Δημήτρης Μπόζης Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός, Μελετητής. Εφαρμογές ρηχής γεωθερμίας

Transcript

1 Δημήτρης Μπόζης Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός, Μελετητής Εφαρμογές ρηχής γεωθερμίας Ελληνική Εταιρία Διοικήσεως Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Ελληνικό Ινστιτούτο Διοικήσεως Παραγωγής Προιόντων& Υπηρεσιών Εσπερίδα Προοπτικές ανάπτυξης και οφέλη των επιχειρήσεων μέσω εξοικονόμησης ενέργειας Θεσσαλονίκη, 13 Νοεμβρίου 2014

2 περιεχόμενα γεωθερμία και γεωθερμικές εφαρμογές- ορισμοί και κατάταξη συστήματα βαθειάς γεωθερμίας- ηλεκτροπαραγωγή συστήματα βαθειάς γεωθερμίας- απ ευθείας χρήση συστήματα ρηχής γεωθερμίας - αποθήκευση θερμότητας στη γη - συστήματα με αντλίες θερμότητας συζευγμένες με τη γη τύποι συστημάτων δεδομένα, κανόνες και περιορισμοί διάδοση της τεχνικής εξοπλισμός σχεδιαστικά εργαλεία νομοθεσία Δ. Μπόζης ΕσπερίδαΕΙΔΙΠ -ΕλληνικήΕταιρίαΔιοίκησηςΕπιχειρήσεων-ΤμήμαΜακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος2014

3 γεωθερμία «είναι η θερμότητα που είναι αποθηκευμένη κάτω από την επιφάνεια της γης» (Οδηγία 2009/28/EC Promotion of Renewable Energy Sources) (πηγή Häring Geo-Project, Steinmaur) «βαθειά» γεωθερμία βάθη μεγαλύτερα από 1000 m(400 m) υψηλές θερμοκρασίες «ρηχή» γεωθερμία (αβαθής) βάθηέως200 m (400 m) χαμηλές θερμοκρασίες ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Υψηλών θερμοκρασιών t >150 C Μέσωνθερμοκρασιών 90 C <t <150 C Χαμηλών θερμοκρασιών t < 90 C Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

4 βαθειά γεωθερμία- ηλεκτροπαραγωγή Nesjavellir (Iceland) Πηγή: European Geothermal Energy Council σταθμοί ξηρού ατμού(dry steam) θερμοκρασίες >390 C (ατμός) μέσα και μεγάλα βάθη/ ηφαιστειογενείς περιοχές σταθμοί παραγόμενου ατμού(flash steam) θερμοκρασίες C(ατμός και νερό) μέσα και μεγάλα βάθη/ ηφαιστειογενείς περιοχές ισχύς10-100mwe/ συνδυασμόςμετηλεθέρμανση σταθμοί διπλού κύκλου(binary) θερμοκρασίες C(νερό και οργ. ρευστό) μικράβάθη/ ισχύς100 kwe 1 MWe συνδυασμός με εφαρμογές απ ευθείας θέρμανσης εγκατεστημένη ισχύς παγκοσμίως περίπου ΜWe εγκατεστημένη ισχύς στην Ευρώπη περίπου 1800 ΜWe (68 σταθμοί 11,5 TWh/έτος) κόστος παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας : 0,07 /kwh 78 projects σεεξέλιξηστην Ευρώπη Ελλάδα: 19 υποδιερεύνηση projects στα νησιά του Αιγαίου Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

5 βαθειά γεωθερμία- συστήματα απ ευθείας χρήσης θερμοκρασίες C( μικράβάθη) εγκατεστημένη ισχύς παγκοσμίως περ ΜW (2012) αποπάγωση- θέρμανση εδάφους αφαλάτωση ιχθυοκαλλιέργειες λουτρά παραγωγή βιοαερίου αγροτικές καλλιέργειες θερμοκήπια θέρμανση κτιρίων οικισμών επεξεργασία πολτού και χαρτιού ξήρανση ψύξη παραγωγή πάγου Ελλάδα 200 στρ. θερμοκήπια ΝέαΑπολλώνια, Λαγκαδάς, ΝιγρίταΣερρών, Ξάνθη, Λέσβος Λουτρά(περίπου 750 γνωστές θερμές πηγές) Ιχθυοκαλλιέργειες(Ξάνθη, Νιγρίτα Σπιρουλίνα) Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

6 ρηχή γεωθερμία - αποθήκευση θερμότητας το υπέδαφος χρησιμοποιείται για να αποθηκευτεί θερμότητα- ή«ψύχος» συνήθωςσεδιεποχιακήβάση(χειμώνας καλοκαίρι) αποθήκευση θερμότητας σε υπόγεια υδροφόρα στρώματα (Aquifer Thermal Energy Storage ATES) Arlanda Airport - Sweden Πηγή: GöranHellstörm: UTES Experiences from Sweden, Lund Univ. of Technology / NeoEnergySweden Ltd Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

7 ρηχή γεωθερμία - αποθήκευση θερμότητας αποθήκευση θερμότητας στο έδαφος με κατακόρυφες γεωτρήσεις (Borehole Thermal Energy Storage BTES) Lulea University - Sweden Πηγή: GöranHellstörm UTES Experiences from Sweden Lund Univ. of Technology / NeoEnergySweden Ltd Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

8 ρηχή γεωθερμία - συστήματα με αντλίες θερμότητας αντλία θερμότητας διάταξη εναλλαγής θερμότητας με τη γη (γεωεναλλάκτης) «κινητήριος μηχανισμός» η ηλιακή ακτινοβολία καιηψύξητουφλοιούτηςγής! Ηθερμοκρασίατηςγηςσεβάθος μεγαλύτερο των 15 m παραμένει σταθερήκαιίσηπερίπουμετημέση ετήσια θερμοκρασία αέρα Ηλιακήακτινοβολία: 1500 kwh/m 2 /y Θερμορροή από το εσωτερικό τηςγης: 0.6kWh/m 2 /y Ενεργειακές απαιτήσεις κατοικίας γιαθέρμανση: kwh/m 2 /y Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

9 αντλίες θερμότητας και κτίριο λειτουργία για θέρμανση κτίριο λειτουργία για ψύξη κτίριο Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

10 γεωθερμικές αντλίες θερμότητας και κτίριο COP H QB Q = = 1+ E E P Λειτουργία για Θέρμανση COP C QB Q = = 1+ E E P Η λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας είναι αποδοτικότερη ενεργειακά όταν η διαφορά θερμοκρασίας πρωτεύοντος και δευτερεύοντος κυκλώματος είναι μικρότερη. θέρμανση : υψηλή θερμοκρασία γεωεναλλάκτη χαμηλή θερμοκρασία διανομής Λειτουργία για Ψύξη ψύξη: χαμηλή θερμοκρασία γεωεναλλάκτη υψηλή θερμοκρασία διανομής Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

11 κλειστά οριζόντια συστήματα οριζόντια δίκτυα σωλήνων σε χάνδακες ή σκάμματα βάθους1,2 έως2,0 m. WaterFurnace Ελλάδα WaterFurnace Ελλάδα δίκτυα σωλήνων PE με αντιψυκτικό υγρό σε διάφορες διατάξεις (απλέςοδεύσεις, coils, συλλέκτες) ή δίκτυα σωλήνων χαλκού με ψυκτικό υγρό απευθείας συνδεδεμένα στην αντλία θερμότητας(συστήματα απευθείας εκτόνωσης- DX) Masser s.a. Belgium εφαρμόζεται κυρίως σε μικρές εγκαταστάσεις όπου υπάρχει διαθέσιμη έκταση κυρίως για θέρμανση Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

12 κλειστά κατακόρυφα συστήματα WWW/WaterFurnace.com WaterFurnace International WaterFurnace Ελλάδα Geotrainet Training Manual WaterFurnace Ελλάδα κατακόρυφοιβρόχοισωλήνων(πολλαπλάu Tubes) σεβάθηέως100 m(200 m). Φάσεις κατασκευής: - γεωτρήσεις - βύθιση των σωλήνων - πλήρωση της γεώτρησης(grouting) / έλεγχοι πίεσης - δικτύωση/ πλήρωση με αντιψυκτικό υγρό(συνήθως) / σύνδεση με την αντλία θερμότητας εφαρμόζεται σε συστήματα μικρά και μεγάλα, για θέρμανση και ψύξη Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

13 ανοιχτά συστήματα McQuay-GHP Design Manual, AG άντληση νερού από πηγάδι ή γεώτρηση και επανέγχυση του νερού στο υδροφόρο στρώμα με τη βοήθεια δεύτερου πηγαδιού ή γεώτρησης η αντλία θερμότητας τροφοδοτείται απευθείας με το αντλούμενο νερό ή μέσω εναλλάκτη θερμότητας εφαρμόζεται σε συστήματα όλων των μεγεθών, για θέρμανση και ψύξη. Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

14 δεδομένα, περιορισμοί και κανόνες- βασικά μια περιοχή του υπεδάφους «ενεργοποιείται θερμικά» για: Geotrainet Training Manual την απορρόφηση ή την απόρριψη θερμότητας θέρμανση μόνον ή ψύξη μόνον μεγάλη διαφορά θέρμανσης/ ψύξης υπόγεια νερά σε κίνηση την αποθήκευση θερμότητας θέρμανση και ψύξη στάσιμα ή καθόλου υπόγεια νερά πρέπεινα: μειώσω κατά το δυνατό τις απαιτήσεις να επιλέξω το καταλληλότερο σύστημα να σχεδιάσω τον γεωεναλλάκτη με τις μικρότερες διαστάσεις ενώ ταυτόχρονα θα είναι ενεργειακά αποτελεσματικός να κατασκευάσω το γεωεναλλάκτη για μεγάλη ζωή (θα ζήσει περισσότερο από το σύστημα) δενπρέπεινα: καταστρέψω υποδομές και δίκτυα να ρυπάνω με οποιονδήποτε τρόπο υπόγεια νερά ναρυπάνωτογείτονα Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

15 δεδομένα, περιορισμοί και κανόνες- οριζόντια συστήματα Έχωστομυαλό: Προϋποθέσεις διαθέσιμη έκταση και χαμηλό κόστος εκσκαφών Αδειοδότηση στην Ελλάδα τυπικά απαιτείται (στις περισσότερες Ευρωπαϊκές χώρες απαιτείται μόνον σε εξαιρετικές περιπτώσεις) Περιορισμοί - μη τοξικό αντιψυκτικό υγρό (αιθυλενογλυκόλη, προπυλενογλυκόλη, αιθυλική αλκοόλη) - οι σωληνώσεις DX συστήματος να βρίσκονται επάνω από τον υδροφόρο ορίζοντα σημαντική η επίδραση των συνθηκών κλίματος(ήλιος, θερμοκρασία αέρα, άνεμος, βροχή, χιόνι) απλή εναλλαγή θερμότητας με κινητήρια δύναμη την ηλιακή ακτινοβολία όσο πιο βαθιά οι σωλήνες τόσο λιγότερο«ηλιακό δυναμικό» εκμεταλλεύομαι αλλά βελτιώνω τις αποδόσεις στην ψύξη ησύνθεσητουεδάφουςκαιηυγρασίατουπαίζουντονσημαντικότερορόλο επιθυμώ ασκίαστες περιοχές που διαβρέχονται και εδάφη με υψηλή θερμική αγωγιμότητα που κατακρατούν υγρασία βελτιώνω το έδαφος γύρω από τους σωλήνες(άμμος, οργανικά, πρόβλεψη για διαβροχή) περιμένωειδικέςτιμέςφόρτισης10-50w/m 2 καιετήσιεςαπολαβέςγιαθέρμανση50-80kwh/m 2 Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

16 δεδομένα, περιορισμοί και κανόνες- κατακόρυφα συστήματα Geotrainet Training Manual Προϋποθέσεις διαθέσιμη έκταση (πολλές φορές και κάτω από τη θεμελίωση) Αδειοδότηση απαιτείται Περιορισμοί - απαιτήσεις ως προς την κατασκευή των γεωτρήσεων (να μη διαταραχτούν οι υπόγειοι υδροφορείς) - μη τοξικό αντιψυκτικό υγρό - αποφυγή θερμικής ρύπανσης του γείτονα - ποτέ σε αρτεσιανό υδροφόρο έχωστομυαλό: απλή εναλλαγή θερμότητας με τη γη ή αποθήκευση θερμότητας οι γεωτρήσεις κοστίζουν: πρέπει να γνωρίζω τις θερμικές ιδιότητες του εδάφους ώστε να αποφύγω υπερδιαστασιολόγηση η πρώτη γεώτρηση μπορεί να μου δώσει σημαντικές πληροφορίες! επιθυμώ εδάφη με υψηλή θερμική αγωγιμότητα στην απλή εναλλαγή θερμότητας: υδροφορείς σε κίνηση στην αποθήκευση θερμότητας: ισοσκελισμένες απαιτήσεις Θέρμανσης- Ψύξης δίνω προσοχή στην κατασκευή των γεωτρήσεων για την προστασία των υδροφορέων περιμένω ειδικές τιμές φόρτισης W/m Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

17 δεδομένα, περιορισμοί και κανόνες- ανοιχτά συστήματα McQuay-GHP Design Manual, AG Προϋποθέσεις ύπαρξη εκμεταλλεύσιμου υδροφορέα Αδειοδότηση απαιτείται Περιορισμοί - απαιτήσεις ως προς την κατασκευή των γεωτρήσεων (να μη διαταραχτούν οι υπόγειοι υδροφορείς) -όσονερότραβώπρέπεινατορίξωπίσω -δενπρέπειναρυπάνωτονυδροφορέακαιθερμικά το γείτονα πρέπειναμάθω: πόσο νερό μπορώ να αντλήσω και από πιο βάθος(δοκιμαστική γεώτρηση) ποιαείναιηποιότητατουνερούπουθααντληθεί(ανάλυση) έχω στο μυαλό ότι η ενέργεια άντλησης επηρεάζει σοβαρά τον πραγματικό COP του συστήματος δίνω προσοχή: θααπαιτηθείεναλλάκτηςεάνηποιότητατουνερούδενείναικαλή η επανέγχυση του νερού στον υδροφορέα είναι τεχνικά δυσκολότερη από την άντληση η επανέγχυση πρέπει να γίνεται έτσι ώστε να μην επηρεάζεται θερμικά η άντληση απαιτείται διάταξη διαχείρισης νερού? (δεξαμενές, διαφορετικές αντλίες για επανέγχυση κλπ) επιθυμώαντλήσεις1 m 3 /h γιακάθε3,5 4,5kW Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

18 διάδοση της τεχνικής πρώτηεφαρμογήκαιαναφορές (ΗΠΑ) πρώτεςεφαρμογέςστηνευρώπη μεγάλη ανάπτυξη σε Ελβετία και Σουηδία «boom»στηνκεντρικήκαιβόρειαευρώπημετάτο συστήματα ήταν εγκατεστημένα στο κόσμο το 2005 ( στις Η.Π.Α. και στη Σουηδία) με συνολική εγκατεστημένη θερμική ισχύ MW σημαντικήζήτησηστηνελλάδααπότο2005 Πωλήσεις αντλιών θερμότητας 2006/07 στην Ευρώπη (Sanner B, 2011 in Geotrainet Training Manual for Designers) Πωλήσεις αντλιών θερμότητας στη Γερμανία (Sanner B, 2011 in Geotrainet Training Manual for Designers) Άδειες για γεωθερμικά συστήματα στην πρώην Νομαρχία Θεσ/νίκης Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

19 εξοπλισμός- αντλίες θερμότητας προ 1995 κατασκευαστές κυρίως στις ΗΠΑ λίγοι ευρωπαίοι κατασκευαστές, κυρίως για θέρμανση R22 / παλινδρομικοί συμπιεστές/ ελλειμματικοί αυτοματισμοί σήμερα μεγάλος αριθμός κατασκευαστών και στην Ευρώπη μεγάλες εταιρίες ενέταξαν στα προϊόντα τους και Α.Θ. νέα ψυκτικά υγρά/ συμπιεστές scroll / εξαιρετικοί αυτοματισμοί λύσεις πακέτα για μικρές εγκαταστάσεις(α.θ. / δοχείο αδρανείας/ θερμαντήρας νερού χρήσης/ μονάδες κυκλοφορίας/ αυτοματισμοί) πιστοποιήσεις και κατά ARI, EUROVENT, CE, και κατάταξη ανάλογα με την ενεργειακή απόδοση καταπληκτικές αποδόσεις που συνεχώς βελτιώνονται διεύρυνση ορίων λειτουργίας Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

20 εξοπλισμός κατασκευή γεωενλλακτών Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας κάποιων από τα πιο συνηθισμένα υλικά πλήρωσης κατακόρυφων γεωτρήσεων ΕικόνεςκαιΠίνακας: McGorry, Jones (eds) 2011, GeotrainetTraining Manual for Designers of Shallow Geothermal Systems Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

21 VDI 4640 Part 1/2/3/4 σχεδίαση εγκαταστάσεων μόνον θέρμανσης 30 kw σχεδίαση- οδηγοί και εργαλεία Λογισμικό για σχεδίαση κάθε τύπου εγκατάστασης, ενεργειακούς υπολογισμούς και προσομοιώσεις EED Earth Energy Designer και εξαιρετικό Handbook για όλες τις εφαρμογές της γεωθερμίας GLD Ground Loop Design Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

22 νομοθεσία ΥΑ Δ9Β,Δ/Φ166/ΟΙΚ13068/ΓΔΦΠ2488(2009) δεν επιβάλλεται ευθέως η πλήρωση(grouting) των κατακόρυφων κλειστών γεωτρήσεων! εκδίδονται άδειες από τις Διευθύνσεις Ανάπτυξης ορίζονται οι απαραίτητες αποστάσεις από όρια και δίκτυα σε κάθε γεώτρηση επιβάλλεται σωλήνωση και τσιμέντωσή της σταεπάνω5 m τα κλειστά κατακόρυφα συστήματα επιτρέπονται ακόμη και αν απαγορεύεται η ανόρυξη παραγωγικών γεωτρήσεων ανοιχτά συστήματα: επιβάλλεται η επενέγχυση όλου του νερού και ζητείται η αποφυγή αλλοίωσης της ποιότητάς του ανάμεσα στα έγγραφα προς υποβολή είναι μελέτη(βασικά στοιχεία), δηλώσειςσυμμόρφωσηςστιςδιατάξειςτηςυα, πιστοποιήσεις εξοπλισμού και δήλωση- βεβαίωση για την κατάρτιση των τεχνικών του συνεργείου διάτρησης στα ανοιχτά κυκλώματα ζητείται γνωμοδότηση της Διεύθυνση Υδάτων της Περιφέρειας ζητείται γνωμοδότηση του ΙΓΜΕ μόνον εάν η εγκατάσταση βρίσκεται σε περιοχή χαρακτηρισμένη ως γεωθερμικό πεδίο ηάδειαεκδίδεταιυπόόρους: - υποβολή στοιχείων(γεωλογικά, υδρογεωλογικά τεχνικά, και θερμικά) μετά την κατασκευή - τοποθέτηση υδρομετρητών και καταγραφών θερμοκρασίας στις γεωτρήσεις - δικαίωμα ελέγχου από τις υπηρεσίες ορίζονται τα σχετικά πρόστιμα και οι διαδικασίες επιβολής για καταστρατήγηση της μελέτης ή κατασκευή χωρίς αδειοδότηση Δ. Μπόζης Εσπερίδα ΕΙΔΙΠ - Ελληνική Εταιρία Διοίκησης Επιχειρήσεων- Τμήμα Μακεδονίας Θεσσαλονίκη Νοέμβριος

23 ευχαριστώ για την προσοχή σας!