είναι η λίμνη, το πηγάδι, το ποτάμι, η γεώτρηση ή και η ίδια η θάλασσα. Ενδεικτικά ένα σπίτι 280 τετραγωνικών μέτρων απαιτεί περίπου 30 με 57 λίτρα ανά λεπτό παροχής νερού. Τα πλεονεκτήματά του είναι ότι το σύστημα αυτό είναι οικονομικότερο από του κλειστού κύκλου όταν υπάρχει λίμνη ή ήδη ανοιγμένο πηγάδι ή γεώτρηση που να μπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις και είναι ευκολότερη η εγκατάστασή του, καθώς εκλείπουν παράγοντες όπως: αντιψυκτικό, κρυμμένες διαρροές, σωληνώσεις που πρέπει να απαλλαχθούν από τον αέρα. Τα μειονεκτήματα του είναι ότι η ποιότητα του νερού μπορεί να αλλάξει με το χρόνο και η ποσότητα του νερού μπορεί να μεταβάλλεται ακανόνιστα ειδικά κατά περιόδους ξηρασίας. Επίσης αν ανοιχθεί πηγάδι, υπάρχει η αβεβαιότητα αν θα υπάρχει νερό ή αν θα καλύψει τις ανάγκες και σε πολλές περιοχές δεν επιτρέπεται το άνοιγμα πηγαδιού ή γεώτρησης. Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες κλειστού κυκλώματος αποτελούνται από ένα υπόγειο ή υποθαλάσσιο δίκτυο από υψηλής αντοχής πλαστικούς σωλήνες, που λειτουργεί ως εναλλάκτης θερμότητας. Για να συλλέξουμε θερμότητα από τη γη τροφοδοτούμε το δίκτυο με νερό το οποίο αποκτά τη θερμοκρασία της γης. Όπου εφαρμόζονται Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος χρησιμοποιείται και ένας κυκλοφορητής για την ομαλή τροφοδοσία της Αντλίας Θερμότητας. 30

31 Το πλεονέκτημα του γεωεναλλάκτη κλειστού κυκλώματος είναι ότι το κύκλωμα της γης και του σπιτιού, είναι κλειστά και κατά συνέπεια δεν παρουσιάζονται επικαθίσεις αλάτων σε αυτά, με αποτέλεσμα η συντήρηση του συστήματος να είναι μηδαμινή. Υπάρχουν τρεις τύποι Κλειστού Κυκλώματος Γεωθερμικών Εναλλακτών ανάλογα με την διάταξη του δικτύου σωληνώσεων στο έδαφος τα οποία είναι το οριζόντιο σύστημα, το κατακόρυφο σύστημα και το σπειροειδές σύστημα. Επίσης με βάση την φύση των ρευστών οι εναλλάκτες διακρίνονται σε εναλλάκτες : Αερίου αερίου Αερίου υγρού Υγρού υγρού Συμπύκνωσης ατμού υγρού Συμπύκνωσης ατμού αερίου Εξάτμισης υγρού θερμού αερίου/υγρού Εξάτμισης υγρού συμπυκνωμένου ατμού 3.1 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Ο σχεδιασμός του Γεωθερμικού Εναλλάκτη περιλαμβάνει την επιλογή του τύπου του εναλλάκτη, την επιλογή της αντλίας κυκλοφορίας και την διαστασιολόγηση του εναλλάκτη. Η αντλία κυκλοφορίας πρέπει να είναι τέτοιας ισχύος ώστε να υπερνικά τις αντιστάσεις του υγρού διαμέσου του Γεωθερμικού Εναλλάκτη και της Αντλίας Θερμότητας. Για την διαστασιολόγηση του εναλλάκτη απαιτούνται οι υπολογισμοί της απαιτούμενης ενέργειας θέρμανσης-ψύξης, η επιλογή σωλήνα και η επιλογή υγρού κυκλοφορίας. 31

32 Οι ενεργειακοί υπολογισμοί πραγματοποιούνται με μια από τις δύο βασικές μεθόδους: - μέθοδος βαθμημερών που είναι η πιο απλή αλλά δίνει και τα φτωχότερα αποτελέσματα. - μέθοδος ώρα με ώρα η οποία πραγματοποιείται με την βοήθεια software (π.χ. trancys ) και χρησιμοποιείται συνήθως για μεγάλες εγκαταστάσεις. Στην επιλογή σωλήνας το πολυαιθυλαίνιο είναι το πιο διαδεδομένο από τα υλικά που χρησιμοποιούνται για σωλήνωση του Γεωθερμικού Εναλλάκτη κλειστού τύπου. Ο σχεδιαστής πρέπει να επιλέξει την λεπτότερη δυνατόν σωλήνα για τον εναλλάκτη, ώστε να διευκολύνει την μετάδοση θερμότητας και την πιο χοντρή σωλήνα για τα μέρη του εναλλάκτη που βρίσκονται έξω από το έδαφος ως το σύστημα Θέρμανσης. Εικ 1.6: Σωλήνα πολυαιθυλενίου Πηγή: Η επιλογή υγρού κυκλοφορίας είναι πολύ σημαντική. Το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υγρό κυκλοφορίας σε περιπτώσεις όπου η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει ζεστή. Σε ορισμένες ορεινές περιοχές της χώρας όπου η θερμοκρασία του εδάφους το χειμώνα είναι πολύ χαμηλή η λύση είναι η προσθήκη αντιψυκτικού στο νερό. Το αντιψυκτικό θα πρέπει να έχει σημείο ψύξης 10ºC κάτω από την κατώτερη αναμενόμενη θερμοκρασία του συστήματος. Για το μέγεθος του γεωθερμικού εναλλάκτη απαιτείται η γνώση των θερμοκρασιών του εδάφους και των θερμικών αποκρίσεων στο βάθος εγκατάστασης, ο καθορισμός της περιοχής εγκατάστασης του εναλλάκτη, αυτό 32

33 περιλαμβάνει το βάθος και το πλάτος της σωλήνωσης, η γνώση της σύστασης του εδάφους και των θερμοκρασιών του και ο καθορισμός των μεγίστων και ελαχίστων θερμοκρασιών του υγρού που εισέρχεται στην Αντλία Θερμότητας. Επίσης απαιτέιται ο καθορισμός της αντίστασης του εδάφους και του σωλήνα όσον αφορά την μεταφορά θερμότητας. Τέλος απαιτείται ο καθορισμός των ετήσιων αναγκών ενέργειας για θέρμανση και ψύξη (προσοχή ο Γεωθερμικός Εναλλάκτης διαστασιολογείται βάση των συνολικών ετήσιων αναγκών και όχι βάση της μέγιστης απαιτούμενης ισχύς όπως γίνεται με τα καλοριφέρ) και ο υπολογισμός του μεγέθους του εναλλάκτη. 3.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ Ο σχεδιασμός του Γεωθερμικού Εναλλάκτη περιλαμβάνει την επιλογή του τύπου του εναλλάκτη, ανάλογα με την πηγή θερμότητας (πηγάδι, λίμνη, κ.ά.), την επιλογή της αντλίας νερού πηγαδιού και την διαστασιολόγηση του εναλλάκτη. Η αντλία νερού - πηγαδιού είναι συνήθως εμβαπτιζόμενη αντλία. Επιλέγεται με βάση τη συνιστώμενη παροχή νερού, τις απώλειες λόγω τριβής συμπεριλαμβανομένων των απωλειών της σωλήνωσης, της βαλβίδας και του εναλλάκτη θερμότητας και την πίεση στο σημείο άντλησης. Στις γεωτρήσεις οι εμβαπτιζόμενες αντλίες χρειάζονται λιγότερη ενέργεια από αντλίες άλλου τύπου. Η αναρρόφηση της αντλίας πρέπει να εγκατασταθεί αρκετά βαθιά, 4,5 μέτρα τουλάχιστον κάτω από το επίπεδο χαμηλότερης στάθμης. Εικ.1.7: Αντλία νερού πηγαδιού Πηγή: 33

34 Για την διαστασιολόγηση του εναλλάκτη απαιτείται ο υπολογισμός της απαιτούμενης ισχύος θέρμανσης - ψύξης του κτιρίου και η επιλογή σωλήνα. Το πολυαιθυλαίνιο είναι το πιο διαδεδομένο από τα υλικά που χρησιμοποιούνται για σωλήνωση του Γεωθερμικού Εναλλάκτη ανοικτού τύπου. Για την διαστασιολόγηση του Γεωθερμικού Εναλλάκτη απαιτείται η γνώση των θερμοκρασιών του νερού κατά τη διάρκεια του χρόνου, ο υπολογισμός απαιτούμενης παροχής και η επιλογή διατομής δικτύου. 3.3 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΓΕΩΘΕΡΜΚΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ Γεωθερμικό σύστημα κάθετων εναλλακτών: Μια λύση για μικρές εδαφικές εκτάσεις. Αποτελεί την λύση που αξιοποιεί την διαθέσιμη θερμότητα εντός του εδάφους, το οποίο έως τα μ. παρουσιάζει σταθερή θερμοκρασία της τάξεως 12 C έως 17 C. Με τη βοήθεια γεωτρυπάνου κατασκευάζεται μία γεώτρηση (διαμέτρου 10-15cm) εντός της οποίας εισάγεται ένας γεωθερμικός εναλλάκτης: θέτοντας σε κυκλοφορία το ρευστό θερμαντικό μέσο στο βάθος της γεώτρησης απορροφάται θερμότητα, η οποία ανταλλάσσεται στην επιφάνεια στο εσωτερικό μίας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας (ΓΑΘ). Η συγκεκριμένη εγκατάσταση δεν καλύπτει μεγάλο χώρο και εφαρμόζεται σε πολύ μικρές επιφάνειες οικόπεδα. Σε περιπτώσεις ανέγερσης νέου κτιρίου οι γεωτρήσεις δύναται να διανοιχθούν κάτω από την θεμελίωση και πριν αυτής. Επίσης είναι εύκολη και η αποκατάσταση του χώρου εργασιών. Γεωθερμικό σύστημα οριζόντιων εναλλακτών: Αξιοποιεί την επιφανειακή θερμότητα του εδάφους Αυτή η τεχνολογία εκτός του ότι εκμεταλλεύεται την θερμότητα του εδάφους είναι εκτεθειμένη στην ηλιακή ακτινοβολία η οποία και συγκεντρώνεται στα επιφανειακά στρώματά του (0-15μ). Οι οριζόντιοι γεωεναλλάκτες όπως και οι κατακόρυφοι, είναι εναλλάκτες από πλαστικό υλικό, τοποθετούνται οριζοντίως σε σκάμμα βάθους 1-2μ. Εντός των εναλλακτών κυκλοφορεί σε κλειστό κύκλωμα, ένα μείγμα νερού και αντιψυκτικού υγρού το οποίο απορροφά την θερμότητα του εδάφους και την αποδίδει στην γεωθερμική αντλία θερμότητας. Η χρήση και τοποθέτηση 34

35 οριζόντιων εναλλακτών προϋποθέτει μεγάλες εκτάσεις, που κατά περίπτωση αντιστοιχούν στο διπλάσιο και τριπλάσιο της επιφανείας του προς κλιματισμό εσωτερικού χώρου. Μια παραλλαγή αυτής της επιλογής προβλέπει την χρήση οριζόντιων εναλλακτών από χαλκό εντός των οποίων κυκλοφορεί απευθείας το ψυκτικό υγρό της αντλίας θερμότητας, με αποτέλεσμα την απλούστευση των μηχανολογικών εγκαταστάσεων (εγκαταστάσεις «ενεργούς διάχυσης»). ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ RETScreen International Το Λογισμικό Ανάλυσης Έργων Καθαρής Ενέργειας RETScreen είναι ένα μοναδικό εργαλείο λήψης αποφάσεων που δημιουργήθηκε με την συμβολή μεγάλου αριθμού ειδικών από την κυβέρνηση, την βιομηχανία και την εκπαίδευση. Το λογισμικό, το οποίο παρέχεται δωρεάν, μπορεί να χρησιμοποιηθεί παγκοσμίως για να αποτιμήσει την ενεργειακή παραγωγή και εξοικονόμηση, το κόστος κύκλου ζωής, τη μείωση εκπομπών, τα οικονομικά και την ανασφάλεια των διαφόρων τεχνολογιών ενεργειακής απόδοσης και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ). Το λογισμικό περιλαμβάνει επίσης βάσεις δεδομένων με προϊόντα, κόστος και κλιματολογικά δεδομένα και ένα αναλυτικό εγχειρίδιο χρήστη. Το λογισμικό αυτό μειώνει σημαντικά τα κόστη (τόσο τα οικονομικά όσο και τα χρονικά) που σχετίζονται με τον εντοπισμό και την αξιολόγηση πιθανών ενεργειακών έργων. Αυτά τα κόστη, τα οποία ανακύπτουν στα στάδια προσκοπιμότητας, σκοπιμότητας, ανάπτυξης, και σχεδιασμού, μπορούν να αποτελέσουν σημαντικά εμπόδια για την ανάπτυξη των Ενεργειακά Αποδοτικών Τεχνολογιών και Τεχνολογιών ΑΠΕ. Βοηθώντας στην άρση αυτών των εμποδίων, το λογισμικό αυτό μειώνει το κόστος της υλοποίησης έργων και της επιχειρηματικότητας στον τομέα της καθαρής ενέργειας. Το RETScreen επιτρέπει στους φορείς λήψης αποφάσεων και τους επαγγελματίες να προσδιορίζουν εάν ή όχι ένα προτεινόμενο έργο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ενεργειακής απόδοσης, ή συμπαραγωγής ενέργειας είναι οικονομικά σκόπιμο. Αν ένα έργο είναι βιώσιμο ή αν δεν είναι το RETScreen θα βοηθήσει το φορέα λήψης αποφάσεων να το αντιληφθεί γρήγορα, αδιαμφισβήτητα, σε φιλικό προς το χρήστη περιβάλλον και με σχετικά ελάχιστο κόστος. 35

36 Το RETScreen International είναι ένα πρόγραμμα το οποίο αποτελείται από ένα τυποποιημένο και ενσωματωμένο λογισμικό ανάλυσης της καθαρής ενέργειας το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί παγκοσμίως για να αξιολογήσει την ενεργειακή παραγωγή και τις μειώσεις των εκπομπών των αερίων του φαινόμενου του θερμοκηπίου για διάφορους τύπους ενέργειας. Το πρόγραμμα αποτελείται από μια σειρά από φύλλα εργασίας. Αυτά τα φύλλα εργασίας ακολουθούν μια τυποποιημένη προσέγγιση για όλα τα πρότυπα RETScreen. Εκτός από το λογισμικό και τα εργαλεία περιλαμβάνει: βάσεις δεδομένων προϊόντων, καιρού και δαπανών, ένα εγχειρίδιο χρήσης σε μια ιστοσελίδα internet με περιπτώσεις μελετών του προγράμματος και εκπαιδευτικά μαθήματα. 4.1 ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΡΓΩΝ ΚΑΘΑΡΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ RETScreen. Το πρόγραμμα αποτελείται από πέντε βήματα πρότυπης ανάλυσης τα οποία είναι: 1) Ενεργειακό μοντέλο 2) Ανάλυση κόστους 3)Ανάλυση εκπομπών 4)Οικονομική ανάλυση 5)Ανάλυση ευαισθησίας και κινδύνων της επένδυσης Το λογισμικό χρησιμοποιεί το περιβάλλον εργασίας του λογισμικού Excell, ενώ κάθε βήμα αποτελεί ένα διαφορετικό φύλλο εργασίας. Σε κάθε κελί του φύλου εργασίας, το οποίο είναι «σκιασμένο», ο χρήστης μπορεί να εισάγει τα δεδομένα του. Όλα τα άλλα κελιά, τα οποία δεν είναι απαραίτητο να συμπληρωθούν είναι προστατευμένα ώστε να αποτρέψουν τον χρήστη να διαγράψει ίσως κάποια εξίσωση κατά λάθος ή κάποιο κελί αναφοράς. Η κωδικοποίηση των χρωματισμών των κελιών του λογισμικού Retscreen για τα κελιά εισαγωγής και εξαγωγής δεδομένων και αποτελεσμάτων παρουσιάζονται παρακάτω. 36

37 4.2 ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΚΩΔΙΚΩΝ ΧΡΩΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΚΕΛΙΩΝ Ο χρήστης εισάγει τα δεδομένα στα σκιασμένα κελιά των φύλλων εργασίας. Όλα τα άλλα κελιά τα οποία δεν είναι απαραίτητο να συμπληρωθούν είναι προστατευμένα για να αποτρέψουν τον χρήστη από το να διαγράψει κατά λάθος κάποιο κελί. Η κωδικοποίηση των χρωματισμών του προγράμματος RETScreen για τα κελιά εισόδου εξόδου παρουσιάζονται παρακάτω(εικ:1.8): Εικ 1.8:εξήγηση χρωμάτων 4.3 ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ & ΒΟΗΘΕΙΑΣ Ο χρήστης μπορεί να έχει διαθέσιμη την βάση δεδομένων (προϊόντων και καιρού) μέσω του διαδικτύου «κλικάροντας» την αντίστοιχη εικόνα στην γραμμή εργαλείων του RETScreen. Παραδείγματος χάριν, για να έχει πρόσβαση στο online εγχειρίδιο χρηστών κάνει κλικ στο εικονίδιο "?" όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. (εικ: 1.9) Εικόνα 1.9:RETScreen Μενού και Μπάρα Εργασίας 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΜΕΛΕΤΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΑ ΜΕ ΤΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ RETScreen International Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνει η μελέτη για ένα σύστημα αβαθούς γεωθερμίας σε μία μονοκατοικία m που βρίσκεται στην περιοχή της Καβάλας. Αυτή η μελέτη θα πραγματοποιηθεί για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις για θέρμανση κατά τους χειμερινούς μήνες και ψύξη κατά τους καλοκαιρινούς μήνες του κτιρίου με ένα σύστημα αβαθούς γεωθερμίας με γεωθερμικό εναλλάκτη κλειστού κυκλώματος και με την χρήση αντλίας θερμότητας. Θα χρησιμοποιήσουμε το κάθετο σύστημα γεωθερμικού εναλλάκτη κατά το οποίο θα πρέπει να γίνουν γεωτρήσεις ώστε να μπουν οι σωληνώσεις για την απαγωγή θερμότητας από το έδαφος. Χρησιμοποιούμε αυτό το σύστημα εναλλάκτη γιατί δεν έχουμε μεγάλη επιφάνεια γης που χρειάζεται για τον οριζόντιο εναλλάκτη. Επίσης η χρήση του κάθετου συστήματος έχει και ένα μεγάλο πλεονέκτημα το οποίο είναι το ότι σε λίγο μεγαλύτερα βάθη η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει σταθερή καθ όλη τη διάρκεια του έτους και ίση με τον μέσο όρο των χειμερινών και θερινών μέσων θερμοκρασιών της ατμόσφαιρας. Η θέρμανση και ψύξη της κατοικίας θα γίνεται με fan coil τα οποία χρησιμοποιούνται στην περίπτωση που χρησιμοποιείται αντλία θερμότητας. Η μελέτη αυτή θα γίνει με το υπολογιστικό πρόγραμμα Retscreen International. 5.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ Η κατοικία για την οποία θα γίνει η μελέτη είναι m και αποτελείται από το σαλόνι στον οποίο συνυπάρχει και ένας χώρος γραφείου τα οποία ενώνονται με την τραπεζαρία που είναι ενιαία με την κουζίνα, τέσσερα υπνοδωμάτια, μία αποθήκη, δύο χωλ και δύο λουτρά. Για την θέρμανση υπολογίζουμε όλα τα σημεία του σπιτιού εκτός από την αποθήκη και το ένα μικρό χώλ στα οποία δεν είναι απαραίτητη η θέρμανση και τα οποία υπολογίζονται σε m. Ενώ για την ψύξη του κτιρίου υπολογίζουμε τα τέσσερα υπνοδωμάτια, την τραπεζαρία με την κουζίνα τα οποία είναι ενιαίος χώρος και το σαλόνι. Όλοι αυτοί οι χώροι υπολογίζονται ότι είναι 109 του κτιρίου. (εικ.1.10) 2 m. Παρακάτω παρατείθεται το σχέδιο της κάτοψης 38

39 Εικ.1.10: Σχέδιο κάτοψης της κατοικίας 5.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΣΤΗΝ ΚΑΤΟΙΚΙΑ Ξεκινάμε να βάζουμε τα στοιχεία της κατοικίας και των υλικών και μονάδων που θα χρησιμοποιήσουμε. Στο πρώτο φύλλο που μας ανοίγει το οποίο ονομάζεται εκκίνηση, συμπληρώνουμε την ονομασία του έργου μας, την τοποθεσία του και από ποιόν συντάχθηκε το πρόγραμμα. Επίσης επιλέγουμε τον τύπο του έργου που θα μελετήσουμε, που στην περίπτωσή μας είναι η «Συμπαραγωγή θερμότητας και ψύξης». Τέλος επιλέγουμε τοποθεσία κλιματικών δεδομένων που στην περίπτωσή μας είναι η Καβάλα. (εικ.1.11) 39

40 Εικ.1.11: Retscreen Φύλλο Εκκίνησης Στην συνέχεια προχωρούμε στο δεύτερο φύλλο του Retscreen το οπόιο ονομάζεται φορτίο κι δίκτυο. Σε αυτό το φύλλο αρχίζουμε να τοποθετούμε τα στοιχεία της κατοικίας μας. Δίνουμε την θερμαινόμενη επιφάνεια του κτιρίου η οποία είναι m, τον τύπο καυσίμου που στην περίπτωσή μας είναι η ηλεκτρική ενέργεια, το φορτίο θέρμανσης του κτιρίου το οποίο σύμφωνα με τον κανονισμό είναι 80 W/ m 2 σε κατοικίες φτιαγμένες μετά το 1980 και τη ζήτηση οικιακού ζεστού νερού που σύμφωνα με συγκεκριμένες τιμές που υπάρχουν στους πίνακες του προγράμματος επιλέγουμε την τιμή του 15%. Τέλος δίνουμε την τιμή του καυσίμου στα 0,10 /KWh και μας υπολογίζει μόνο του τα υπόλοιπα πεδία. (εικ.1.12) 40

41 Εικ.1.12:Retscreen Φύλλο φορτίο και δίκτυο, Έργο παραγωγής θερμότητας Στο Φορτίο και δίκτυο επίσης συμπληρώνουμε και τα στοιχεία για το έργο ψύξης. Συμπληρώνουμε την ψυχόμενη επιφάνεια του κτιρίου η οποία είναι m. Επίσης συμπληρώνουμε τον τύπο καυσίμου ο οποίος είναι πάλι η ηλεκτρική ενέργεια, τον συντελεστή απόδοσης τον οποίο σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος τον βάζουμε 3,0. Το φορτίο ψύξης για το κτίριο το βάζουμε 40 W/ 2 m σύμφωνα με κανονισμούς για απώλειες του κτιρίου και την τιμή καυσίμου στα 0,10 /KWh και μας υπολογίζει και πάλι τα υπόλοιπα πεδία. (εικ.1.13) 41

42 Εικ.1.13: Retscreen Φύλλο Φορτίο και Δίκτυο, Έργο ψύξης Στην παρακάτω εικόνα (εικ.1.14) έχουμε τα μηνιαία φορτία και την ετήσια αιχμή φορτίου βασικής περίπτωσης. Εικ.1.14: Retscreen Φύλλο Φορτιο και Δίκτυο, Χαρακτηριστικά φορτίου βασικής περίπτωσης 42

43 Στη συνέχεια βλέπουμε το διάγραμμα των χαρακτηριστικών του φορτίου που μας δείχνει ποιους μήνες χρησιμοποιείται η θέρμανση και ποιους η ψύξη και πόσα KW καταναλώνουν. (εικ.1.15) Εικ.1.15: Retscreen Φύλλο Φορτίο και Δίκτυο, Γράφημα των Χαρακτηριστικών του Φορτίου Βασικής Περίπτωσης Παρακάτω παρατείθεται ένας πίνακας προτεινόμενου σεναρίου ο οποίος μας δείχνει ποιους μήνες χρησιμοποιείται το σύστημά μας για θέρμανση και ποιους για ψύξη και τι κατανάλωση έχει. (εικ.1.16) Εικ.1.16: Retscreen Φύλλο Φορτίο και Δίκτυο, Χαρακτηριστικά φορτίου προτεινόμενου σεναρίου 43

44 Στη συνέχεια παρατηρούμε τις προτεινόμενες από το πρόγραμμα χαρακτηριστικές του φορτίου του συστήματος. (εικ.1.17) Εικ.1.17: Retscreen Φύλλο Φορτίο και Δίκτυο, Προτεινόμενο Γράφημα των Χαρακτηριστικών του Φορτίου του Συστήματος Περνάμε στο επόμενο φύλλο και συμπληρώνουμε το φύλλο ενεργειακό μοντέλο. Στην προτεινόμενη περίπτωση συστήματος ψύξης επιλέγουμε στην τεχνολογία την αντλία θερμότητας και στον τύπο καυσίμου επιλέγουμε την ηλεκτρική ενέργεια. Στην τιμή καυσίμου βάζουμε τα 100 /ΜWh και στην ισχύ τα 16,8ΚW που είναι η αντλία μας. Τέλος στο συντελεστή επίδοσης βάζουμε την τιμή 3,2 σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος. (εικ.1.18) 44

45 Εικ.1.18: Retscreen Φύλλο Ενεργειακό Μοντέλο, Προτεινόμενη Περίπτωση Συστήματος Ψύξης Στην προτεινόμενη περίπτωση του συστήματος θέρμανσης, στην επιλογή συστήματος, επιλέγουμε το σύστημα φορτίου βάσης και στην τεχνολογία επιλέγουμε την αντλία θερμότητας. Στη συνέχεια στην μέθοδο επιλογής καυσίμου βάζουμε την επιλογή μόνο ένα καύσιμο, στον τύπο καυσίμου επιλέγουμε την ηλεκτρική ενέργεια και στην τιμή καυσίμου επιλέγουμε τα 100 /ΜWh. Στην ισχύ της αντλίας θερμότητας επιλέγουμε τα 16,3 ΚW και εποχιακή απόδοση 250% σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος. (εικ.1.18) 45

46 Εικ.1.18: Retscreen Φύλλο Ενεργειακό Μοντέλο, Προτεινόμενη Περίπτωση Συστήματος Θέρμανσης Συνεχίζοντας στο ίδιο φύλλο συμπληρώσαμε τα στοιχεία για το χαρακτηριστικό σύστημα προτεινόμενης περίπτωσης για την θέρμανση. Στην τεχνολογία του φορτίου αιχμής επιλέξαμε την βιομάζα και στον τύπο καυσίμου το πετρέλαιο. Για την τιμή του καυσίμου δώσαμε το ποσό του 1,40 /L που υπάρχει αυτή την στιγμή στην αγορά. Στην ισχύ επιλέξαμε τα 20 KW τα οποία βγήκαν με βάση τον κατασκευαστή που διαλέξαμε, και στην εποχιακή απόδοση επιλέξαμε τα 250% τα οποία είναι για την αντλία θερμότητας σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος. Εικ.1.19: Retscreen Φύλλο Ενεργειακό Μοντέλο, Χαρακτηριστικό Σύστημα Προτεινόμενης Περίπτωσης για Θέρμανση Στο χαρακτηριστικό σύστημα προτεινόμενης περίπτωσης ψύξης δεν συμπληρώνουμε τίποτα γιατί μας τα υπολογίζει αυτόματα και δεν χρειαζόμαστε εφεδρικό σύστημα ψύξης. Εικ.1.19: Retscreen Φύλλο Ενεργειακό Μοντέλο, Χαρακτηριστικό Σύστημα Προτεινόμενης Περίπτωσης για Ψύξη 46

47 Παρακάτω παρουσιάζεται η περίληψη της προτεινόμενης περίπτωσης η οποία μας δείχνει την κατανάλωση καυσίμου για τις δυο περιπτώσεις μας, την ισχύ που καταναλώνει το σύστημα σε (KW) και την ενέργεια που αποδίδει σε (MWh).(εικ.1.20) Εικ.1.20: Retscreen Φύλλο Ενεργειακό Μοντέλο, Περίληψη Προτεινόμενης Περίπτωσης Περνάμε στο επόμενο φύλλο το οποίο ονομάζεται ανάλυση κόστους και συμπληρώνουμε στην μελέτη σκοπιμότητας το ποσό των 2240 το οποίο προκύπτει από τις διάφορες μελέτες που χρειάζεται να γίνουν για το έργο. Στο κελί ανάπτυξη συμπληρώνουμε το ποσό των 8760 τα οποία προκύπτουν από τα συμβόλαια και τις άδειες που απαιτούνται. Επίσης στο κελί των μηχανολογικών βάζουμε 2820 και περιλαμβάνει όλες τις μηχανολογικές και ηλεκτρολογικές εργασίες. Συνεχίζοντας συμπληρώνουμε στο φορτίο βάσης της αντλίας θερμότητας για την θέρμανση το ποσό των 7500 που κοστίζει η αντλία θερμότητας, επίσης για το σύστημα αιχμής στο οποίο χρησιμοποιούμε την βιομάζα, συμπληρώνουμε το ποσό των 900 όσο κοστίζει ο λέβητας βιομάζας. 2 Στα μέτρα ενεργειακής απόδοσης βάζουμε το ποσό των 7 / m σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος και στην ποσότητα βάζουμε τα 117 m 2 που είναι η θερμαινόμενη επιφάνεια. Για το σύστημα ψύξης στην αντλία θερμότητας συμπληρώνουμε το ποσό των 8000 όσο είναι το κόστος της αντλίας 2 θερμότητας και στα μέτρα ενεργειακής απόδοσης βάζουμε τα 5 / m βάση των πινάκων του προγράμματος και στην ποσότητα βάζουμε τα m που είναι η 47

48 ψυχόμενη επιφάνεια. Στη συνέχεια συμπληρώνουμε το κελί των ανταλλακτικών και βάζουμε στην ποσότητα 30% και στην μονάδα κόστους τα που είναι το συνολικό κόστος της εγκατάστασης μέχρι τώρα. Στο κελί απρόβλεπτα βάζουμε στην ποσότητα το 5%. Τέλος μας βγάζει για όλα τα κελιά τα αποτελέσματα τους δίπλα και το σύνολο του κόστους στο κάτω μέρος.(εικ.1.21) Εικ1.21: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Κόστους, Αρχικό κόστος (Πιστώσεις) Στα ετήσια κόστη συμπληρώνουμε το κελί του τμήματος και εργασία, στην ποσότητα βάζουμε 117 που είναι η θερμαινόμενη επιφάνεια και στην μονάδα κόστους την τιμή του 1 σύμφωνα με τους πίνακες του προγράμματος. Στα απρόβλεπτα, στην ποσότητα βάζουμε 5% βάση του προγράμματος και μας υπολογίζει τα υπόλοιπα πεδία. (εικ.1.22) 48

49 Εικ.1.22: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Κόστους, Ετήσια Κόστη (Πιστώσεις) Παρακάτω βλέπουμε την ετήσια εξοικονόμηση σε καύσιμο που στην περίπτωσή μας είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. (εικ.1.23) Εικ.1.23: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Κόστους, Ετήσια Εξοικονόμηση Τέλος στο φύλλο ανάλυση κόστους έχουμε τα περιοδικά κόστη στα οποία δεν συμπληρώνουμε τίποτα. (εικ.1.24) 49

50 Εικ.1.24: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Κόστους, Περιοδικά κόστη Περνάμε στο επόμενο φύλλο το οποίο ονομάζεται ανάλυση εκπομπών. Σε αυτό το φύλλο δεν συμπληρώνουμε τίποτα μας τα έχει υπολογισμένα όλα από μόνο του το πρόγραμμα βάση των προηγούμενων φύλλων. (εικ ) Εικ.1.25: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Εκπομπών, Βασική Περίπτωση Συστήματος Ηλεκτρισμού 50

51 Εικ.1.26: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Εκπομπών, Περίληψη Εκπομπών ΑΤΘ Βασικού Σεναρίου Εικ.1.27: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Εκπομπών, Περίληψη Εκπομπών ΑΤΘ Προτεινόμενης Περίπτωσης (Έργο Συμπαραγωγή Θερμότητας & Ψύξης) Εικ.1.28: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Εκπομπών, Σύνοψη Μείωσης Εκπομπών ΑΤΘ 51

52 Στο επόμενο φύλλο θα δούμε την οικονομική ανάλυση του συστήματος. Στο κυλιόμενο φόρο κόστους καυσίμου συμπληρώνουμε το ποσοστό 2% σύμφωνα με τα στοιχεία του προγράμματος, στην τιμή πληθωρισμού βάζουμε το -1,3% που ισχύει για την Ελλάδα για το 2013, στο επιτόκιο αναγωγής βάζουμε το ποσοστό 5% σύμφωνα με το τραπεζικό σύστημα και στην διάρκεια ζωής του έργου συμπληρώνουμε τα 50 έτη βάση της εταιρίας κατασκευής. (εικ.1.29) Εικ.1.29: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Οικονομικοί παράμετροι Στην παρακάτω εικόνα (εικ.1.30) έχουμε τα ετήσια έσοδα του έργου που μελετούμε. Πιο συγκεκριμένα το πρόγραμμα, μας έχει υπολογίσει τα έσοδα από την μείωση εκπομπών ΑΤΘ. 52

53 Εικ.1.30: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Ετήσια Έσοδα Του Συστήματος Συνεχίζουμε με την καρτέλα σύνοψης κόστους έργου και αποταμιεύσεων/εσόδων στην οποία μας δείχνει τα αρχικά κόστη, τα ετήσια κόστη και τις πληρωμές του χρέους και τις ετήσιες αποταμιεύσεις και έσοδα. (εικ.1.31) 53

54 Εικ.1.31: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Σύνοψη Κόστους Έργου και Αποταμιεύσεων/Εσόδων Επίσης το πρόγραμμα, μας έχει υπολογίσει και την οικονομική βιωσιμότητα του έργου η οποία παρουσιάζεται στην επόμενη εικόνα. (εικ.1.32) Εικ.1.32: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Οικονομική Βιωσιμότητα 54

55 Στη συνέχεια παρουσιάζεται ανά έτος η χρηματορροή προ-φόρων, μετά-φόρων και αθροιστικά. (εικ.1.33) Εικ.1.33: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Ετήσια Χρηματορροή Στο τέλος αυτού του φύλλου βλέπουμε το διάγραμμα των αθροιστικών χρηματορροών. (εικ.1.34) 55

56 Εικ.1.34: Retscreen Φύλλο Οικονομική Ανάλυση, Διάγραμμα Ετήσιων Χρηματορροών Προχωράμε στο επόμενο φύλλο το οποίο ονομάζεται ανάλυση επικινδυνότητας και συμπληρώνουμε στο εύρος για τα αρχικά κόστη το ποσοστό 20% που είναι η αβεβαιότητα που συνδέεται με την εκτιμώμενη αρχική τιμή του κόστους. (εικ.1.35) Εικ.1.35: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Επικινδυνότητας 56

57 Στη συνέχεια το πρόγραμμα μας βγάζει το διάγραμμα ταξινόμηση ανά επίπτωση. (εικ.1.36) Εικ.1.36: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Επικινδυνότητας, Διάγραμμα Ταξινόμηση ανά επίπτωση Επίσης συμπληρώνουμε στο επίπεδο κινδύνου το ποσοστό του 5% σύμφωνα με το πρόγραμμα. (εικ.1.37) Εικ.1.37: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Επικινδυνότητας 57

58 Στο τέλος αυτού του φύλλου μας βγάζει το διάγραμμα της συχνότητας. (εικ.1.38) Εικ.1.38: Retscreen Φύλλο Ανάλυση Επικινδυνότητας, Διάγραμμα Συχνότητας Περνάμε στο τελευταίο φύλλο του προγράμματος το οποίο ονομάζεται Εργαλεία. Στις επιλογές των ρυθμίσεων που υπάρχους σε αυτό το φύλλο, έχουμε επιλέξει τον γεωθερμικό εναλλάκτη θερμότητας. (εικ.1.39) Εικ.1.39: Retscreen Φύλλο Εργαλεία, Ρυθμίσεις έργου Στην συνέχεια αυτού του φύλλου συμπληρώνουμε τα στοιχεία της αντλίας θερμότητας. Στην ισχύ για την θέρμανση βάζουμε τα 16,3 KW που έχουμε επιλέξει από την αρχή και στην ψύξη τα 16,8 ΚW. Επίσης επιλέγουμε και το μοντέλο και τον κατασκευαστή τα οποία είναι το SATAG BW116.1 B-0/W35 και τα υπόλοιπα πεδία τα συμπληρώνει μόνο του το πρόγραμμα. (εικ.1.40) 58

59 Εικ.1.40: Retscreen Φύλλο Εργαλεία, Αντλία Θερμότητας Επίσης συμπληρώνουμε τον τύπο του εδάφους ο οποίος είναι το ελαφρύ χώμαυγρό, συμπληρώνουμε την θερμοκρασία εδάφους που είναι 16,5 C, το πλάτος θερμοκρασίας εδάφους είναι 17 C και είναι μετρημένο σε 10 m. (εικ.1.41) Εικ.1.41: Retscreen Φύλλο Εργαλεία, Συνθήκες Τοποθεσίας Συνεχίζουμε με τον γεωθερμικό εναλλάκτη θερμότητας και επιλέγουμε στον τύπο, τον κάθετο κλειστό βρόγχο. Στα κριτήρια σχεδιασμού επιλέγουμε την θέρμανση, στην επιφάνεια εδάφους βάζουμε τα 176m² σύμφωνα με τους υπολογισμούς του προγράμματος και στο σχεδιάγραμμα επιλέγουμε το τυποποιημένο. (εικ.1.42) Εικ.1.42: Retscreen Φύλλο Εργαλεία, Γεωθερμικός Εναλλάκτης Θερμότητας 59

60 Τέλος έχουμε τα ειδικά κόστη του έργου στα οποία συμπληρώνουμε στην τιμή του κυκλοφορητή τα 1050 και στο ρευστό που κυκλοφορεί βάζουμε την τιμή 7000 /m³ σύμφωνα με τις τιμές της αγοράς. Στο τρύπημα και τσιμεντενέσεις βάζουμε την τιμή 20 /m σύμφωνα με τις τιμές τις αγοράς, στον βρόγχο σωληνώσεων τα 4 /m και στα εξαρτήματα και βαλβίδες συμπληρώνουμε το ποσό των 10 /KW και μας υπολογίζει το συνολικό κόστος για τα ειδικά κόστη έργου. (εικ.1.43) Εικ.1.43: Retscreen Φύλλο Εργαλεία, Ειδικά Κόστη Έργου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Βασικός στόχος της παρούσας πτυχιακής εργασίας ήταν σε πρώτο στάδιο μια σύντομη παρουσίαση της ενεργειακής κατάστασης στην Ελλάδα καθώς και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, με εκτενέστερα στοιχεία για την γεωθερμική ενέργεια και πιο συγκεκριμένα για την αβαθή γεωθερμία και την εκμετάλλευση της. Σε δεύτερο στάδιο ήταν η προσπάθεια να γίνει η διεύρυνση των δυνατοτήτων εγκατάστασης συστήματος αβαθούς γεωθερμίας σε μια κατοικία και η ανάδειξη των δυνατοτήτων της εγκατάστασης αυτής. Το πρώτο επιχειρήθηκε σε θεωρητικό επίπεδο παρουσιάζοντας τα είδη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα χαρακτηριστικά τους και τα πλεονεκτήματα τους. Ιδιαίτερη σημασία δόθηκε στην χρήση της γεωθερμικής ενέργειας και πιο συγκεκριμένα στην χρήση της αβαθούς γεωθερμίας σε μια κατοικία για την θέρμανση και την ψύξη του κτιρίου, παρουσιάστηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα μιας τέτοιας κατασκευής. 60