ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ - Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΩΣ ΛΥΣΗ ΣΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΕΛΛΕΙΜΑ ΤΗΣ ΕΠΟΧΗΣ

Transcript

1 2 ο Λύκειο Λαμίας Τμήμα: Α 3 2 η ομάδα ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ - Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΩΣ ΛΥΣΗ ΣΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΕΛΛΕΙΜΑ ΤΗΣ ΕΠΟΧΗΣ Θεματική ενότητα: Γεωλογικό μέρος της γεωθερμίας ΜΑΣ ΜΕΛΗ ΟΜΑΔΑΣ: Πανάγου Ράνια, Παπασταύρου Ιωάννα, Πολίτης Νάσος, Σπετσιέρη Αριάδνη, Φλώρος Δημήτρης, Χρυσαφοπούλου Μαρία

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ... 3 Αρχή λειτουργίας... 3 Γεωγραφική κατανομή γεωθερμικών έργων... 4 Εφαρμογές στη βιομηχανία... 6 Σχεδιάγραμμα... 8 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ... 9 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΙΣΛΑΝΔΙΑ Ηφαίστεια στην Ισλανδία Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΙΤΑΛΙΑ Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Τα γεωθερμικά πεδία της Μήλου και της Νίσυρου Η Γεωθερμία στην Ήπειρο Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Η θερμοκρασία στο υπέδαφος και η γεωθερμική βαθμίδα Συμπεράσματα Η θέση της Ελλάδας και οι Λιθοσφαιρικές πλάκες Καμπύλες μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας υπεδάφους

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Η γεωθερμική ενέργεια προέρχεται από το εσωτερικό της γης είτε μέσω ηφαιστειακών εκροών είτε μέσω ρηγμάτων του υπεδάφους, που αναβλύζουν ατμούς και θερμό νερό. Ανάλογα με τη θερμοκρασία των ρευστών που ανέρχονται στην επιφάνεια, η γεωθερμική ενέργεια χαρακτηρίζεται ως υψηλής ενθαλπίας (για θερμοκρασίες πάνω από 150 o C), μέσης ενθαλπίας (για θερμοκρασίες o C), και χαμηλής ενθαλπίας (για θερμοκρασίες μικρότερες από 100 o C). Η γεωθερμική ενέργεια υψηλής ενθαλπίας χρησιμοποιείται για παραγωγή ηλεκτρισμού σ' όλο τον κόσμο. Εικόνα 1 2

4 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Τα γεωθερμικά πεδία χωρίζονται σε δύο ομάδες: στα πεδία "υψηλής ενθαλπίας", όπου το ρευστό (άνω των 150 C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και/ή για θέρμανση, και στα πεδία "χαμηλής ενθαλπίας" όπου το ρευστό (κάτω των 150 C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για θέρμανση. Εικόνα 2 Στις ζώνες σεισμικών εστιών, υπάρχουν πεδία χαμηλής και υψηλής ενθαλπίας που σχετίζονται μεταξύ τους. Χαρακτηριστικό τέτοιο παράδειγμα αποτελεί η Ισλανδία, που βρίσκεται πάνω στη μέσο-ωκεάνια ράχη του Ατλαντικού. Αρχή λειτουργίας Όλοι οι τύποι θεωρούνται ανανεώσιμοι εφόσον ο ρυθμός άντλησης της θερμότητας δεν υπερβαίνει το ρυθμό επαναφόρτισης της γεωθερμικής 3

5 δεξαμενής από τη γη. Για την παραγωγή ηλεκτρισμού μπορεί να χρειαστούν αρκετές εκατοντάδες χρόνια για να επαναφορτιστεί μια γεωθερμική δεξαμενή η οποία έχει αδειάσει τελείως. Τα περιφερειακά συστήματα θέρμανσης μπορεί να πάρουν χρόνια για να επαναφορτιστούν ενώ οι γεωθερμικές αντλίες μόνο 30 χρόνια. Θα μπορούσε να πει κάποιος ότι η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι πραγματικά ανανεώσιμη, γιατί με την πάροδο του χρόνου το εσωτερικό της γης θα κρυώσει και η ραδιενεργή φθορά των στοιχείων που κρατούν το εσωτερικό της γης θερμό θα μειωθεί. Όμως, επειδή οι δεξαμενές γεωθερμίας είναι τεράστιες σε μέγεθος συγκριτικά με τις ανάγκες του ανθρώπου, η γεωθερμική ενέργεια είναι πρακτικά ανανεώσιμη. Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος να μειωθεί η ατμοσφαιρική ρύπανση. Τα σημερινά γεωθερμικά πεδία παράγουν μόνο το 1/6 CO2 σε σύγκριση με τις γεννήτριες ηλεκτρικού ρεύματος που λειτουργούν με φυσικό αέριο, και καθόλου νιτρικά (NΟx) και θειϊκά (SOx) αέρια. Για κάθε MW ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από γεωθερμικές πηγές εκπέμπονται 1 εκατομμύριο Kg λιγότερα τοξικά αέρια το χρόνο και 4 δισεκατομμύρια Kg λιγότερο CO 2, ενώ οι ρύποι αυτοί θα ήταν πολύ περισσότεροι αν σαν πρώτη ύλη χρησιμοποιούνταν άνθρακας. Γεωγραφική κατανομή γεωθερμικών έργων Εικόνα 3 Η ύπαρξη 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. 4

6 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. Τα γεωθερμικά πεδία χωρίζονται σε δύο ομάδες: στα πεδία "υψηλής ενθαλπίας", όπου το ρευστό (άνω των 1500 C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και/ή για θέρμανση, και στα πεδία "χαμηλής ενθαλπίας" όπου το ρευστό (κάτω των 150 C) μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για θέρμανση. Στις ζώνες σεισμικών εστιών, υπάρχουν πεδία χαμηλής και υψηλής ενθαλπίας που σχετίζονται μεταξύ τους. Χαρακτηριστικό τέτοιο παράδειγμα αποτελεί η Ισλανδία, που βρίσκεται πάνω στη μεσο-ωκεάνια ράχη του Ατλαντικού. Το γεωθερμικό ρευστό έχει μετεωρική προέλευση, δηλαδή προέρχεται από τις κατακρημνίσεις. Το νερό από τις βροχές και τα χιόνια εισχωρεί στο έδαφος και σιγά-σιγά προχωρεί στο εσωτερικό της γης φτάνοντας σε βάθη μέχρι και 5 km. Στην πορεία του θερμαίνεται λόγω της υψηλής θερμικής ροής και στη συνέχεια βρίσκει διόδους μέσα από ρήγματα και ρωγμές και επιστρέφει στην επιφάνεια. Από αναλύσεις βασισμένες σεραδιοισότοπα βρέθηκε ότι ο κύκλος του νερού σε ένα γεωθερμικό σύστημα διαρκεί περίπου 500 χρόνια. Η περιοχή τροφοδοσίας του συστήματος μπορεί να βρίσκεται πολύ κοντά στο πεδίο ή σε μεγάλη από αυτό απόσταση μέχρι και 200 km, οπότε και η διαδρομή του ρευστού ποικίλλει ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες. Το νερό, λόγω της μεγάλης του θερμοχωρητικότητας, λειτουργεί και σαν "συμπυκνωτής" θερμότητας. Η μέση θερμοχωρητικότητα των πετρωμάτων που βρίσκονται στα πρώτα 1 0 km από την επιφάνεια της γης είναι 85 kj/kg, ενώ του νερού στην ίδια μέση θερμοκρασία (1300 C) είναι 420 kj/kg, δηλαδή πενταπλάσια. Η θερμοχωρητικότητα του κορεσμένου ατμού στους 2360 C είναι kj/kg δηλαδή τριακονταπλάσια αυτής των πετρωμάτων. Για να απορροφήσει το νερό αυτή τη θερμότητα, είτε πρέπει να έρθει σε επαφή με πολύ μεγάλες μάζες πετρωμάτων που βρίσκονται σε υψηλή θερμοκρασία είτε να διανύσει πολύ μεγάλη διαδρομή μέχρι να φτάσει στις γεωτρήσεις. Και στις δύο περιmώσεις, οι μάζες των πετρωμάτων που συμμετέχουν στο σύστημα πρέπει να είναι πολύ μεγάλες, της τάξης των εκατοντάδων κυβικών χιλιομέτρων. 5

7 Εφαρμογές στη βιομηχανία Εικόνα 4 Η συγκεντρωμένη στο εσωτερικό της γης θερμότητα μεταφέρεται κοντά στην επιφάνειά της μέσω γεωλογικών φαινομένων, δημιουργώντας έτσι υπέρθερμες περιοχές με γεωθερμική βαθμίδα μεγαλύτερη από 700 C/km. Το σημαντικότερο από αυτά τα γεωλογικά φαινόμενα είναι αυτό των λιθοσφαιρικών πλακών: Τ ο εξωτερικό κέλυφος της γης, η λιθόσφαιρα, δεν είναι ενιαίο αλλά αποίελείται από πολλά κομμάτια, τις λιθοσφαιρικές πλάκες. Οι πλάκες αυτές βρίσκονται σε μια διαρκή κίνηση που πραγματοποιείται με πολύ μικρή ταχύτητα, μερικά μόλις εκατοστά το χρόνο. Ανάλογα με τη σχετική κίνηση των πλακών, στα όριά τους παρατηρούνται τρία διαφορετικά φαινόμενα: 1. Οι δύο πλάκες αποκλίνουν, δηλαδή κινούνται έτσι που να απομακρύνονται η μια από την άλλη. Στο κενό που αφήνουν, αναβλύζει μάγμα που στερεοποιείται, γεμίζει το κενό και δημιουργεί καινούργια λιθόσφαιρα, Με αυτόν τοντρόπο δημιουργούνται οι λεγόμενες "ράχες". 2. Οι δύο πλάκες συγκλίνουν έτσι που η μια να βυθίζεται κάτω από την άλλη και τελικά να απορροφάται από το μανδύα ή να καταστρέφεται. Φαινόμενα τριβής στα όρια των πλακών έχουν σαν αποτέλεσμα, μέρος της μηχανικής ενέργειας να μετατρέπεται σε θερμότητα. Αυτή η θερμότητα εκτονώνεται με τη μορφή ηφαιστειακής δράσης. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται οι "τάφροι". Στις τάφρους η λιθόσφαιρα καταστρέφεται με το ρυθμό που δημιουργείται στις ράχες. 6

8 3. Οι δύο πλάκες "γλυστρούν" η μια παράλληλα στην άλλη με τρόπο που ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται λιθόσφαιρα. Τόσο οι "τάφροι" όσο και οι "ράχες" συνδέονται με ηφαιστειακή δράση και κατά συνέπεια με υπέρθερμες περιοχές. Γι' αυτό και τα σημαντικότερα γεωθερμικά πεδία εντοπίζονται σε συγκεκριμένες περιοχές, δηλαδή στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών, τις λεγόμενες "ζώνες σεισμικών εστιών". Περιοχές με μικρότερο γεωθερμικό ενδιαφέρον, δηλαδή με γεωθερμική βαθμίδα λίγο υψηλότερη από τη μέση, μπορεί να βρεθούν και εκτός των εν λόγω ζωνών. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε κάποιον από τους ακόλουθους παράγοντες: 1. Τοπικά υψηλή θερμική ροή από το μανδύα και τη βάση του φλοιού προς την επιφάνεια, σε μεγάλες περιοχές. 2. Αυξημένες συγκεντρώσεις των ραδιενεργών στοιχείων ουρανίου, θορίου και καλίου σε ορισμένες περιοχές στο φλοιό της γης, που συντελούν στην παραγωγή θερμότητας και κατά συνέπεια στην αύξηση της γεωθερμικής βαθμίδας. Πετρώματα με αυξημένες αυτές τις συγκεντρώσεις είναι τα γρανιτικά με ppm σε ουράνιο και 80 ppm σε θόριο. 3. Φαινόμενα συναγωγής που προκαλούνται από κυκλοφορία νερού διαμέσου πορωδών σχηματισμών ή μέσα από συστήματα ρηγμάτων. Με αυτό τον τρόπο μεταφέρεται η θερμότητα σε μικρότερα βάθη και αυξάνεται η γεωθερμική βαθμίδα. 4. Σε μια περιοχή με δεδομένη θερμική ροή στη βάση του φλοιού και απουσία άλλης θερμής πηγής μέσα στο φλοιό, η γεωθερμική βαθμίδα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων που αποτελούν το φλοιό. Τα αργιλικά πετρώματα έχουν τη χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα, ενώ τα κρυσταλλικά χαρακτηρίζονται από υψηλή θερμική αγωγιμότητα (περίπου 6 φορές αυτή των αργίλων). Οι παραπάνω μηχανισμοί μπορεί να δημιουργήσουν δευτερεύουσας σημασίας γεωθερμικές ανωμαλίες μακριά από τα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών. Ετσι, ενώ σημαντικές θερμικές ανωμαλίες εντοπίζονται σε συγκεκριμένες περιοχές, περιοχές με ελαφρά αυξημένη γεωθερμική βαθμίδα απαντώνται σε όλη τη γη. Δεδομένου ότι η θερμότητα του πλανήτη μας βρίσκεται στο εσωτερικό του, πρέπει να γίνουν γεωτρήσεις προκειμένου να προσπελαστεί στις ζώνες σεισμικών εστιών, θερμοκρασίες κατάλληλες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να βρεθούν σε βάθη 2-3 km, ενώ σ' αυτά τα βάθη, σε περιοχές με μέση γεωθερμική βαθμίδα, οι θερμοκρασίες είναι πολύ 7

9 χαμηλότερες, ικανές μόνο για κάλυψη θερμικών αναγκών. Σ' αυτές τις περιοχές χρειάζονται γεωτρήσεις βάθους 6-7 km για να βρεθούν θερμοκρασίες κατάλληλες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτά είναι και τα μέγιστα βάθη γεωτρήσεων που πραγματοποιούνται επειδή οι βαθιές γεωτρήσεις κοστίζουν πολύ, δεν είναι ιδιαίτερα ασφαλείς καιεπιπλέον σ' αυτά τα βάθη είναι πιθανόν να μη υπάρχει υδροφορία. Σχεδιάγραμμα Εικόνα 5 8

10 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Τα γεωθερμικά πεδία διακρίνονται, όπως και οι γεωθερμικές ενεργειακές πηγές, σε υψηλής, μέσης και χαμηλης ενθαλπίας.είναι φανερό ότι τα πεδία υψηλής ενθαλπίας είναι πολύ πιο αποδοτικά από οικονομική και τεχνική άποψη. Τα χαμηλής ενθαλπίας όμως είναι πολύ περισσότερα. Είδος πηγής ( α) (β) (γ) (δ) Χαμηλής ενθαλπίας T < 90 C T < 125 C T < 100 C T 150 C Μέσης ενθαλπίας 90 C < T <150 C 125 C < T < 225 C 100 C < T < 200 C - Υψηλής ενθαλπίας T > 150 C T >225 C T > 200 C T > 150 C Πίνακας 1 Η ύπαρξη όμως υψηλής γεωθερμικής βαθμίδας σε κάποια περιοχή δεν είναι η μοναδική συνθήκη-προϋπόθεση για την ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου γεωθερμικού πεδιου.η θερμική 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. 9

11 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. Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ Η χώρα μας, η Ιταλία και η Ισλανδία είναι τα μόνα ευρωπαϊκά κράτη με γεωθερμικά πεδία υψηλών θερμοκρασιών, κατάλληλα να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Το ηφαιστειακό τόξο του νοτίου Αιγαίου, (Σουσάκι, Αίγινα, Μέθανα, Μήλος, Σαντορίνη, Κως, Νίσυρος) είναι μία μεγάλη θερμικά ανώμαλη περιοχή που δημιουργεί ιδανικές συνθήκες για πεδία υψηλών θερμοκρασιών. Στα γεωθερμικά πεδία της Μήλου και Νισύρου εκτιμάται δυναμικό 200 και 50 MWe αντίστοιχα. Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΙΣΛΑΝΔΙΑ Η Ισλανδία βρίσκεται σε ένα από τα μεγαλύτερα καυτά γεωθερμικά σημεία του κόσμου και μία πρόσφατη ανακάλυψη της υπόγειας λάβας έχει αυξήσει το ποσό γεωθερμικής ενέργειας που θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν οι επαρχιακές της περιοχές. Επίσης, παίρνει ήδη το 81% της ηλεκτρικής της ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και έχει ως στόχο να καλύπτεται πλήρως από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ώς το Ηφαίστεια στην Ισλανδία Ολόκληρη η Ισλανδία είναι ηφαιστειογενής. Καθώς οι δύο πλάκες του φλοιού της γης που σχηματίζουν τον πυθμένα του Ατλαντικού Ωκεανού απομακρύνονται, δημιουργούνται κενά και ρήγματα, απ όπου ξεπηδά η λάβα. Στην Ισλανδία υπάρχουν 200 ηφαίστεια, πολλοί θερμοπίδακες (geyzir), σολφατάρες και άλλα σημεία εντυπωσιακής ηφαιστειακής δραστηριότητας. 10

12 Εικόνα 6 Φωτ.: σημείο έντονης δραστηριότητος Εικόνα 7 11

13 Εικόνα 8 Εικόνα 9. Φωτ.: Μικρή γεωθερμική εγκατάσταση σε κωμόπολη κοντά στο Ρεϊκιαβικ. Χρησιμοποιείται για θέρμανση σπιτιών και εκτεταμένων θερμοκηπίων 12

14 Εικόνα 10. Φωτ.: Μεγάλο γεωθερμικό εργοστάσιο στο (καταστροφικό) ενεργό ηφαίστειο Κράφλα. Η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για παραγωγή ηλεκτρισμού Η ζωή πάνω σε ένα τεράστιο ηφαίστειο έχει και μερικά πλεονεκτήματα: Η κεντρική θέρμανση στην πρωτεύουσα Ρεϊκγιαβίκ και στις περισσότερες πόλεις και χωριά της Ισλανδίας γίνεται με γεωθερμική ενέργεια με σχεδόν μηδενικό κόστος. Τα γεω-θερμοκήπια παράγουν ντομάτες, αγγούρια, μέχρι και μπανάνες (σε μικρές βέβαια ποσότητες). Όλες οι κοινότητες αλλά και πολλά σπίτια σε όλη την Ισλανδία έχουν μεγάλες και μικρές θερμαινόμενες πισίνες ανοικτού χώρου, με ιαματικά (θειούχα) νερά. Εκεί οι Ισλανδοί αναζητούν θαλπωρή κατά τον ατέλειωτο σκοτεινό χειμώνα. Πηγή : &Itemid=192 Πηγή μιας παρουσίασης : 13

15 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΙΤΑΛΙΑ Σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης ζωής οι πρακτικές εφαρμογές προηγούνται της επιστημονικής έρευνας και της τεχνολογικής ανάπτυξης. Η γεωθερμία αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα του φαινομένου αυτού. Αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχόμενου των γεωθερμικών ρευστών γινόταν ήδη από τις αρχές του 19ου αιώνα. Εκείνη την περίοδο, στην Τοσκάνη της Ιταλίας, και συγκεκριμένα στην περιοχή του Larderello, λειτουργούσε μια χημική βιομηχανία για την παραγωγή βορικού οξέος από τα βοριούχα θερμά νερά που ανέβλυζαν από φυσικές πηγές ή αντλούνταν από ρηχές γεωτρήσεις. Η παραγωγή του βορικού οξέος γινόταν με εξάτμιση των βοριούχων νερών μέσα σε σιδερένιους «λέβητες», χρησιμοποιώντας ως καύσιμη ύλη ξύλα από τα κοντινά δάση. Το 1827, ο Francesco Larderel, ιδρυτής της βιομηχανίας αυτής, αντί να καίγονται ξύλα από τα διαρκώς αποψιλούμενα δάση της περιοχής, ανέπτυξε ένα σύστημα για τη χρήση της θερμότητας των βοριούχων ρευστών στη διαδικασία εξάτμισης (Σχήμα 2). Εικόνα 11 Η καλυμμένη «λιμνούλα» (covered lagoon), που χρησιμοποιούνταν κατά το πρώτο μισό του 19ου αιώνα στην περιοχή του Larderello, για τη συλλογή των βοριούχων υδάτων και την παραγωγή βορικού οξέος. 14

16 Η εκμετάλλευση της μηχανικής ενέργειας του φυσικού ατμού ξεκίνησε περίπου την ίδια περίοδο. Ο γεωθερμικός ατμός χρησιμοποιήθηκε για την ανέλκυση των ρευστών, αρχικά με κάποιους πρωτόγονους αέριους ανυψωτήρες και στη συνέχεια με παλινδρομικές και φυγοκεντρικές αντλίες και βαρούλκα. Ανάμεσα στο 1850 και 1875, οι εγκαταστάσεις του Larderello κατείχαν το μονοπώλιο παραγωγής βορικού οξέος στην Ευρώπη. Μεταξύ του 1910 και του 1940, στην περιοχή αυτή της Τοσκάνης, ο χαμηλής πίεσης ατμός άρχισε να χρησιμοποιείται για τη θέρμανση βιομηχανικών κτιρίων, κατοικιών και θερμοκηπίων. Εν τω μεταξύ, ολοένα και περισσότερες χώρες άρχισαν να αναπτύσσουν τους γεωθερμικούς τους πόρους σε βιομηχανική κλίμακα. Το 1892, το πρώτο γεωθερμικό σύστημα τηλε-θέρμανσης (district heating) τέθηκε σε λειτουργία στο Boise του Άινταχο των Η.Π.Α.. Το 1928, μια άλλη πρωτοπόρος χώρα στην εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας, η Ισλανδία, ξεκίνησε επίσης την εκμετάλλευση των γεωθερμικών ρευστών (κυρίως θερμών νερών) για τη θέρμανση κατοικιών. Το 1904, έγινε η πρώτη απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό, και πάλι στο Larderello της Ιταλίας (Σχήμα 3). Η επιτυχία της αυτής πειραματικής προσπάθειας έδωσε μια ξεκάθαρη ένδειξη για τη βιομηχανική αξία της γεωθερμικής ενέργειας και σηματοδότησε την έναρξη μιας μορφής εκμετάλλευσης, που επρόκειτο έκτοτε να αναπτυχθεί σημαντικά. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στο Larderello αποτέλεσε πράγματι μια εμπορική επιτυχία. Το 1942, η εγκατεστημένη γεωθερμοηλεκτρική ισχύς ανερχόταν στα kwe. Σύντομα, πολλές χώρες ακολούθησαν το παράδειγμα της Ιταλίας. Το 1919 κατασκευάστηκαν οι πρώτες γεωθερμικές γεωτρήσεις στο Beppu της Ιαπωνίας, ενώ το 1921 ακολούθησαν εκείνες στο The Geysers της Καλιφόρνιας των ΗΠΑ. Το 1958 ένα μικρό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τέθηκε σε λειτουργία στη Νέα Ζηλανδία, ένα άλλο στο Μεξικό το 1959, στις ΗΠΑ το 1960 και ακολούθησαν πολλά άλλα σε διάφορες χώρες. 15

17 Εικόνα 12. Η μηχανή που χρησιμοποιήθηκε στο Larderello το 1904 κατά την πρώτη πειραματική απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό. Διακρίνεται επίσης ο εφευρέτης της, πρίγκιπας Piero Ginori Conti. Πηγη : 16

18 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη ( μ). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση. Εικόνα 13 17

19 Στην Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής (5 και 2 αντίστοιχα). Στην Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 C σε βάθος 1000 m. και στην Νίσυρο 350 C σε βάθος 1500 m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 ΜW, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι την τάξης των 200 και 50 MW αντίστοιχα. Στην Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κ.λ.π. Στην λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών-Νιγρίτας, Λιθότροπου-Ηράκλειας, Θερμοπηγής- Σιδηρόκαστρου και Αγγίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75 C, συνήθως αρτεσιανά και πολύ καλής ποιότητας και παροχής. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στην Νιγρίτα και το Σιδηρόκαστρο. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία, στο Ερατεινό Χρυσούπολης και στο Ν. Εράσμιο Μαγγάνων Ξάνθης. Νερά άριστης ποιότητας μέχρι 70 C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στην Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά θερμοκρασίας μέχρι 82 C. Στην λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56 C. Στην Σαμοθράκη υπάρχουν ενθαρρυντικά στοιχεία καθώς γεωτρήσεις βάθους μέχρι 100 μ. συνάντησαν νερά της τάξης των 100 C. Τα γεωθερμικά πεδία της Μήλου και της Νίσυρου 18

20 Εικόνα 14. Πηγή : 8%CE%B5%CF%81%CE%BC%CE%B9%CE%BA%CE%AE+%CE%95%CE %BD%CE%AD%CF%81%CE%B3%CE%B5%CE%B9%CE%B1 Η Γεωθερμία στην Ήπειρο Δεν υπάρχει αυτή τη στιγμή ενεργειακή εκμετάλλευση γεωθερμικών ρευστών στην περιοχή. Όμως υπάρχει γεωθερμικό δυναμικό στην περιοχή της Κόνιτσας. Ειδικότερα υπάρχουν δύο πηγές ρευστού χαμηλής ενθαλπίας στην Κόνιτσα. Το δυναμικό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παράδειγμα για παροχή θερμού σε ιχθυοτροφεία. Μέχρι σήμερα έχουν βρεθεί τα παρακάτω γεωθερμικά πεδία: A. Πηγές Καβασίλων: Οι πηγές Καβασίλων κοντά στον ποταμό Σαραντάπορο αναλύθηκαν από το ΙΓΜΕ και τα αποτελέσματα δίνονται πιο κάτω. Θερμοκρασία Αέρα 28,1 oc Θερμοκρασία Νερού 28,1 oc B. Πηγές Αμάραντου: Στα βόρεια της Κόνιτσας κοντά στο Χωριό Αμάραντος υπάρχουν θερμές πηγές. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται στην οροσειρά της Πίνδου. Η θερμοκρασία του ατμού στην έξοδό του μετρήθηκε σε 32 0C ενώ η θερμοκρασία στο σημείο εξόδου είναι η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Γ. Περιοχή Συκιών: Στην υπό έρευνα ευρύτερη περιοχή Συκιών Άρτας, (200 μέτρα νότια του χωριού Συκιές και περίπου 15 Km νότια της Άρτας), πραγματοποιήθηκαν τέσσερις ερευνητικές και μία παραγωγική γεώτρηση βάθους 320 μέτρων. Τέστ παραγωγής, που έλαβε χώρα την 20η και 21η Οκτωβρίου 1998, έδειξε δυνατότητα άντλησης νερού, έως και 100 κυβικών μέτρων ανά ώρα, θερμοκρασίας 55οC περίπου. Αξίζει να σημειωθεί ότι η κανονική γεωθερμική βαθμίδα είναι 3,3 οc / 100 m, ενώ στην περιοχή ενδιαφέροντος η τιμή της υπολογίζεται στους 17 οc / 100 m περίπου. Το γεωθερμικό αυτό πεδίο έχει έκταση 1 Km2, ενώ η έρευνα θα συνεχιστεί με στόχο τον εντοπισμό της ευρύτερης έκτασής του, που πιθανά να φτάνει κοντά στο πολεοδομικό συγκρότημα της Άρτας. 19

21 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΟΣ 1. Περιοχή Ακροποτάμου Καβάλας: Βρίσκεται στο ομώνυμο ακρωτήριο δυτικά της πόλης της Καβάλας. Στην περιοχή έχει εντοπιστεί γεωθερμικό πεδίο χαμηλών θερμοκρασιών (45ο 90ο C) σε βάθη μεταξύ 185 και 515 m. Η περιοχή είναι διασυνδεδεμένη με το Εθνικό Σύστημα Μεταφοράς Ενέργειας. Το δυναμικό ηλεκτροπαραγωγής εκτιμάται σε 4-10 MWe εγκατεστημένης ισχύος και MWth θερμικής ενέργειας. 2. Λεκάνη Σπερχειού:. Υπάρχει έντονη τεκτονική και ενεργές εκδηλώσεις υδροθερμικής δραστηριότητας (Καμένα Βούρλα, Θερμοπύλες-Λουτρά Πλατυκάμπου). Το εκτιμώμενο δυναμικό ηλεκτροπαραγωγής είναι 4-10 MWe εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος και MWth θερμικής. Επίσης, το απορριπτόμενο νερό από την μονάδα ηλεκτροπαραγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές άλλες χρήσεις, προσφέροντας σημαντικό οικονομικό όφελος και εξοικονόμηση ενέργειας από συμβατικές πηγές, με παράλληλη μείωση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου (CO2). 3. Ευρύτερη περιοχή Σουσακίου Κορινθίας: Από τη δεκαετία του 1970 ερευνήθηκε διαδοχικά από τη ΔΕΗ και το ΙΓΜΕ. Αποτελεί την ΒΔ απόληξη του ηφαιστειακού τόξου του νοτίου Αιγαίου. Έχει εντοπιστεί και βεβαιωθεί γεωθερμικό πεδίο χαμηλών θερμοκρασιών. Στο πεδίο αναπτύσσονται δύο θερμοί υδροφορείς. Ο πρώτος σε βάθος από μ. με θερμοκρασίες 60 76ο C. Ο δεύτερος σε βάθος μ. με θερμοκρασία 75ο ). Η περιοχή είναι διασυνδεδεμένη με το Εθνικό Σύστημα Μεταφοράς Ενέργειας. Το εκτιμώμενο δυναμικό ηλεκτροπαραγωγής μπορεί να φθάσει τα 5 MWe και 150 MWth θερμικής ισχύος. 4. Νήσος Ικαρία: Γνωστή για την ύπαρξη πολλών θερμομεταλλικών πηγών από την αρχαιότητα. Τα γεωχημικά στοιχεία τόσο από τις μελέτες των θερμών πηγών όσο και από ευρύτερες μελέτες του χώρου του ΝΑ Αιγαίου, συνηγορούν στην ύπαρξη βαθύτερων γεωθερμικών ταμιευτήρων. 20

22 ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Η παρουσία ηφαιστείων, θερμών πηγών και άλλων επιφανειακών εκδηλώσεων θερμότητας είναι αυτή που οδήγησε τους προγόνους μας στο συμπέρασμα ότι το εσωτερικό της γης είναι ζεστό. ΕΙΚΟΝΑ 16. ΘΕΡΜΕΣ ΠΗΓΕΣ Οι Θερμοπίδακες είναι ένα είδος θερμών πηγών που περιοδικά "εκρήγνυνται" και εκτοξεύουν στήλες θερμού νερού, για αυτό και αποκαλούνται επίσημα και "διαλείπουσες θέρμες". Οι θερμοπίδακες ονομάζονται και Γκέιζερ, από την ονομασία του μεγαλύτερου θερμοπίδακα στην Ισλανδία. ΕΙΚΟΝΑ 17. ΘΕΡΜΟΙ ΠΙΔΑΚΕΣ ΝΕΡΟΥ 21

23 ΕΙΚΟΝΑ 18. ΗΦΑΙΣΤΕΙΑ Όμως, μόνο κατά την περίοδο μεταξύ του 16ου και 17ου αιώνα, όταν δηλαδή κατασκευάστηκαν τα πρώτα μεταλλεία που ανορύχθηκαν σε βάθος μερικών εκατοντάδων μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, οι άνθρωποι, με τη βοήθεια κάποιων απλών φυσικών παρατηρήσεων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία της γης αυξάνεται με το βάθος. ΕΙΚΟΝΑ 19. ΜΕΤΑΛΛΕΙΑ 22

24 Η θερμοκρασία στο υπέδαφος και η γεωθερμική βαθμίδα Η γεωθερμική βαθμίδα ορίζεται ως ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας της γης σε συνάρτηση με το βάθος, μέσα στο γήινο φλοιό. Σε βάθη που είναι προσβάσιμα με τις σύγχρονες γεωτρητικές μεθόδους, δηλαδή μέχρι τα m, η μέση γεωθερμική βαθμίδα κυμαίνεται περίπου στους 2,5-3ºC/100 m. Για παράδειγμα, εάν η θερμοκρασία στα πρώτα μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους ανταποκρίνεται κατά μέσο όρο στη μέση ετήσια θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα, δηλ. στους 15ºC, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία στο βάθος των 2000 m θα είναι περίπου 65-75ºC, στα 3000 m ºC, κ.ο.κ. για μερικά ακόμα χιλιάδες μέτρα. Παρόλα αυτά, υπάρχουν πολλές περιοχές στις οποίες η γεωθερμική βαθμίδα αποκλίνει πολύ από τη μέση τιμή. Π.χ. Η Μήλος Η Μήλος, ως μέλος του ενεργού νησιωτικού ηφαιστειακού τόξου του νοτίου Αιγαίου, διαθέτει πολύ μεγάλη θερμική ροή. Οι γεωθερμικές βαθμίδες στη Μήλο είναι γενικά πολύ μεγάλες και κυμαίνονται από 10 μέχρι 100 και παραπάνω βαθμούς Κελσίου σε κάθε 100 μέτρα βάθους. Η γεωθερμική έρευνα στη Μήλο και οι αναλύσεις θερμού νερού και ατμών από γεωτρήσεις και ατμίδες, έδειξαν αρχική θερμοκρασία των ρευστών πάνω από 300 C. ΕΙΚΟΝΑ 20. ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΜΗΛΟ Στην Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής (5 και 2 αντίστοιχα). Στην Μήλο 23

25 μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 C σε βάθος 1000 m. και στην Νίσυρο 350 C σε βάθος 1500 m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 ΜW, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι την τάξης των 200 και 50 MW αντίστοιχα. Η Μήλος φημίζεται για τις θερμές ιαματικές πηγές της με θερμοκρασίες από 33οC έως 44οC - που έγιναν γνωστές πολύ νωρίς, χάρη στις αναφορές του Ιπποκράτη. Σε πολλές περιοχές του πλανήτη μας υπάρχουν θερμές πηγές. Οι θερμές πηγές μεταφέρουν θερμότητα από το εσωτερικό της γης στην επιφάνεια με μορφή άμεσα αξιοποιήσιμη (ζεστό νερό, ή ατμό). Συμπεράσματα Περιοχές του Ελλαδικού Χώρου ανήκουν στις θερμότερες γεωθερμικές περιοχές του κόσμου. ΕΙΚΟΝΑ 21. ΘΕΡΜΟΤΕΡΕΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Η θέση της Ελλάδας και οι Λιθοσφαιρικές πλάκες Ο ελληνικός χώρος βρίσκεται στα όρια επαφής και σύγκλισης της Ευρασιατικής πλάκας με την Αφρικανική, γι αυτό και είναι χώρος μεγάλης σεισμικότητας (η σεισμικότητα ενός τόπου καθορίζεται από τη συχνότητα εμφάνισης των σεισμών και τα μεγέθη τους). Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία η Ελλάδα, από άποψη σεισμικότητας, κατέχει την πρώτη θέση στη Μεσόγειο και την Ευρώπη καθώς και την έκτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο, μετά την Ιαπωνία, Νέες Εβρίδες, Περού, νησιά Σολομώντα και Χιλή. 24

26 ΕΙΚΟΝΑ 22. ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΛΑΚΕΣ ΕΙΚΟΝΑ 23. ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ 25

27 Καμπύλες μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας υπεδάφους ΕΙΚΟΝΑ 24. ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΚΑΙ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ, ΑΝΑΛΟΓΩΣ ΤΟΥ ΒΑΘΟΥΣ. (ΜΕΣΗ ΕΤΗΣΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ 23 ΒΑΘΜΟΙ ΚΕΛΣΙΟΥ) Συμπερασματικά, η γεωθερμική ενέργεια αποτελεί μια από τις πιο καθαρές μορφές ενέργειας. Η θερμότητα που περιέχεται στο εσωτερικό της γης κι αποτελεί την γεωθερμική ενέργεια, είναι τόσο μεγάλη, ώστε μπορεί να θεωρηθεί πρακτικά ανεξάντλητη μορφή ενέργειας για τα ανθρώπινα μέτρα. Η τεχνολογία για την άντληση γεωθερμικής ενέργειας διαφοροποιείται σε αβαθή γεωθερμική σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες, και σε βαθιά γεωθερμική στις υψηλότερες θερμοκρασίες. Θεωρώντας ως μείζον παγκόσμιο κοινωνικοοικονομικό πρόβλημα τις ολοένα αυξανόμενες ενεργειακές ανάγκες του ολοένα μεγαλύτερου πληθυσμού της γης, και την εξάντληση των αποθεμάτων κάρβουνου και πετρελαίου, καθώς και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκύπτουν από την παραγωγή ενέργειας σήμερα, τότε σίγουρα η γεωθερμία αποτελεί μια από τις καλύτερες λύσεις του ενεργειακού προβλήματος κυρίως επικουρικά μαζί με τις άλλες καθαρές πηγές ενέργειας. Μελλοντικά, εφόσον η τεχνολογία της αναπτυχθεί σε τέτοιο βαθμό, ίσως η γεωθερμία θα μπορούσε να συνεισφέρει ακόμα περισσότερο στην λύση του παγκόσμιου ενεργειακού προβλήματος. 26