4. ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Transcript

1 4. ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η Γη είναι θερμή στο εσωτερικό της και η αύξηση της θερμοκρασίας της συναρτήσει του βάθους σε κανονικές συνθήκες είναι περίπου σταθερή και ονομάζεται γεωθερμική βαθμίδα (thermal gradient). Η φυσιολογική τιμή της γεωθερμικής βαθμίδας στα πρώτα χιλιόμετρα της λιθόσφαιρας κυμαίνεται από 20 έως 50 C/km, ενώ η μέση τιμή της θεωρείται 33 C/km. Η φυσική θερμική ενέργεια της γης, η οποία σύμφωνα με το φυσικό νόμο μετάδοσης της θερμότητας από το θερμοδοχείο υψηλής θερμότητας στο θερμοδοχείο χαμηλής θερμότητας, μεταδίδεται από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη μας προς την επιφάνεια είτε με θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων είτε με κατακόρυφη κίνηση ρευστών ονομάζεται γεωθερμία. Το μεγαλύτερο μέρος της γεωθερμίας μεταδίδεται με θερμική αγωγή και με ρυθμό ροής 0,04-0,06 W/m². Τα ηφαιστειακά και υδροθερμικά φαινόμενα από την άλλη πλευρά μεταδίδουν θερμότητα με ρεύματα μεταφοράς αλλά περιορίζονται στις ζώνες κοντά στα σύνορα των λιθοσφαιρικών πλακών. Στην περίπτωση αυτή έχουμε ροή θερμότητας με τιμές πολλαπλάσιες της μέσης γήινης. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί "γεωθερμική ανωμαλία" και η περιοχή χαρακτηρίζεται σαν γεωθερμικό πεδίο Η θερμότητα του εσωτερικού της Γης οφείλεται στην αστρική προέλευση της γης με τη συνδρομή της ραδιενεργού μεταστοιχείωσης μερικών υλικών της. Ο πυρήνας της υπολογίζεται ότι έχει θερμοκρασία ο C περίπου και ο μανδύας C (εικόνα ΓΘΜ-1). Από το ανώτερο τμήμα του μανδύα προέρχεται το λιωμένο πέτρωμα (μάγμα) που φθάνει μερικές φορές στην επιφάνεια της γης, δημιουργώντας τις εντυπωσιακές ηφαιστειακές εκρήξεις. Το υλικό που φθάνει στην επιφάνεια (μίγμα λειωμένων υλικών του μανδύα και της υπερκείμενης λιθόσφαιρας, αερίων και μερικών στερεοποιημένων πετρωμάτων) έχει θερμοκρασίες μεταξύ 600 και ο C (ανάλογα με τη χημική σύσταση). Έτσι μεταφέρονται μεγάλες ποσότητες θερμικής ενέργειας, που σπάνια διαχέονται στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια με την έκρηξη. Συνήθως εγκλωβίζονται σε μικρό βάθος και ενεργοποιούν μεγάλες ποσότητες υπεδαφικών ρευστών που θερμαίνονται ως τους 400 και πλέον ºC. Είναι σημαντικό να τονίσουμε τη διαφορά μεταξύ της γεωθερμικής βαθμίδας και της ροής θερμότητας, γιατί υψηλή θερμοκρασιακή (γεωθερμική) βαθμίδα δεν ταυτίζεται πάντα και με μεγάλη ροή θερμότητας. Αν η ροή θερμότητας θεωρηθεί μόνο στο κατακόρυφο επίπεδο, τότε ΓΘΜ - 1.

2 συνδέεται με τη γεωθερμική βαθμίδα με τη σχέση <ΓΘΜ-1>: dt q K <ΓΘΜ-1> dz όπου q είναι η ροή θερμότητας εκφρασμένη συνήθως σε cal/cm²/s, K είναι η θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και dt/dz η θερμοκρασιακή βαθμίδα, που συνήθως εκφράζεται ανά km. Υψηλές θερμοκρασιακές βαθμίδες μπορεί να συνδυαστούν με πετρώματα χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας, όπως και το αντίθετο, με αποτέλεσμα να μην έχουμε μεγάλη ροή θερμότητας. Εικόνα ΓΘΜ-1: Σχηματική τομή της Γης Oι ηφαιστειακές εκρήξεις είναι το εντυπωσιακότερο φυσικό φαινόμενο της γήινης θερμότητας και οι σεισμοί το καταστρεπτικότερο. Αυτοί αποδεικνύουν ότι ο πλανήτης μας είναι ακόμα ζωντανός, οι λιθοσφαιρικές του πλάκες κινούνται η μία σε σχέση με την άλλη (εικόνα ΓΘΜ-2) και αιτία της κίνησής τους είναι τα ρεύματα μεταφοράς θερμότητας, που υπάρχουν σε πολλές περιοχές του μανδύα. Οι σεισμοί λοιπόν, από τη μια δημιουργούν τα γνωστά προβλήματα στον άνθρωπο, από την άλλη διευκολύνουν την κυκλοφορία του μάγματος και κυρίως των γεωθερμικών ρευστών και την άνοδό τους προς την επιφάνεια της γης, μεταφέροντας μεγάλες ποσότητες θερμικής ενέργειας και κάνοντάς την προσιτή στους κατοίκους της. ΓΘΜ - 2.

3 Εικόνα ΓΘΜ-2: Όρια λιθοσφαιρικών πλακών και ενεργές ζώνες του γήινου φλοιού Τα γεωθερμικά ρευστά, με τη βοήθεια των τεκτονικών κινήσεων στις σεισμικά ενεργές περιοχές, φθάνουν πολλές φορές και στην επιφάνεια του εδάφους, δημιουργώντας και άλλα εντυπωσιακά φυσικά φαινόμενα, τα κυριότερα των οποίων είναι: 1. Οι υδροθερμικοί κρατήρες ύστερα από έκρηξη εγκλωβισμένων σε μικρό βάθος υπέρθερμων γεωθερμικών ρευστών, τα οποία ανατινάζουν τα υπερκείμενα πετρώματα. 2. Οι θερμοπίδακες ή geysers είναι δημιουργήματα υπέρθερμων υπόγειων νερών που κυκλοφορούν σε μικρό βάθος. Αυτά τα νερά κάθε τόσο αποκτούν πίεση ικανή να προκαλέσει «έκρηξη» νερού και ατμού, που εκτινάσσονται σε αρκετές δεκάδες μέτρα πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. 3. Οι ατμίδες είναι έξοδοι υπέρθερμου ατμού που βγαίνει από ρωγμές του εδάφους χωρίς πίεση αλλά με εντυπωσιακή σταθερότητα, μαζί με ηφαιστειακά αέρια. Γύρω από τις ατμίδες αποτίθενται άλατα και ορυκτά που περιέχονται στον ατμό. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις ξεπερνούν τους 600ºC αλλά συνήθως έχουν θερμοκρασία γύρω στους 100ºC. 4. Οι θερμές πηγές είναι έξοδοι ζεστού νερού, κάτω από ευνοϊκές γεωλογικές συνθήκες, με θερμοκρασία μέχρι 100ºC. Σε λίγες περιπτώσεις έχουν εντυπωσιακή παροχή (ποσότητα νερού στο χρόνο), συνήθως όμως βγάζουν λίγο νερό, γιατί το περισσότερο είναι εγκλωβισμένο στο υπέδαφος και περιμένει τις γεωθερμικές γεωτρήσεις. Οι πηγές των Θερμοπυλών είναι εντυπωσιακές και ενεργές από την εποχή της αρχαιότητας, συνεχίζουν να ρέουν και σήμερα με σημαντική παροχή (~1.000 m 3 /h), και αποδεικνύουν την ανανεωσιμότητα του ενεργειακού αυτού πόρου. Οι κρατήρες στη Νίσυρο, ο πιο πρόσφατος από τους οποίους, δημιουργήθηκε το 1883 μετά από σεισμική δραστηριότητα στο νησί, συνδέονται και με τη μυθολογία. Ο Πολυβώτης, ο μυθικός γίγαντας, στενάζει κάτω από το ηφαίστειο της Νισύρου από την πέτρα που του έριξε ο Ποσειδώνας για μια αταξία που έκανε και από τότε βρυχάται, δημιουργώντας σεισμούς και ηφαιστειακές εκρήξεις. Ο εντυπωσιακότερος υδροθερμικός κρατήρας με το όνομά του, βγάζει ακόμα υπέρθερμους ατμούς και αέρια. ΓΘΜ - 3.

4 4.2. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Τα ηφαίστεια και τα θερμά νερά ήταν γνωστά από τους προϊστορικούς χρόνους, στα οποία η Μυθολογία αφιέρωσε ένα θεό, τον Ήφαιστο, που συνδέθηκε με το υπόγειο εργαστήριό του στη Λήμνο και, κυρίως, με την Αίτνα που ήταν (και συνεχίζει να είναι) ένα από τα πιο ενεργά ηφαίστεια του κόσμου, και συχνά δημιουργεί εκρήξεις. Ο ημίθεος Ηρακλής συνδέθηκε και με τα θερμά λουτρά, που επισκεπτόταν για να πάρει την εντυπωσιακή του δύναμη. Πολλές ιαματικές εγκαταστάσεις έχουν το όνομα αυτού του ημίθεου και λέγονταν Θερμές του Ηρακλή. Οι θερμές πηγές θεωρούνταν από την αρχαιότητα ακόμα ότι είχαν θεραπευτικές και υπερφυσικές ιδιότητες, γι αυτό τα Ασκληπιεία αλλά και άλλοι ιεροί χώροι ήταν κοντά σε θερμές πηγές. Η χρήση των φυσικών θερμών ρευστών ήταν γνωστή και στους αρχαίους ανατολικούς λαούς (Κίνα, Ιαπωνία) με πληθώρα μαρτυριών στη μυθολογία και την ιστορία τους. Οι Ετρούσκοι και οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν επίσης τα θερμά νερά, όχι μόνο για ιαματικούς σκοπούς αλλά και για τη θέρμανση οικοδομών. Ο Γαληνός προσέφερε φρούτα εκτός εποχής στους καλεσμένους του, που παρήγαγε προφανώς σε γεωθερμικό θερμοκήπιο της εποχής. Τα φυσικά λοιπόν θερμά ρευστά χρησιμοποιήθηκαν από πολύ παλιά, κυρίως για τις θεραπευτικές ιδιότητες, και σπάνια για τις ενεργειακές δυνατότητές τους, γιατί έλειπαν οι μεγάλες ποσότητες ρευστών που παράγονται με τις γεωτρήσεις, αφού αυτές πρωτοέγιναν με τη νέα τεχνολογία μόλις στα τέλη του 19 ου αιώνα. Οι σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές επέτρεψαν στον εικοστό κυρίως αιώνα, την απόληψη της θερμικής ενέργειας. Πράγματι, οι ποσότητες των ρευστών που καταφέρνουν να φθάνουν με φυσικό τρόπο στην επιφάνεια είναι πάρα πολύ μικρές, σε σύγκριση με εκείνες που είναι εγκλωβισμένες στο υπέδαφος και «περιμένουν» τις γεωτρήσεις για να ανέβουν, μέσα από τις οπές τους, είτε με τη δική τους πίεση είτε ύστερα από άντληση. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος εκμετάλλευσης της γεωθερμίας είναι για θέρμανση και η χρήση αυτή είχε εφαρμοστεί από παλιά. Από υπάρχοντα στοιχεία φαίνεται πως οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν τα νερά για θέρμανση στην περιοχή Campi Flegrei, κοντά στη Νάπολη. Το πρώτο αξιόλογο πρόγραμμα θέρμανσης με γεωθερμικά ρευστά άρχισε το 1920 στην Ισλανδία, όπου σήμερα σχεδόν ολόκληρος ο πληθυσμός θερμαίνεται μέσω τηλεθέρμανσης με γεωθερμία. Το παράδειγμα της Ισλανδίας το ακολούθησαν η ΕΣΣΔ και η Ουγγαρία. Τα τελευταία χρόνια στη Γαλλία και σε άλλες χώρες της Ε.Ε. αναπτύχθηκαν σημαντικά προγράμματα θέρμανσης με εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας. Από το 1984 στην ευρύτερη περιοχή του Παρισιού περισσότερες από κατοικίες θερμαίνονται με γεωθερμία. Η πρώτη βιομηχανική εκμετάλλευση της γεωθερμίας έγινε στο Larderello της Ιταλίας, όπου από τα μέσα του 19 ου αιώνα χρησιμοποιήθηκε ο φυσικός ατμός για να εξατμίσει τα νερά που περιείχαν βορικό οξύ. Το 1904, στο ίδιο μέρος, έγινε η πρώτη παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από τη γεωθερμία. Η γεωθερμία είναι εκμεταλλεύσιμη με τη μορφή ζεστού νερού ή ατμού ή μίγματος αυτών των δύο. Σε κανονικές συνθήκες η εκμετάλλευσή της είναι ασύμφορη λόγω της χαμηλής πυκνότητας ενέργειας και της υψηλής εντροπίας στην οποία βρίσκεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η γεωθερμική βαθμίδα του γεωθερμικού πεδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αξία του και αποδοτικότερη η εκμετάλλευσή του ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ Τα γεωθερμικά ρευστά είναι μίγματα νερού, ατμού και φυσικών αερίων. Πρακτικά, μόνον αυτά που βρίσκονται σε βάθος μέχρι m μπορούν να αξιοποιηθούν με οικονομικό τρόπο. Τα ρευστά των οποίων η θερμοκρασία είναι μικρότερη από 100ºC (ρευστά χαμηλής ενθαλπίας) δεν περιέχουν ατμό, παρά μόνο νερό και λίγα ή καθόλου φυσικά αέρια. Τα περισσότερα γεωθερμικά ρευστά ΓΘΜ - 4.

5 έχουν επιφανειακή προέλευση (μετεωρική, θαλάσσια, ποτάμια ή λιμναία) γι αυτό και δεν παρουσιάζουν ιδιαίτερη σύνθετη χημική σύσταση. Οι περιοχές της γης όπου υπάρχουν γεωθερμικά ρευστά σε ικανοποιητική ποσότητα, θερμοκρασία και βάθος λέγονται γεωθερμικά πεδία. Αποφεύγεται ο όρος κοίτασμα, ο οποίος χρησιμοποιείται για συγκεκριμένα και εξαντλήσιμα μεταλλευτικά ορυκτά και ρευστά, ενώ τα γεωθερμικά ρευστά είναι σε μεγάλο βαθμό ανανεώσιμα. Ο μεταφορέας της γεωθερμικής ενέργειας (γ.ε.) από το υπέδαφος είναι τα νερά και οι ατμοί που βρίσκουμε μέσα σε υδροπερατό γεωλογικό σχηματισμό (πορώδη πετρώματα), δηλ. τον ταμιευτήρα (εικόνα ΓΘΜ-3). Οι ταμιευτήρες των γεωθερμικών πεδίων τροφοδοτούνται κυρίως από επιφανειακά αρχικώς νερά, που κατεισδύουν και κυκλοφορούν υπογείως, θερμαίνονται, εμπλουτίζονται σε άλατα και αέρια και μπαίνουν στο διαρκή κύκλο της θερμικής μεταφοράς. Τα ρευστά αυτά καθώς κατεβαίνουν προς τα βαθύτερα στρώματα, ζεσταίνονται στο καινούργιο πιο θερμό περιβάλλον, γίνονται έτσι ελαφρότερα και προσπαθούν να ανέβουν προς τα πάνω. Αν δεν τα καταφέρουν μόνα τους, επειδή συναντούν κάποιο στεγανό γεωλογικό κάλυμμα πάνω από τον ταμιευτήρα, εγκλωβίζονται εκεί. Έτσι μέσα στους ταμιευτήρες, όπου η κυκλοφορία είναι πιο γρήγορη και εύκολη, υπάρχει νερό κάτω από συνθήκες αυξημένης πίεσης και θερμοκρασίας. Εικόνα ΓΘΜ-3: Γεωθερμικό πεδίο ΓΘΜ - 5.

6 Με τις γεωτρήσεις παραγωγής δίνεται η διέξοδος προς τα πάνω, και μάλιστα με τρόπο ελεγχόμενο. Τα γεωθερμικά ρευστά ανεβαίνουν προς την επιφάνεια συνήθως με πίεση, και η θερμική τους ενέργεια χρησιμοποιείται στις εγκαταστάσεις εκμετάλλευσης στην επιφάνεια. Από τη χημική σύσταση των γεωθερμικών ρευστών και τα φυσικά χαρακτηριστικά τους εξαρτάται η οικονομικότητα της αξιοποίησής τους, αλλά και ο καταλληλότερος τρόπος εκμετάλλευσης του κάθε πεδίου. Για τον εντοπισμό των γεωθερμικών ταμιευτήρων χρειάζεται να γίνουν ειδικές γεωεπιστημονικές έρευνες και μελέτες, έως ότου προσδιοριστούν οι καταλληλότερες θέσεις των πολυδάπανων γεωτρήσεων παραγωγής. Ο μεταλλευτικός κίνδυνος επιδιώκεται να ελαχιστοποιηθεί και πρέπει να βρεθεί η χρυσή τομή κόστους ερευνών - ρίσκου γεωτρήσεων. Τρεις κύριοι τύποι γεωθερμικών πεδίων είναι υπό εκμετάλλευση ευρύτατα σήμερα στον κόσμο. Πρόκειται για τα υπέρθερμα πεδία υψηλής ενθαλπίας ( ºC), τα πεδία μέσης ενθαλπίας ( ºC) και τα πεδία χαμηλής ενθαλπίας (μέχρι 100ºC). Στα πεδία «θερμών-ξηρών πετρωμάτων» (όπου δεν κυκλοφορούν εύκολα τα ρευστά) η τεχνολογία εκμετάλλευσης είναι μέχρι σήμερα αντιοικονομική και βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο. Σε ό,τι αφορά στην ενέργεια από το μάγμα (λιωμένο πέτρωμα) βρισκόμαστε ακόμα μακριά από την τεχνική και οικονομικά αποδεκτή λύση. Η γεωθερμική ενέργεια είναι υπό ορισμένες συνθήκες εντελώς ανανεώσιμη, δημιουργεί λίγα έως μηδαμινά τεχνικά (διάβρωσης και επικαθίσεων) και περιβαλλοντικά προβλήματα και αποτελεί γενικά μια ήπια και αειφορική μορφή ενέργειας. Με τον ατμό συνήθως παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια ενώ το ζεστό νερό και το συμπύκνωμα του ατμού μετά το στρόβιλο μπορεί να τύχει πολλαπλών χρήσεων. Στον πίνακα ΓΘΜ-1 φαίνονται οι διάφορες βασικές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας. Βασικά στοιχεία που καθορίζουν και τις χρήσεις της γεωθερμίας είναι το ενεργειακό περιεχόμενο του ρευστού (ενθαλπία), η σύσταση του, ο ευρύτερος χώρος που βρίσκεται το γεωθερμικό πεδίο, η ευκολία μεταφοράς της παραγόμενης ενέργειας ή διακίνησης των προϊόντων που παράγονται καθώς και οικονομικοί παράγοντες ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Η γεωθερμική ενέργεια είναι ανανεώσιμη μορφή ενέργειας. Όμως το ενεργειακό δυναμικό ενός γεωθερμικού πεδίου με την αυστηρή έννοια είναι μη ανανεώσιμο, γιατί οι ρυθμοί εκμετάλλευσης για την λειτουργία ενός ΓΘΗ Σταθμού μερικών εκατοντάδων kw είναι μεγαλύτεροι από την ροή ενέργειας από το εσωτερικό της γης ακόμη και σε περιοχές υψηλών τιμών της. Έτσι η διάρκεια ζωής ενός γεωθερμικού πεδίου είναι μερικές δεκάδες χρόνια, ενώ η αναπλήρωσή του μπορεί να απαιτήσει αιώνες. Οι επιπτώσεις της γεωθερμίας στο περιβάλλον, ιδιαίτερα από την παραγωγή ισχύος, είναι αμελητέες, συγκρινόμενες με τις συμβατικές πηγές ενέργειας (πετρέλαιο, ανθρακας). Η θερμική ρύπανση είτε από τους πύργους ψύξης των ΓΘΗ Σταθμών είτε από τα απόβλητα ζεστά νερά είναι η γενικότερη επίπτωση της εκμετάλλευσης της γεωθερμίας. Άλλες αρνητικές πλευρές της χρήσης γεωθερμίας μπορούν να θεωρηθούν η ύπαρξη διαλυμένων αερίων, η μεγάλη περιεκτικότητα σε άλατα του γεωθερμικού ρευστού ή ο θόρυβος από τις γεωτρήσεις. Τα γεωθερμικά ρευστά μέσης και υψηλής ενθαλπίας δημιουργούν κάποια προβλήματα κυρίως από το περιεχόμενο H 2 S σε αέρια φάση και τη χημική επιβάρυνση από τα διαλυμένα στο αλμόλοιπο στοιχεία (κυρίως βαρέα μέταλλα, σε ελάχιστες ευτυχώς ποσότητες). Τα διαλυμένα στοιχεία ή ενώσεις ως και η θερμική επιβάρυνση μετά τη χρήση αντιμετωπίζονται με την επανέγχυση σε ειδική γεώτρηση. Το H 2 S μπορεί να συγκρατηθεί με διάφορες μεθόδους. Η ολική επαναδιοχέτευση ΓΘΜ - 6.

7 των ρευστών μετά τη μονάδα σε άλλη βαθιά γεώτρηση στο φυσικό ταμιευτήρα, και σε τελείως κλειστό κύκλωμα λύνει οποιοδήποτε πρόβλημα. Τα γεωθερμικά ρευστά χαμηλής ενθαλπίας έχουν πολύ λιγότερες έως μηδαμινές επιπτώσεις στο περιβάλλον (ανάλογα από τη χημική τους σύσταση). Η επαναδιοχέτευση στον ταμιευτήρα και η χρήσης κλειστού κυκλώματος με εναλλάκτες και άλλου κατάλληλου εξοπλισμού εξουδετερώνει κάθε πρόβλημα. Ανάλογα με το ενεργειακό περιεχόμενο του γεωθερμικού ρευστού (ενθαλπία- θερμοκρασία & πίεση) ξεχωρίζουμε τρεις βαθμίδες γεωθερμικής ενέργειας. Επίσης ξεχωρίζουμε και τρεις τύπους γεωθερμικών πεδίων. Πίνακας ΓΘΜ-1: Δυνατές χρήσεις των γεωθερμικών ρευστών σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία τους (διάγραμμα Lindal) Θερμ. (ºC) Κορεσμένος ατμός Θερμό νερό ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Εξάτμιση πυκνών διαλυμάτων. Ψύξη με απορρόφηση αμμωνίας. Χρήση στη βιομηχανία χάρτου Παραγωγή βαρέος ύδατος με τη μέθοδο του Η 2 S 160- Ξήρανση ξυλείας 150- Παραγωγή αλουμίνας με τη μέθοδο Bayer Ξήρανση γεωργικών προϊόντων - κονσερβοποιία Εξάτμιση στη βιομηχανία ζάχαρης. Απόληψη αλάτων με εξάτμιση. Νερό απεσταγμένο Εξάτμιση-συμπύκνωση διαλυμάτων Ξήρανση τσιμεντένιων στοιχείων Ξήρανση οργανικών υλικών, φυκιών, λαχανικών κ.α. Πλύσιμο και ξήρανση μαλλιού. 90- Ξήρανση ψαριών. Διεργασίες απόψυξης. 80- Θέρμανση χώρων. 70- Ψύξη (χαμηλότερη όριο). 60- Καθαρισμός κτηνοτροφικών μονάδων. Θέρμανση θερμοκηπίων. 50- Λουτροθεραπεία. Καλλιέργεια μανιταριών. 40- Θέρμανση χώματος (για καλλιέργειες). 30- Βιοαποικοδόμηση. Ζυμώσεις. Κολυμβητήρια. Χρήση σε μεταλλεία. 20- Ιχθυοκαλλιέργειες Παραγωγή ηλεκτρισμού με συμβατικό τρόπο ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΒΑΘΜΙΔΕΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Γεωθερμία υψηλής ενθαλπίας. Σαν υψηλής ενθαλπίας χαρακτηρίζονται τα ρευστά με θερμοκρασία θ>150 C που είναι είτε υπέρθερμοι (ξηροί) ατμοί είτε υγροί ατμοί (μίγμα ατμών και νερών). Χρησιμοποιούνται συνήθως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Γεωθερμία μέσης ενθαλπίας. Σαν μέσης ενθαλπίας χαρακτηρίζονται τα ρευστά θερμοκρασίας μεταξύ 80 και 150 C. Χρησιμοποιούνται μερικές φορές και για την παραγωγή ηλεκτρισμού με την ΓΘΜ - 7.

8 χρησιμοποίηση ενδιάμεσου κλειστού κυκλώματος με εργαζόμενο μέσο ουσία που σε Κ.Σ. έχει χαμηλό σημείο εξάτμισης, π.χ. φρέον ή ισοβουτάνιο. Γεωθερμία χαμηλής ενθαλπίας. Σαν χαμηλής ενθαλπίας χαρακτηρίζονται τα ρευστά με θερμοκρασία από 25 έως 80 C. Είναι άφθονα σε πολλές περιοχές της γης και σε οικονομικά βάθη, αρκεί να υπάρχει ικανοποιητικός υπόγειος υδροφορέας σε κατάλληλο βάθος ΤΥΠΟΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ Τα γεωθερμικά πεδία παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία και πολλές ιδιαιτερότητες που οφείλονται στήν θέση της πηγής θερμότητας, στα γεωλογικά χαρακτηριστικά του (υπ)εδάφους, στους υδροφόρους ορίζοντες, (aquifers), κτλ. Με βάση την κατάσταση του γεωθερμικού ρευστού μπορούμε να σχηματίσουμε δύο βασικά μοντέλα γεωθερμικών πεδίων. Μοντέλο πεδίου ατμού (εικόνα ΓΘΜ-3) Το μοντέλο αυτό αποτελείται από τα εξής μέρη: Πηγή θερμότητας, δηλ. την πύρινη μάζα (μάγμα). Υπόστρωμα μη υδροπερατού πετρώματος για τη μετάδοση της θερμότητας. Γεωθερμικός ταμιευτήρας με υδροπερατό και πορώδες πέτρωμα για εύκολη διακίνηση του νερού κατά τη θέρμανση και την παροχή νερού από το πηγάδι. Μη υδροπερατό πέτρωμα κάλυψης του γεωθερμικού ταμιευτήρα. Παροχή νερού για την αναπλήρωση του αποθέματος του ταμιευτήρα. Η αναπλήρωση γίνεται κατά 90% με βρόχινο νερό. Στο μοντέλο αυτό μπορούμε να ξεχωρίσουμε δύο κατηγορίες γεωθερμικών πεδίων: α) Πεδία ξηρού ατμού. Στην έξοδο του πηγαδιού τέτοιων πεδίων έχουμε ξηρό ατμό κεκορεσμένο ή υπέρθερμο με πίεση μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής και υπερθέρμανση 0 έως 50 C. Τα πεδία αυτά είναι τα πιο πρόσφορα για εκμετάλλευση με στόχο την παραγωγή ισχύος, όμως είναι και τα πιο σπάνια. β) Πεδία υγρού ατμού. Ο ταμιευτήρας του πεδίου περιέχει νερό θερμοκρασίας άνω των 100 C και υπό πίεση μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής. Καθώς το νερό ανεβαίνει στο πηγάδι μειώνεται η πίεσή του, ένα μέρος του εξατμίζεται με αποτέλεσμα να έχουμε μίγμα νερού και υγρού κορεσμένου ατμού με επικρατέστερο σε ποσότητα το νερό. Η αναλογία νερού ατμού παρουσιάζει ποικιλία. Τα πεδία αυτά είναι τα πιο συνηθισμένα. Παρουσιάζουν ενδιαφέρον έρευνας και εκμετάλλευσης για παραγωγή ισχύος ή/και για ποικίλες άλλες εφαρμογές. Μοντέλο πεδίου ζεστού νερού χαμηλής θερμοκρασίας, (εικόνα ΓΘΜ-4) Το πεδίο αυτό μπορεί μερικές φορές να σχηματισθεί στο μοντέλο της εικόνας ΓΘΜ-3. Μπορεί όμως να λείπει το αδιαπέραστο πέτρωμα κάλυψης. Η θερμοκρασία στο άνω μέρος του ταμιευτήρα δεν ξεπερνά το σημείο βρασμού υπό ατμοσφαιρική πίεση. Στον ταμιευτήρα του πεδίου περιέχεται νερό θερμοκρασίας 60 έως 100 C, ενώ η γεωθερμική βαθμίδα κυμαίνεται συνήθως από την κανονική τιμή (33 C) έως διπλάσια. Πολλές φορές τα νερά των πεδίων αυτών περιέχουν μεγάλο ποσοστό αλάτων, όπως και τα υψηλής ενθαλπίας. Ένα τέτοιο πεδίο παρουσιάζει ενδιαφέρον για εκμετάλλευση αν: ο ταμιευτήρας βρίσκεται σε βάθος μικρότερο των m και έχει θερμοκρασία μεγαλύτερη των 60 C, η πυκνότητα ροής θερμότητας είναι τουλάχιστον κατά 50% μεγαλύτερη της κανονικής (δηλ. τουλάχιστον 22 μcal/cm²/s), η παροχή νερού ανά γεώτρηση είναι πολύ μεγάλη. ΓΘΜ - 8.

9 Εικόνα ΓΘΜ-3: Βασικό μοντέλο γεωθερμικού πεδίου ατμού Εικόνα ΓΘΜ-4: Βασικό μοντέλο γεωθερμικού πεδίου ζεστού νερού Η καμπύλη 1 είναι η καμπύλη αναφοράς του σημείου βρασμού του καθαρού νερού. Η καμπύλη 2 παριστά το προφίλ θερμοκρασίας κατά την κυκλοφορία του νερού, από τη φόρτιση (σημείο Α) έως την εκφόρτιση (σημείο Ε). ΓΘΜ - 9.

10 Μοντέλο πεδίου θερμών ξηρών πετρωμάτων (hot dry rocks) (εικόνα ΓΘΜ-5) Τα προηγούμενα μοντέλα βασίζονται στην ύπαρξη πετρωμάτων πορώδους υφής, απ όπου μπορούν να αντληθούν τα υπάρχοντα υπόγεια νερά των υδροφόρων οριζόντων. Όμως η επιφάνεια της γης σε πολλά μέρη καλύπτεται από μη πορώδη πετρώματα και σε βάθος μερικών χιλιομέτρων τα υπόγεια πετρώματα είναι εντελώς μη πορώδη. Η θερμότητα αυτών των πετρωμάτων είναι δυνατόν να εκμεταλλευτεί με έγχυση νερού με αποτέλεσμα τα αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας που θα είναι διαθέσιμα θα αυξηθούν σε μεγάλο βαθμό. Υπάρχουν μερικοί επιφανειακοί σχηματισμοί πετρωμάτων μαγματικής προέλευσης που παρουσιάζουν υψηλές τιμές της γεωθερμικής βαθμίδας και για τον λόγο αυτό ενδείκνυνται για εκμετάλλευση. Έχει αρχίσει να γίνεται σημαντική έρευνα στον τομέα αυτόν και μακροπρόθεσμα είναι δυνατόν να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια από γεωτρήσεις μεγάλου βάθους. Εικόνα ΓΘΜ-5: Σχηματική παράσταση ενός ΓΘΜ συστήματος θερμών πετρωμάτων 4.5. ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ Στα πεδία υψηλής ενθαλπίας εκμεταλλευόμαστε τον ατμό και τα αέρια, είτε απ ευθείας, είτε αφού διαχωριστούν από την υγρή φάση, με την οποία συνυπάρχουν. Και στις δύο περιπτώσεις οδηγούνται σε ειδικούς στροβίλους χαμηλής πίεσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα ρευστά μέσης ενθαλπίας χρησιμοποιούνται είτε για την παραγωγή ηλεκτρισμού (σε κύκλο Rankine, με δευτερεύον οργανικό ρευστό), είτε σε άλλες χρήσεις. Τα γεωθερμικά ρευστά διέρχονται από ΓΘΜ - 10.

11 εναλλάκτη θερμότητας, θερμαίνουν ένα δευτερεύον οργανικό υγρό χαμηλού σημείου ζέσης (π.χ. φρέον, ισοβουτάνιο, πεντάνιο), οι ατμοί του οποίου κινούν ένα στρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμαίνουν κανονικό νερό, που χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές, τηλεθέρμανση οικισμών, κτλ. Στα πεδία χαμηλής ενθαλπίας το υπόγειο νερό θερμαίνεται από την κανονική γήινη θερμική ροή και απαντώνται σε εκτεταμένες περιοχές του κόσμου. Τα ρευστά ºC χρησιμοποιούνται είτε απευθείας, είτε με τη μεσολάβηση εναλλακτών θερμότητας ή ακόμη και αντλιών θερμότητας, για να αυξήσουμε το φάσμα των χρήσεων που μπορεί και επιβάλλεται πολλές φορές να είναι διαδοχικές ή ετεροχρονισμένες, για αύξηση του συντελεστή χρήσης (και επομένως για γρηγορότερη απόσβεση των εγκαταστάσεων). Η επαναδιοχέτευση των γεωθερμικών ρευστών στον ταμιευτήρα μετατρέπει την εκμετάλλευση αυτή σε ένα κλειστό σχεδόν κύκλωμα και αποφεύγεται οποιαδήποτε αρνητική επίπτωση στο περιβάλλον. Θα αναφέρουμε μερικές χρήσεις των γεωθερμικών ρευστών χαμηλής ενθαλπίας, που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στη χώρα μας με βάση τα υπάρχοντα στοιχεία των γεωθερμικών πόρων. Οι τεχνικές πρωίμισης σπαραγγιών με υπεδάφια θέρμανση μπορεί να χρησιμοποιήσουν τα γεωθερμικά ρευστά ο C. Η εγκατάσταση του γεωθερμικού συστήματος υπεδάφιας θέρμανσης με σωλήνες κυκλοφορίας νερού από πολυπροπυλένιο είναι απλό, με χαμηλό κόστος και σύντομη απόσβεση. Η θερμοκρασία του νερού στις ιχθυοκαλλιέργειες είναι ένας από τους πιο σημαντικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες που παίζει καθοριστικό ρόλο στη ζωή ενός υδρόβιου οργανισμού. Στην πραγματικότητα, η θερμοκρασία ελέγχει το ρυθμό όλων των βιοχημικών διεργασιών που αποτελούν τη βάση της ζωής. Αυξάνοντας τη θερμοκρασία μέχρι τη βέλτιστη τιμή για κάθε εκτρεφόμενο οργανισμό, αυξάνουμε τους ρυθμούς ανάπτυξης έως ένα μέγιστο επιθυμητό επίπεδο. Τα κοινά νερά δεν έχουν συνήθως τις επιθυμητές θερμοκρασίες για μια εντατικοποίηση των υδατοκαλλιεργειών και δεν επιτρέπουν τη συντομότερη οικονομική απόκριση μιας επένδυσης. Η τεχνική θέρμανση του νερού εκτροφής με χρήση συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο) είναι εφικτή, αλλά παράλληλα έχει ένα σημαντικό κόστος επί της παραγωγής. Η άμεση ή έμμεση χρήση γεωθερμικών ρευστών συνιστά ένα ελκυστικό εγχείρημα, με σημαντικά οικονομικά οφέλη. Η ξήρανση γεωργικών προϊόντων (καλαμπόκι, καπνός, μανιτάρια, μηδική κ.ά.) είναι μια διεργασία όπου απαιτούνται συγκεντρωμένα ενεργειακά φορτία σε μια εποχή του χρόνου που δεν υπάρχει ζήτηση ενέργειας για θερμοκηπιακές χρήσεις. Η διαδικασία ξήρανσης εφαρμόζεται ευρέως, έτσι ώστε το τελικό επίπεδό της να φθάνει σε τιμές κατάλληλες για την άνευ προβλημάτων συντήρηση της πρώτης ύλης. Από στοιχεία έρευνας της αγοράς, ένα σύγχρονο ξηραντήριο καλαμποκιού, δυναμικότητας 30 τόνων/ώρα, καταναλώνει θερμική ενέργεια που παράγεται από 390 λίτρα πετρελαίου. Η ποσότητα αυτή των καυσίμων, για μια περίοδο ξήρανσης 50 ημερών αντιπροσωπεύει περίπου λίτρα πετρελαίου. Τα καύσιμα αυτά θα μπορούσαν να αντικατασταθούν με χρήση γεωθερμικών ρευστών ºC και ελαφρά τροποποίηση των υπαρχόντων ξηραντηρίων ή κατάλληλο σχεδιασμό νέων μονάδων. Πολύ ενδιαφέρουσα είναι και η αφυδάτωση οπωροκηπευτικών προϊόντων (κατά περίπτωση και περιοχή) με χρήση γεωθερμίας. Είναι γνωστή και πολύ διαδεδομένη η ενεργειακή χρήση των ρευστών χαμηλής ενθαλπίας στη θέρμανση θερμοκηπίων. Το μέγεθος των θερμοκηπιακών εγκαταστάσεων εξαρτάται από τη διαθέσιμη ενέργεια, τις κλιματικές συνθήκες, τα υλικά κατασκευής και το είδος της καλλιέργειας. Η ύπαρξη διαθέσιμων γεωθερμικών ρευστών με μέσες θερμοκρασίες 45-60ºC αποτελεί συγκριτικό πλεονέκτημα. Θεωρώντας μία μέση τιμή ενεργειακής κατανάλωσης τις kcal/h στρέμμα και για μέση διάρκεια θέρμανσης τις 400 ώρες το χρόνο για κηπευτικά, η εξοικονόμηση ενέργειας που επιτυγχάνεται είναι της τάξης των 25 Τόνων Ισοδύναμου Πετρελαίου (ΤΙΠ) ανά στρέμμα. Στην ανθοκομία, αυξάνονται οι ώρες αλλά και οι απαιτήσεις για θέρμανση και για κλιματισμό, ΓΘΜ - 11.

12 οπότε αυξάνεται σημαντικά και το ενεργειακό όφελος. Μία μόνο γεώτρηση μπορεί να θερμαίνει στρέμματα. Oι κυριότερες μέθοδοι θέρμανσης των γεωθερμικών θερμοκηπίων που είναι η χρήση αερόθερμων, η χρήση εναλλακτών θερμότητας και η άμεση θέρμανση (με αγωγούς με πτερύγια ή πτυχώσεις). Σε ορισμένες περιπτώσεις το νερό οδηγείται αρχικά στα αερόθερμα και κατόπιν στους αγωγούς άμεσης θέρμανσης. Η επιλογή του τρόπου θέρμανσης εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία των ρευστών και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Νερά με θερμοκρασία μικρότερη από 50 ο C χρησιμοποιούνται συνήθως μόνο για άμεση θέρμανση. Η τηλεθέρμανση οργανωμένων οικισμών με χρήση της γεωθερμίας (εικόνα ΓΘΜ-5) εφαρμόζεται συστηματικά σε αρκετές χώρες (Ισλανδία, Γαλλία, Ιταλία, κτλ). Όταν σε ένα σύστημα τηλεθέρμανσης αξιοποιείται σε σημαντικό βαθμό η γεωθερμική ενέργεια (τα συμβατικά καύσιμα χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των φορτίων αιχμής) τα συστήματα γεωθερμικής τηλεθέρμανσης, παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως: Εξοικονόμηση ενέργειας με υποκατάσταση συμβατικών καυσίμων που θα καταναλώνονταν για οικιακή θέρμανση Προστασία του περιβάλλοντος με ουσιαστική εκμηδένιση των εκπομπών καυσαερίων. Χαμηλό κόστος ενέργειας που προκύπτει αφ ενός από το γενικότερο πλεονέκτημα της συμβατικής τηλεθέρμανσης και αφ ετέρου από τη φθηνότερη γεωθερμική ενέργεια και τη δυνατότητα επιδότησης του έργου (για εξοικονόμηση ενέργειας, προστασία περιβάλλοντος, ανάπτυξη, κτλ). Συμβολή στην τοπική ανάπτυξη με περαιτέρω χρήσεις κατανεμημένες στο χρόνο. Εικόνα ΓΘΜ-5: απλοποιημένο διάγραμμα ροής του συστήματος τελεθέρμανσης του Reykjavik. Η γεωθερμική αφαλάτωση έχει το μεγαλύτερο συντελεστή εκμετάλλευσης σε σύγκριση με όλες τις άλλες εφαρμογές, και είναι οικονομικότερη σε σχέση με την ηλιακή και αιολική αφαλάτωση. Η αφαλάτωση είναι πράγματι μια διεργασία με υψηλή ενεργειακή συμμετοχή, που ξεπερνά το 50% του κόστους παραγωγής του νερού. Έτσι, η εξασφάλιση φθηνής ενέργειας, όπως είναι συνήθως η γεωθερμική, έχει προφανώς πολύ ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού μπορεί να γίνει εύκολα χωρίς ιδιαίτερα τεχνικά προβλήματα, με τη χρήση γεωθερμικού νερού ο C. Στην Ελλάδα οι ευνοϊκές γεωθερμικές συνθήκες (κυρίως πολύ μικρού βάθους ταμιευτήρες και καλή γενικά ποιότητα των ρευστών) μειώνουν πολύ το κόστος της αρχικής επένδυσης (φθηνές γεωτρήσεις, αντλήσεις, υλικά, κτλ). ΓΘΜ - 12.

13 4.6. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Η γνώση του ενεργειακού δυναμικού ενός γεωθερμικού πεδίου είναι σημαντικό στοιχείο για τον σχεδιασμό των εγκαταστάσεων εκμετάλλευσης και τον καθορισμό των προς επένδυση κεφαλαίων. Δυστυχώς όμως δεν έχει ακόμη καταστεί δυνατός ο υπολογισμός του ενεργειακού δυναμικού με την ακρίβεια που γίνεται στην περίπτωση των κοιτασμάτων πετρελαίου. Από την γνώση της έκτασης του πεδίου, την μεταβολή της θερμοκρασίας με το βάθος και τη θέση στο πεδίο και από τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του πεδίου μπορεί να εκτιμηθεί με μία προσέγγιση η αποθηκευμένη στο πεδίο θερμότητα. Επίσης το ενεργειακό δυναμικό ενός πεδίου μπορεί να εκτιμηθεί σαν συνάρτηση του εμβαδού της οριζόντιας επιφάνειας που παρατηρείται η γεωθερμική ανωμαλία και της θερμοκρασίας του ταμιευτήρα. Το ενεργειακό δυναμικό του γεωθερμικού πεδίου εκτιμάται σε MW-έτη. Ανάλογα με την σύνθεση των γεωθερμικών ρευστών, τα θερμοδυναμικά τους χαρακτηριστικά, τη συγκεκριμένη χρήση, κτλ, διαφέρουν και τα συστήματα που χρησιμοποιούνται για την εκμετάλλευση τους ΓΕΩΤΡΗΣΗ Για να ξεκινήσει η εκμετάλλευση ενός Γ/Θ πεδίου είναι απαραίτητο να συλλεχθούν τα διάφορα έμμεσα στοιχεία, όπως γεωλογικές πληροφορίες, μετρήσεις ροής θερμότητας, γεωφυσικοί και γεωχημικοί υπολογισμοί, που χρησιμοποιούνται για την εξερεύνηση των Γ/Θ πεδίων, να αξιολογηθούν και στη συνέχεια να επιβεβαιωθούν με στοιχεία από γεωτρήσεις. Το βάθος των γεωτρήσεων εξαρτάται από τη φύση του Γ/Θ πεδίου. Σε υπέρθερμα πεδία σπάνια αυτό ξεπερνά τα m, ενώ το μέσο βάθος στα πεδία μέσης ενθαλπίας βρίσκεται προς το κατώτερο μέρος του παραπάνω εύρους. Η διάμετρος των γεωτρήσεων παραγωγής γενικά κυμαίνεται από 0,25 έως 0,60 m. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται στις γεωτρήσεις είναι παρόμοιες με αυτές των γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αέριου. Χρησιμοποιούνται περιστροφικά γεωτρύπανα με το τρυπάνι να συνδέεται με την επιφάνεια με κοίλους σωλήνες μέσω των οποίων διοχετεύεται με πίεση ειδική ψυκτική λάσπη που εξέρχεται από τον δακτυλιοειδή χώρο γύρω από τον σωλήνα μεταφέροντας στην επιφάνεια και τα θραύσματα των πετρωμάτων που δημιουργούνται (εικόνα ΓΘΜ-6). Κάθε γεώτρηση στερεώνεται με ομόκεντρους ανοξείδωτους ατσάλινους σωλήνες και ο χώρος έως το βράχο πληρούται με σκυρόδεμα και έτσι δημιουργούνται τα πηγάδια. Οι χωροθέτηση των γεωτρήσεων στην επιφάνεια εξαρτάται από μια σειρά παράγοντες. Γεωτρήσεις κοντινές η μία στην άλλη μειώνουν τη χρήση γης και τον επιφανειακό εξοπλισμό και συνεπώς και τα συνολικά έξοδα. Υπάρχει όμως ο κίνδυνος μείωσης της παραγωγικής ικανότητας των πηγαδιών, λόγω αλληλεπίδρασης της δράσης τους και συνεπώς κίνδυνος αύξησης του κόστους παραγωγής ενέργειας. Κατά συνέπεια τα χαρακτηριστικά των υδροφόρων οριζόντων θα καθορίσουν σε μεγάλο βαθμό τη χωροθέτηση των πηγαδιών. Σαν γενική αρχή μπορεί να θεωρηθούν αποστάσεις 100m για βάθη 500m και αποστάσεις 300 m για βάθη m. Βέβαια το κόστος μπορεί να μειωθεί με γεωτρήσεις που ενώ στην επιφάνεια είναι σε κοντινές αποστάσεις μετά από ένα βάθος αποκλίνουν (εικόνα ΓΘΜ-7). Μετά από επιτυχή γεώτρηση πρέπει να εκτιμηθεί η παραγωγή του πηγαδιού. Οι βασικότερες μετρήσεις περιλαμβάνουν την θερμοκρασία και την πίεση στην κορυφή του πηγαδιού σαν συνάρτηση της παροχής, την ενθαλπία του ρευστού και την χημική του σύσταση. ΓΘΜ - 13.

14 Εικόνα ΓΘΜ-6: Σχηματική παράσταση γεωτρύπανου και συστήματος κυκλοφορίας λάσπης Εικόνα ΓΘΜ-7: Σχηματική παράσταση αποκλινόντων πηγαδιών για εξαγωγή γεωθερμικόυ ρευστού από ευρεία περιοχή ΓΘΜ - 14.

15 ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕΝΑ ΚΑΙ ΥΠΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Η σχεδίαση των συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Η πίεση και η θερμοκρασία του ταμιευτήρα είναι οι σημαντικότεροι, αλλά και η διαβρωτικότητα του ρευστού καθώς και η διάθεση της απόβλητης θερμότητας είναι παράγοντες σημαντικοί. Εχει αναπτυχθεί ένας αριθμός συστημάτων παραγωγής ισχύος, των οποίων τα βασικά χαρακτηριστικά αναπτύσσονται στην συνέχεια. Βασικό χαρακτηριστικό όλων των συστημάτων είναι η ύπαρξη ή όχι μετά τον στρόβιλο συστήματος συμπύκνωσης. α) Απευθείας εκτόνωση με έξοδο στο περιβάλλον (non- condensing, direct cycle). Το γεωθερμικό ρευστό εκτονώνεται στον στρόβιλο και στη συνέχεια βγαίνει απευθείας στο περιβάλλον, όπου επικρατεί ατμοσφαιρική πίεση, με θερμοκρασία 100 C. Τα συστήματα που λειτουργούν με τη μέθοδο αυτή έχουν ισχύ έως 5 MW, είναι πολύ απλά και ελαχιστοποιούν τα έξοδα κεφαλαίου, αλλά η απόδοση είναι περίπου η μισή απ ότι της εκτόνωσης με συμπυκνωτή. Μεγάλες ποσότητες ατμού και αερίων απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Αν και έχουν παραμεριστεί από πιο σύνθετα συστήματα, εντούτοις τα συστήματα αυτά είναι κατάλληλα για απομακρυσμένες περιοχές και για κάλυψη εφεδρικών φορτίων ή φορτίων αιχμής. β) Απευθείας εκτόνωση με ψυγείο (simple condensing cycle). Η μέθοδος αυτή διαφέρει από την προηγούμενη στο ότι χρησιμοποιείται "κρύο" νερό για να ψύξει τα αέρια που εξέρχονται από τον στρόβιλο αυξάνοντας έτσι το μέρος της ενέργειας του γεωθερμικού ρευστού που εκμεταλλευόμαστε. Κατά τη μέθοδο αυτή το γεωθερμικό ρευστό εκτονώνεται κατ ευθείαν στο στρόβιλο στην έξοδο του οποίου υπάρχει ψυγείο και η εκτόνωση συνεχίζεται έως πιέσεις κάτω της ατμοσφαιρικής. Για την περίπτωση των γεωθερμικών ατμών που οι πιέσεις και οι θερμοκρασίες είναι σχετικά χαμηλές το μέρος της εκτόνωσης κάτω από την ατμοσφαιρική πίεση παράγει μεγάλο μέρος του συνολικά παραγόμενου έργου. Το μέρος αυτό αυξάνει όσο ο γεωθερμικός ατμός έχει μικρότερη πίεση και θερμοκρασία. Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει την καλύτερη εκμετάλλευση της ενθαλπίας του γεωθερμικού ατμού και είναι η μόνη που μπορεί να εφαρμοστεί στην περίπτωση ατμού που βρίσκεται σε περίπου ατμοσφαιρική πίεση Τεχνολογία εκμετάλλευσης ξηρών ατμών. Στην εικόνα ΓΘΜ-8 φαίνονται τα βασικά μέρη ενός ΓΘΗ Σταθμού ξηρών ατμών. Ο ατμός οδηγείται καταρχήν σ ένα φυγοκεντρικό διαχωριστή, όπου απομακρύνονται τα σωματίδια νερού. Στη συνέχεια φιλτράρεται για να απομακρυνθούν τυχόντα στερεά σωματίδια. Ο ατμός, όταν εισέρχεται στον στρόβιλο, βρίσκεται σε σχετικά χαμηλή πίεση και θερμοκρασία (6,5 at και 200 C αντίστοιχα) και επομένως η σχεδίαση του στροβίλου είναι διαφορετική από τους σύγχρονους Ατμοηλεκτρικούς Σταθμούς (ΑΗΣ), που λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες πιέσεις και θερμοκρασίες (π.χ. 20 at και 500 C). Μετά τον στρόβιλο ο ατμός συμπυκνώνεται στο ψυγείο και το νερό ψύχεται στους πύργους ψύξης, όπου τελικά εξατμίζεται το μεγαλύτερο μέρος του νερού. Περίπου 20% του συμπυκνώματος, που περιέχει διάφορα χημικά συστατικά, επανεγχέεται με πηγάδια στο έδαφος. Οι στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται στα πεδία ξηρού ατμού, λόγω των χαμηλότερων πιέσεων και θερμοκρασιών λειτουργίας, έχουν απόδοση περίπου κατά το ένα τρίτο μικρότερη, από τους στροβίλους των συμβατικών σταθμών. Ο ιδανικός θερμοδυναμικός β.α. ενός κύκλου που παίρνει θερμότητα σε θερμοκρασία Τ 2, ΓΘΜ - 15.

16 αποβάλλει θερμότητα σε θερμοκρασία Τ 1 και λειτουργεί με μια θερμοκρασία συμπύκνωσης του εργαζόμενου μέσου Τ 0, δίνεται από την σχέση <ΓΘΜ-2>: n i T0 1 T T 2 T2 1 T ln T 2 1 <ΓΘΜ-2> Στην πράξη όμως για ρευστά με θερμοκρασίες C, μπορεί να επιτευχθούν β.α. περίπου 60% του n i. Έτσι για ένα γεωθερμικό ρευστό θερμοκρασίας στην κεφαλή του πηγαδιού 200 C, θερμοκρασίας ρευστού επανέγχυσης 35 C και θερμοκρασίας συμπύκνωσης 25 C, ο πραγματικός β.α. θα είναι περίπου 13,5%, χωρίς να έχουν συνυπολογιστεί οι ανάγκες σε ισχύ των βοηθητικών λειτουργιών. Εικόνα ΓΘΜ-8: Σχηματικό διάγραμμα ενός ΓΘ.Η.Σ. ξηρού ατμού, με πύργο ψύξης και πηγάδι επανέγχυσης Τεχνολογία εκμετάλλευσης υγρού ατμού (flash cycles) Στην εικόνα ΓΘΜ-9 φαίνονται τα βασικά μέρη ενός ΓΘΗ Σταθμού υγρού ατμού. Ένας φυγοκεντρικός διαχωριστής διαχωρίζει το νερό από τον ατμό. Ο ατμός εκτονώνεται στον στρόβιλο, ενώ σε πολλές εφαρμογές το νερό διοχετεύεται σε εξατμιστήρα εκτόνωσης, (flash evaporator), χαμηλής πίεσης και ο παραγόμενος ατμός εκτονώνεται στη βαθμίδα χαμηλής πίεσης του στροβίλου. ΓΘΜ - 16.

17 Εικόνα ΓΘΜ-9: Σχηματικό διάγραμμα ενός ΓΘ.Η.Σ. υγρού ατμού, με πύργο ψύξης και πηγάδι επανέγχυσης Τεχνολογία εκμετάλλευσης ζεστών νερών (binary cycles). Για την παραγωγή ισχύος μπορούν να χρησιμοποιηθούν και γεωθερμικά ρευστά χαμηλών θερμοκρασιών. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρησιμοποίηση ρευστών χαμηλού σημείου βρασμού, όπως ισοβουτάνιο ή freon, σε κλειστό κύκλο Rankine όπως αυτό της εικόνας ΓΘΜ-10. Το γεωθερμικό ρευστό χρησιμοποιείται για να θερμάνει το ρευστό αυτό σε δευτερογενές κύκλωμα μέσω μιας σειράς εναλλακτών θερμότητας και στην συνέχεια επανεγχέεται στον ταμιευτήρα για να αποφευχθεί η ρύπανση του εδάφους και των νερών. Με την μέθοδο αυτή μπορούν να χρησιμοποιηθούν γεωθερμικά ρευστά με μεγάλο ποσοστό διαλυμένων αλάτων, πιο διαβρωτικά ή με μεγάλο ποσοστό εγκλωβισμένων αέριων. Επειδή οι θερμοκρασίες λειτουργίας είναι χαμηλές, ο β.α. των ΓΘΗΣ (περίπου 10%) είναι πολύ χαμηλότερος από τον αντίστοιχο β.α. των συμβατικών ΗΣ. Ένα προφανές αποτέλεσμα αυτού είναι οι απαιτήσεις των σταθμών δευτερογενούς κυκλώματος για πολύ μεγαλύτερους πύργους ψύξης απ ότι οι συμβατικοί ΗΣ ίδιας ισχύος λόγω του μεγάλου ποσοστού απωλειών θερμότητας Τεχνολογία εκμετάλλευσης ξηρών θερμών πετρωμάτων. Με την εκμετάλλευση της γεωθερμίας των ξηρών θερμών πετρωμάτων μπορεί να παραχθεί ισχύς με γεωτρήσεις μεγάλου βάθους. Πριν όμως αναπτυχθεί η κατάλληλη γι αυτό τεχνολογία το πρώτο που πρέπει να γίνει είναι η ανάπτυξη κατάλληλων μεθόδων για την δημιουργία υπόγειων θραυσμάτων που να δίνουν την δυνατότητα στο νερό που θα εγχέεται να κυκλοφορεί και να απάγει τη μέγιστη δυνατή ποσότητα θερμότητας. Σχετικά πειράματα έχουν αρχίσει να διεξάγονται από την 10ετία του '70 στο Los Alamos των ΗΠΑ, στην Κορνουάλλη της Μ. Βρετανίας, κ.α. Στην εικόνα ΓΘΜ-11 φαίνεται ένα προτεινόμενο σχέδιο για την εκμετάλλευση των ξηρών θερμών ΓΘΜ - 17.

18 πετρωμάτων. Το υπόγειο θραύσμα μπορεί να επιτευχθεί είτ ε με ανάπτυξη θερμικών τάσεων μετά από διοχέτευση ψυχρού νερού, είτε με υπόγειες εκρήξεις, είτε με υδραυλική πίεση. Εικόνα ΓΘΜ-10: Σχηματικό διάγραμμα ενός ΓΘ.Η.Σ. διπλού κυκλώματος, που χρησιμοποιεί ισοβουτάνιο ή φρέον στο κλειστό κύκλωμα, με πηγάδι επανέγχυσης Εικόνα ΓΘΜ-11: Σχηματική παράσταση εγκατάστασης εκμετάλλευσης ξηρών θερμών πετρωμάτων ΓΘΜ - 18.

19 Λοιπές Χρήσεις Για χρήσεις άλλες εκτός της παραγωγής ισχύος, όπως ομαδικές θερμάνσεις, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες, βιομηχανικές και άλλες χρήσεις (εικόνες ΓΘΜ-12 και ΓΘΜ-13), στον εξοπλισμό επιφάνειας περιλαμβάνονται αγωγοί μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών συνήθως μονωμένοι (εικόνα ΓΘΜ-14), εναλλάκτες, βοηθητικές πηγές θέρμανσης, κτλ. Εικόνα ΓΘΜ-12: Σχηματική παράσταση εκμεταλλεύσεων γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας Εικόνα ΓΘΜ-13: Εκμετάλλευση γεωθερμίας για προστασία πεζοδρομίων από παγετό ΓΘΜ - 19.

20 Εικόνα ΓΘΜ-14: Τύποι αγωγών μεταφοράς γεωθερμικών ρευστών ΦΘΟΡΕΣ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Τα γεωθερμικά ρευστά περιέχουν διάφορες «μολύνσεις» που είναι επιβλαβείς και καταστρεπτικές για τα υλικά των γεωθερμικών εγκαταστάσεων. Οι σημαντικότερες είναι τα διάφορα μικρά συντρίμμια πετρωμάτων που αιωρούνται στο νερό, διάφορα άλατα καλίου, χλωρίου, νατρίου, κτλ, διάφορα αέρια όπως H 2 S, CH 4, κτλ, διάφορα δηλητηριώδη μίγματα αέρος, αερίων, νερού και ατμών. Οι «μολύνσεις» αυτές προκαλούν διαβρώσεις και ρωγμές στα υλικά των γεωθερμικών εγκαταστάσεων. Εκτός αυτών υπάρχει και η ηλεκτρολυτική διάβρωση μεταξύ διαφορετικών υλικών που είναι έντονη λόγω των μεγάλων ποσοτήτων αλάτων των ρευστών Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΟΝ ΚΟΣΜΟ Η πρώτη βιομηχανική εκμετάλλευση της γ.ε. έγινε στο Lardarello της Ιταλίας, όπου από τα μέσα του περασμένου αιώνα χρησιμοποιήθηκε ο φυσικός ατμός για να εξατμίσει τα νερά που περιείχαν βορικό οξύ αλλά και να θερμάνει διάφορα κτίρια. Το 1904 έγινε στο ίδιο μέρος η πρώτη παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από τη γεωθερμία (σήμερα παράγονται εκεί περίπου 2,5 δισ. kwh/yr). Το ποσό της γεωθερμικής ενέργειας που είναι αποθηκευμένο στα ανώτερα 5 km του φλοιού της γης ισοδυναμεί με περίπου 40 εκ. φορές τα παγκόσμια αποθέματα αργού πετρελαίου και υγρών Φ.Α. αλλά, λόγω της διασποράς και του γεγονότος ότι μεγάλο ποσοστό είναι σε χαμηλές θερμοκρασίες, μόνο ένα απειροελάχιστο μέρος είναι οικονομικά εκμεταλλεύσιμο. Οι πιο έντονες και ρηχές συγκεντρώσεις γεωθερμικής ενέργειας βρίσκονται κατά μήκος της δυτικής ακτής της Αμερικανικής ΓΘΜ - 20.

21 Ηπείρου και της Καραϊβικής, στα νησιά του ρήγματος του Ατλαντικού, στη ζώνη Άλπεων- Ιμαλαίων, στην ανατολική Αφρική και δυτική Αραβία, στην κεντρική Ασία και στη ζώνη του ανατολικού Ειρηνικού (εικόνα ΓΘΜ-2). Στην εικόνα ΓΘΜ-15 φαίνονται οι γεωθερμικές περιοχές στην ευρωπαϊκή ήπειρο με τις σημαντικότερες γεωθερμικές χρήσεις. Εικόνα ΓΘΜ-15: Γεωθερμικές περιοχές στην ευρωπαϊκή ήπειρο Η γεωθερμική ενέργεια αν και αποτελεί την τρίτη σημαντικότερη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας στον κόσμο, προβάλλεται λιγότερο από τα Μέσα Μαζικής Ενημέρωσης σε σχέση με την αιολική ή την φωτοβολταϊκή ενέργεια. Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας έδωσε ώθηση στην εκμετάλλευση του σημαντικού αυτού ενεργειακού πόρου. Η γεωθερμία υψηλής ενθαλπίας για την παραγωγή ηλεκτρισμού είναι ανταγωνιστική σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα. Εάν μια μονάδα συνδυαστεί και με άλλες χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας των ρευστών μετά το στρόβιλο, τότε η απόσβεση γίνεται ταχύτερα και η τιμή της παραγόμενης kwh θα είναι ακόμα πιο χαμηλή. Τα γεωθερμικά ρευστά χαμηλής ενθαλπίας συναντώνται σε πολύ πιο εκτεταμένες περιοχές ανά τον κόσμο, και ιδιαίτερα σε μεγάλες ιζηματογενείς λεκάνες και ζώνες ενεργού τεκτονικής. Υπάρχει εκτεταμένη χρήση αυτών, με αυξητικές τάσεις, που προσδιορίζονται κύρια από τα σημαντικά μικρότερα κόστη επένδυσης και χρήσης των συστημάτων λειτουργίας σε σχέση με τη μέση και υψηλή ενθαλπία, καθώς και την πιο εύκολη τεχνολογία που απαιτείται. ΓΘΜ - 21.

22 Σχεδόν έναν αιώνα μετά τις πρώτες εμπορικές εφαρμογές, η γεωθερμική ενέργεια έφθασε το 1997 τις MW e για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τις MW th για παραγωγή θερμότητας (πίνακες ΓΘΜ-2, ΓΘΜ-3).Το γεωθερμικό δυναμικό τα τελευταία 15 χρόνια αυξάνεται με συντηρητικούς αλλά κανονικούς ρυθμούς, 5% το έτος για την ηλεκτροπαραγωγή και 10% για την παραγωγή θερμότητας. Επιπλέον οι δυνατότητες που υπάρχουν για αξιοποίηση του γεωθερμικού δυναμικού, αλλά και οι νέες τεχνολογίες (παραγωγή ηλεκτρισμού διπλού κυκλώματος, προγράμματα Ξηρών Πετρωμάτων) προοιωνίζουν ένα αισιόδοξο μέλλον. Πίνακας ΓΘΜ-2: Εγκαταστημένη Ισχύς Γεωθερμικού δυναμικού ηλεκτροπαραγωγής [MW el ] Ευρώπη Αμερική (Β, Κ, Ν) Ασία Ωκεανία Αφρική Σύνολο Πηγή: EurObserv ER Πίνακας ΓΘΜ-3: Εγκαταστημένη Ισχύς Γεωθερμικού δυναμικού παραγωγής θερμότητας [MW th ] Ευρώπη Αμερική ( Β, Κ, Ν) Ασία Ωκεανία Αφρική Σύνολο Πηγή: EurObserv ER Μέχρι σήμερα πάνω από 50 χώρες στον κόσμο έχουν εμπλακεί άμεσα ή έμμεσα στη γεωθερμική έρευνα και εκμετάλλευση (Ισλανδία, Ουγγαρία, χώρες πρώην ΕΣΣΔ, Ιταλία, ΗΠΑ, Γαλλία, Ιαπωνία, Ν. Ζηλανδία, κτλ). Η Ισλανδία, που καλύπτει πάνω από το 40% των αναγκών της σε πρωτογενή ενέργεια με γεωθερμία, θεωρείται πρωτοπόρος. Το 1995 αξιοποιούνταν περί τα m 3 /h γεωθερμικών ρευστών ανά τον κόσμο, με συνολική εγκατεστημένη θερμική ισχύ περίπου MW th. Ο πίνακας ΓΘΜ-4 παρουσιάζει την εγκατεστημένη ισχύ ανά χώρα των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής αλλά και των άμεσων χρήσεων, σύμφωνα με τις παρουσιάσεις στο τελευταίο Παγκόσμιο Συνέδριο Γεωθερμίας το ΓΘΜ - 22.

23 Πίνακας ΓΘΜ-4: Παραγωγή ηλεκτρισμού και άμεσες χρήσεις το 1995 σε διάφορες χώρες του κόσμου Παραγωγή ηλεκτρισμού Εγκατεστημένη Ηλεκτρική Ισχύς MW e Ετήσια παραγωγή GWh e Εγκατεστημένη Θερμική Ισχύς MW th Άμεσες Χρήσεις Ετήσια παραγωγή GW th Γαλλία Γεωργία Γιουγκοσλαβία Ελ Σαλβαντόρ Ελβετία Ελλάδα ΗΠΑ Ιαπωνία Ινδονησία Ισλανδία Ιταλία Κένυα Κίνα Κοσταρίκα Μεξικό Νέα Ζηλανδία Νικαράγουα Ουγγαρία ΠΔΓΜ Πολωνία Ρουμανία Ρωσία Σλοβακία Τουρκία Τυνησία Φιλιππίνες Άλλες χώρες Σύνολο Η θέρμανση χώρων και νερού χρήσης αντιπροσω πεύει το μεγαλύτερο ποσοστό εφαρμογών, που μαζί με τις αντλίες θερμότητας, αντιπροσωπεύουν περίπου το 40% των χρήσεων στον κόσμο (εικόνα ΓΘΜ-16). Οι αγροτικές, αγροτοβιομηχανικές και υδατοκαλλιεργητικές εφαρμογές αντιπροσωπεύουν το 36%, ενώ ένα σημαντικό ποσοστό (19%) αντιπροσωπεύουν και οι ιαματικές και λουτρικές δραστηριότητες. ΓΘΜ - 23.

24 ση Ιχθυοκαλ- λιέργειες Ξηραν- 1% Βιομ. χρήσεις Λιώσιμο πάγου 9% 1% 12% Αν τλίες θερμότητας 11% 19% Λουτράπισίνες 14% 33% Θέρμανση χώρων Θερμοκήπια Εικόνα ΓΘΜ-16: Κατανομή των χρήσεων της γεωθερμίας σε παγκόσμιο επίπεδο κατά το Στη γεωθερμία πρωτοποριακό ρόλο έχουν χώρες τεχνολογικά ανεπτυγμένες, όπως οι ΗΠΑ, Ιαπωνία, Ιταλία. Η Ιαπωνία κατέχει την κορυφαία θέση στη βιομηχανία γεωθερμικού εξοπλισμού στον κόσμο. Οι ιαπωνικές εταιρίες ελέγχουν περίπου το 70% της παγκόσμιας αγοράς (πίνακας ΓΘΜ-5), όσον αφορά την γεωθερμική ηλεκτροπαραγωγή, ενώ όσον αφορά την παραγωγή θερμότητας είναι σχετικά δύσκολο να προσδιοριστεί το ποσοστό αυτό. Πίνακας ΓΘΜ-5: Κατανομή της αγοράς ανά εταιρία μεταξύ Toshiba 35% Mitsubishi 21% Ansaldo 17% Fuji 14% Orrnat 2% Λοιπές 11% Τα οικο νομικά και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα της χρήσης γεωθερμίας ιδιαίτερα στη παραγωγή ηλεκτρισμού προοιωνίζουν μεγάλη ανάπτυξη στον τομέα αυτό βραχυπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα. Υπολογίζεται ότι το μελλοντικό γεωθερμικό δυναμικό για ηλεκτρισμό θα αποδώσει μέχρι το 2010 περίπου MW e. Στην Ευρώπη, όπου οι δυνατότητες εκμετάλλευσης της γεωθερμίας είναι ακόμη πολύ μεγάλες, εκτιμάται ότι το εγκαταστημένο γεωθερμικό δυναμικό για θέρμανση θ α φθάσει μέχρι το 2010 τ α MW th. ΓΘΜ - 24.

25 4.8. Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Ο μέσος ρυθμός ροής της γεωθερμίας είναι 0,04-0,06 W/m². Για την χώρα μας ο ρυθμός αυτός αντιστοιχεί σε 5-10 εκ.τιπ. Όμως η χώρα μας βρίσκεται σε περιοχή αυξημένης γεωθερμικής ροής και το διαθέσιμο γεωθερμικό δυναμικό είναι προφανώς πολύ μεγαλύτερο. Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη ( m). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση. Η έρευνα για την αναζήτηση γεωθερμικής ενέργειας άρχισε ουσιαστικά το 1971 με βασικό φορέα το ΙΓΜΕ και μέχρι το 1979 (πριν από τη δεύτερη παγκόσμια ενεργειακή κρίση) αφορούσε μόνο τις περιοχές υψηλής ενθαλπίας. Κατά την εξέλιξη των εργασιών η ΔΕΗ, σαν άμεσα ενδιαφερόμενη για την ηλεκτροπαραγωγή, ανέλαβε τις παραγωγικές γεωτρήσεις υψηλής ενθαλπίας και την ανάπτυξη των πεδίων, χρηματοδοτώντας επιπλέον τις έρευνες στις πιθανές για τέτοια ρευστά γεωθερμικές περιοχές. Συντάχθηκε ο προκαταρκτικός χάρτης γεωθερμικής ροής του ελληνικού χώρου, (εικόνα ΓΘΜ-16), όπου φαίνεται ότι στην Ελλάδα η γεωθερμική ροή σε πολλές περιοχές είναι εντονότερη από τη μέση γήινη. Στην εικόνα ΓΘΜ-17 φαίνονται οι περιοχές αυξημένου γεωθερμικού ενδιαφέροντος. Εικόνα ΓΘΜ-16: Χάρτης γεωθερμικής ροής [mw/m²] ελληνικού χώρου ΓΘΜ - 25.

26 Εικόνα ΓΘΜ-17: Χάρτης της Ελλάδας με τις περιοχές γεωθερμικού ενδιαφέροντος Από το 1971 ερευνήθηκαν οι περιοχές: Μήλος Νίσυρος, Λέσβος, Μέθανα, Σουσάκι Κορινθίας, Καμένα Βούρλα, Θερμοπύλες, Υπάτη, Αιδηψός, Κίμωλος, Πολύαιγος, Σαντορίνη, Κως, Νότια Θεσσαλία, Αλμωπία, περιοχή Στρυμόνα, περιοχή Ξάνθης, Σαμοθράκη, κτλ (εικόνα ΓΘΜ-18). Η αυξημένη ροή θερμότητας, λόγω της έντονης τεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητας, δημιούργησε εκτεταμένες θερμικές ανωμαλίες, με μέγιστες τιμές γεωθερμικής βαθμίδας που πολλές φορές ξεπερνούν τους 100ºC/km. Σε κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, η ενέργεια αυτή ΓΘΜ - 26.

27 θερμαίνει «ρηχούς» υπόγειους ταμιευτήρες ρευστών σε θερμοκρασίες μέχρι 100ºC. Τα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας είναι διάσπαρτα στη νησιωτική και ηπειρωτική Ελλάδα. Η συμβολή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο μπορεί να γίνει σημαντική, καθόσον αποτελούν ενεργειακό πόρο φιλικό προς το περιβάλλον, κοινωνικά αποδεκτό και παρουσιάζουν σημαντικό οικονομικό και αναπτυξιακό ενδιαφέρον. Εικόνα ΓΘΜ-18: Γεωθερμικά πεδία ελληνικού χώρου Στον πίνακα ΓΘΜ-6 δίνονται οι περιοχές της Ελλάδας με αυξημένη γεωθερμική ενέργεια και το εκτιμούμενο διαθέσιμο και εκμεταλλεύσιμο ενεργειακό δυναμικό, σύμφωνα με το σημερινό επίπεδο διερεύνησής του. ΓΘΜ - 27.

28 Πίνακας ΓΘΜ-6: Περιοχές της Ελλάδας αυξημένης γεωθερμικής ενέργειας α) υψηλής ενθαλπίας Περιοχή Πλήθος Βάθος [m] Γεωτρήσεις Θερμοκρασία [ C] ν.μήλος ταμ: κεφ: Παροχή [t/h] Διαθ/μο [MW e ] Δυναμικό Εκμ/μο [MW e ] ν.νίσυρος ταμ: β) χαμηλής ενθαλπίας Περιοχή ν. Λέσβος Έκταση [km²] Πεδίο Θερμοκρασία Δυναμικό Βάθος [m] Εύρος [ C] Μέση [ C] Διαθέσιμο [m 3 /h] - [ΤΙΠ/a] Πιθανό [m 3 /h] - [ΤΙΠ/a] Πολιχνίτος Στίψη-Καλονή 70 Αργενός Μακεδονία Θράκη Λοιπές Δέλτα Νέστου Νιγρίτα Ηράκλεια Σιδηρόκαστρο Λαγκαδάς , Νυμφόπετρα Ν. Απολλωνία , Ελαιοχώρια Ν. Κεσσάνη Μάγγανα ν. Σαντορίνη 70 ν. Μήλος Θερμοπύλες Αιδηψός Σουσάκι Σύνολο , Από την εικόνα ΓΘΜ-18 και τον πίνακα ΓΘΜ-6 παρατηρούμε ότι τα πεδία υψηλής ενθαλπίας βρίσκονται στη Μήλο και τη Νίσυρο, νησιά απομακρυσμένα από την ηπειρωτική χώρα, γεγονός που από μόνο του βάζει περιορισμούς στην εκμετάλλευση των πεδίων αυτών. Παρατηρούμε επίσης ότι οι πιο ενδιαφέρουσες περιοχές χαμηλής ενθαλπίας βρίσκονται στην Β. Ελλάδα. Στις περιοχές αυτές έχουν προσανατολιστεί και οι αντίστοιχες έρευνες εκμετάλλευσης του ΓΘΜ δυναμικού της χώρας. Στη Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής (5 και 2 αντίστοιχα). Στη Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325ºC σε βάθος ΓΘΜ - 28.

29 m. και στ η Νίσυρο 350 ο C σε βάθος m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 MW e, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι της τάξης των 200 και 50 ΜW e αντίστοιχα. Η Μήλος φάνηκε από την αρχή ότι είχε τις πιο ενθαρρυντικές προϋποθέσεις και σ αυτήν οι έρευνες προχώρησαν περισσότερο από τις άλλες περιοχές. Το γεωθερμικό πεδίο της Μήλου (υψηλής ενθαλπίας) έχει έκταση τουλάχιστον 50 km 2 και το δυναμικό που θα μπορούσε να φθάσει το MW. Η ΔΕΗ προγραμμάτισε σε π ρώτη φάση την εγκατάσταση πειραματικής μονάδας 1,5-2,0 MW για να καλύψει τις ανάγκες του νησιο ύ σε ρεύμα. Εκτός από τα πεδία της Μήλου και της Νισύρου, προέκυψαν ικανοποιητικά στοιχεία για πιθανά πεδία υψηλής ή μέσης ενθαλπίας στην Κίμωλο, Σαντορίνη, Κω, Λέσβο, Σαμοθράκη και Σουσάκι Κορινθίας. Η γ.ε.χ.ε. μικρό μέρος μόνον της οποίας χρησιμοποιείται σήμ ερα, θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη του πρωτογενούς αγροτικού τομέα, κυρίως σε πρωτοπόρες και δυναμικές καλλιέργειες και διεργασίες. Θα μπορούσε βάσιμα να συμβάλλει στην οικονομική ανάπτυξη υποβαθμισμένων γενικά περιοχών και στη δημιουργία πυρήνων οικονομικής δραστηριότητα ς και ευημερίας σε ευαίσθητους εθνικά χώρους. Τέτοιοι χώρο ι όπως η Θράκη, Σαμοθράκη, η Λήμνος, η Λέσβος, η Χίος έχουν αποδεδειγμένα μεγάλα γεωθερμικά πεδία χαμηλής και ίσως μέσης ενθαλπίας, που περιμένουν την αξιοποίησή τους. Ομαδικές θερμά νσεις Περιοχές όπου θα μπορούσαν να εφαρμο στούν ομαδικές θερμάνσεις είναι η Μ ήλος, η περιοχή της Νιγρ ίτας και οι Σέρρες. Η συμμετοχή όμω ς στο ενεργειακό ισοζύγιο τ ης χώρας θεωρείται αμελητέα και για το λόγο αυτό δεν εξετάζ ονται οι εφαρμογές αυτές. Εφαρμογές στην αγροτική οικονομία Οι πιο ελπιδοφόρες εφαρμογές της γεωθερμίας στη χώρα μας είναι στην αγροτική οικονομία, σε θερμ οκήπια και ιχθυοκαλλιέργειες. Και αυτό γιατί υπάρχει σημαντικός αριθμός πεδίων χαμηλής ενθαλπίας, τα περισσότερα βρ ίσκονται σε μικρά βάθη, έχουν περιορισμένη αλατό τητα και είναι διεσπαρμένα στο μεγαλύτερο μέρος του ελληνικού χώρου. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην άντληση και εκμετάλλευση των ζεστών νερών η ήδη πλατιά χρησιμοποιούμενη τεχνο λογία στην άρδε υση με κατάλληλη μ όνωση των αγωγών μεταφοράς. Βιομηχανικές χρήσεις Επειδή η με ταφορά των γεωθερμικών ρευστών σε μεγάλες αποστάσ εις είναι γενικά αντιοικονομική, είναι προφανές ότι ουσ ιαστική χρησιμοποίηση της γεωθερμίας στην Βιομηχανία μπορεί να γίνει όπου συνυπάρχουν ΓΘΜ πεδία και βιομηχα νίες που μπορ ούν να χρησιμοποιήσουν τα γεωθερμικά ρευστά. Στη χώρα μας καταλληλότερες φαίνονται οι βιομηχανίες επεξεργασίας αγροτικών προϊόντων, ( βλ. και πίνακα ΓΘΜ.1), που βρίσκονται στην πλειοψηφία τους στην Β. Ελλάδα και το μεγαλύτερο μέ ρος των αναγκών τους σε θερμό τητα είναι για θερμοκρασίες κάτω από 80 C. Υπάρχουν όμως δύο βασικά προβλήματα που μας αναγκάζουν να σταθούμε σ αυτές τις γενικές διαπιστώσεις. Το πρώτο έχει να κάνει με την έλλειψη ολοκληρωμένων στοιχείων για το δυναμικό της γεωθερμίας, ενώ το δεύτερο έχει να κάνει με την έλλειψη στοιχείων για τα προφίλ κατανάλωσης θερμότητας στις εν λόγω βιομηχανίες. Η έρευνα και για τα δύο βρίσκεται σε εξέλιξη. Στη Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες, κτλ. Στη λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών-Νιγρίτας, Λιθότοπου-Ηράκλειας, Θερμοπηγής-Σιδηροκάστρου και Αγγίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75ºC, συνήθως αρτεσιανά και πολύ καλής ποιότητας και παροχής. Συνήθως με τα ΓΘΜ - 29.

30 γεωθερμικά νερά συνυπάρχει CO 2. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στη Νιγρίτα και το Σιδηρόκαστρο. Αρκετές πιθανότητες ανεύρεσης νέων πεδίων στην ίδια λεκάνη υπάρχουν και στα Ίβηρα-Χουμνικό, στη Σκούταρη, στην Κερκίνη και σε άλλες περιοχές της λεκάνης. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία: στο Ερατεινό-Χρυσούπολης Καβάλας και στο Ν. Εράσμιο-Μαγγάνων Ξάνθης. Νερά άριστης ποιότητας μέχρι 70ºC και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στη Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά μέχρι 82ºC. Υπάρχουν ήδη 8 γεωτρήσεις παραγωγής. Σε διάφορες περιοχές του Ν. Ροδόπης (Σάππες, Μέση, Σιδηροχώρι, Νότια Κομοτηνής, κ.ά.) υπάρχουν πολύ ενθαρρυντικά στοιχεία για τον εντοπισμό γεωθερμικών πεδίων. Οι πρώτες γεωτρήσεις άγγιξαν ήδη αυτό το στόχο. Στην περιοχή Αρίστηνου-Άνθειας του Ν. Έβρου εντοπίσθηκαν, με 6 «ρηχές» γεωτρήσεις, ρευστά θερμοκρασίας μέχρι 92ºC. Το πεδίο φαίνεται πολύ σημαντικό και έχει ερευνηθεί μόνο ένα μικρό τμήμα του. Ήδη υπάρχουν γεωτρήσεις παραγωγής με μεγάλη παροχή. Στο Τυχερό Έβρου μια πρώτη παραγωγή γεώτρηση εντόπισε άφθονα (>300 m 3 /h) γεωθερμικά νερά 37ºC. Τέλος, πολύ ενθαρρυντικά στοιχεία υπάρχουν επίσης και τη Σαμοθράκη, όπου γεωτρήσεις μικρού βάθους (μέχρι 100 μ.) συνάντησαν νερά της τάξης των 100ºC. Στη λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά (Ν. Θεσσαλονίκης) έχουν εντοπιστεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56ºC. Στη λεκάνη του αεροδρομίου Θεσσαλονίκης, εκτός από τις ερευνητικές γεωτρήσεις που παράγουν ρευστά χαμηλών σχετικά θερμοκρασιών, υπάρχουν πολύ ενθαρρυντικά στοιχεία για ύπαρξη βαθύτερων αλλά πάντα οικονομικών πεδίων με ρευστά ο C στο νότιο τμήμα της λεκάνης και 30-40ºC στο βόρειο τμήμα της. Το ενδιαφέρον αυξάνεται με την δυνατότητα για μεγάλες εφαρμογές-χρήσεις σε υπάρχοντα και σχεδιαζόμενα μεγάλα συγκροτήματα (π.χ. νέο αεροδρόμιο, κλειστό αθλητικό κέντρο Θέρμης, μεγάλες ξενοδοχειακές μονάδες, εγκαταστάσεις Α.Π.Θ.). Στην περιοχή Ελαιοχωρίων-Ν. Τρίγλιας Χαλκιδικής υπάρχουν ήδη πολλές ρηχές γεωτρήσεις παραγωγής με ρευστά μέχρι 42ºC. Το δυναμικό τους ξεπερνά τα m 3 /h. Η χερσόνησος Κασσάνδρας παρουσιάζει πολύ ενδιαφέροντα στοιχεία, που προσελκύουν τους ερευνητές, σε συνδυασμό με τις μεγάλες προοπτικές εφαρμογών σε τουριστικές εγκαταστάσεις. Ήδη εντοπίστηκαν γεωθερμικά ρευστά στη Σάνη και στην Άφυτο. Στις περιοχές Αριδαίας Πέλλας, Αμυνταίου και κοντά στη Φλώρινα, υπάρχουν ενδιαφέρουσες γεωθερμικές προοπτικές. Έγιναν ήδη μερικές επιτυχημένες ερευνητικές γεωτρήσεις. Στη Νότια Θεσσαλία εντοπίσθηκαν ενδιαφέρουσες συνθήκες ταμιευτήρων (65 ο C στα 700 m). Η κοιλάδα του Σπερχειού και η απέναντι Εύβοια διαθέτουν ένα πολύ μεγάλο γεωθερμικό δυναμικό, με θερμοκρασίες μέχρι 80 ºC. Στην περιοχή της Αττικής, κοντά ή και μέσα στην Αθήνα, βρέθηκαν συμπτωματικά ενδιαφέροντα γεωθερμικά στοιχεία, με γεωτρήσεις που έγιναν για άλλο σκοπό. Η Δυτική Ελλάδα έχει λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες (μικρότερες θερμοκρασίες) αλλά δεν λείπει το ενδιαφέρον σε συγκεκριμένες περιοχές. Ήδη στην πεδινή περιοχή Άρτας π.χ. βρέθηκαν ρευστά μέχρι 60 ºC στα 250 m. βάθους ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών κάθε γεωθερμικού πεδίου, είναι δύσκολο να εφαρμοστεί ένα γενικό οικονομικό υπόδειγμα για τον καθορισμό του κόστους της μονάδας ενέργειας, ηλεκτρικής ή θερμικής, που παίρνουμε από ένα ΓΘΜ πεδίο. Έτσι στην εργασία αυτή θεωρήθηκε πιο σωστό να γίνει εκτίμηση του κόστους παραγωγής (και ΓΘΜ - 30.

31 μεταφοράς) για κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, παρά να αναπτυχθεί ένα γενικό μοντέλο που στη συνέχεια θα γινόταν προσπάθεια να εφαρμοστεί στα υπό εξέταση ΓΘΜ πεδία. Η εκτίμηση του κόστους γίνεται α) για παραγωγή ισχύος στα ΓΘΜ πεδία Μήλου και Νισύρου και β) για παραγωγή θερμότητας στα λοιπά πεδία βεβαιωμένου ΓΘΜ δυναμικού ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΣΧΥΟΣ Δύο είναι οι βασικοί παράγοντες κόστους παραγωγής της μονάδας της ηλεκτρικής ενέργειας. Το κόστος επένδυσης, που περιλαμβάνει το κόστος των κατασκευών και του τεχνικού εξοπλισμού του ΓΘΗ Σταθμού, και το κόστος λειτουργίας του. Γενικώς στους ΓΘΗ Σταθμούς το κόστος επένδυσης (κεφαλαίου) είναι υψηλό ενώ τα έξοδα λειτουργίας είναι χαμηλά. Έτσι οι ΓΘΗ Σταθμοί είναι κατάλληλοι για κάλυψη φορτίου βάσης. Οι επί μέρους συνιστώσες του κόστους παραγωγής είναι: Ι. Κόστος επένδυσης α) Κόστος εξερεύνησης του ΓΘΜ πεδίου. Περιλαμβάνει τοπογραφικές, γεωλογικές, γεωφυσικές και γεωχημικές έρευνες. β) Κόστος γεωτρήσεων. Περιλαμβάνει κατασκευή και διαμόρφωση πηγαδιών. γ) Κόστος εξαρτημάτων της κεφαλής του πηγαδιού. Περιλαμβάνει βαλβίδες, βάνες, διαχωριστές ατμού, σιγαστήρες, όργανα ενδείξεων και ασφάλειας και τις απαραίτητες σωληνώσεις. δ) Κόστος δικτύου αγωγών. Περιλαμβάνει τις σωληνώσεις διακίνησης του ΓΘΜ ρευστού με όλα τα όργανα ασφάλειας, διαστολών, αντλιών, κτλ. ε) Κόστος ΓΘΗ Σταθμού. ΙΙ. Κόστος λειτουργίας α) Έξοδα συντήρησης και επισκευών του τεχνικού εξοπλισμού. β) Μισθοί, αμοιβές προσωπικού επίβλεψης, επιθεώρησης και επισκευών. γ) Κόστος αντικατάστασης πηγαδιών. Σε περίπτωση μεταφοράς της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στα γύρω νησιά ή στο ηπειρωτικό δίκτυο το κόστος προσαυξάνεται με το κόστος μεταφοράς (διασύνδεσης). Οι επί μέρους συνιστώσες του κόστους μεταφοράς είναι: ΙΙΙ. Κόστος διασύνδεσης α) Κόστος γραμμών μεταφοράς. β) Κόστος υποβρυχίων καλωδίων. γ) Κόστος πόντισης Υ/Β καλωδίων. δ) Κόστος τερματικών εγκαταστάσεων στα δύο άκρα του Υ/Β καλωδίου. ε) Κόστος εξοπλισμού υποσταθμών ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Στην εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας μιας γεωθερμικής πηγής χαμηλής ενθαλπίας οι παράγοντες κόστους που υπεισέρχονται είναι οι παρακάτω. Ι. Κόστος επένδυσης Αυτό περιλαμβάνει τα έξοδα για: ΓΘΜ - 31.

32 1. Έρευνες. 2. Γεώτρηση. 3. Εξαρτήματα κεφαλής. 4. Αντλία. 5. Δίκτυο μεταφοράς. 6. Εναλλάκτες θερμότητας. ΙΙ. Κόστος λειτουργίας Αυτό περιλαμβάνει τα έξοδα για: 1. Ηλεκτρικό ρεύμα. 2. Επίβλεψη, ρύθμιση και λειτουργία του δικτύου 3. Αντικαταστάσεις ΑΒΑΘΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ Στην Τεχνολογία κάθε θερμική ενέργεια που λαμβάνεται από το υπέδαφος ή τα βαθύτερα στρώματα της Γης, καλείται γεωθερμική, έστω και αν ένα μέρος αυτής είναι ηλιακής προέλευσης. Ως αβαθής γεωθερμία ονομάζεται η αποθηκευμένη θερμότητα των γεωλογικών σχηματισμών (έδαφος, πετρώματα, υδροφορείς) η θερμοκρασία των οποίων δεν υπερβαίνει τους 25 C. Σε βάθη m έχουμε αποθηκευμένη θερμική ενέργεια που προέρχεται και ανανεώνεται συνεχώς από δύο πηγές α) τη γεωθερμική, που προέρχεται από θερμό εσωτερικό της Γης, και κυρίως από β) την ηλιακή, που με την ακτινοβολία της διοχετεύει θερμική ενέργεια μέσω της εδαφικής επιφάνειας στο υπέδαφος. Γίνεται φανερό λοιπόν, ότι σε βάθη m τα υπεδαφικά στρώματα πετρωμάτων κα ι τα υπόγεια νερά μετεωρικής προέλευσης αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες ηλιακής θερμικής ενέργειας, οι οποίες μαζί με την από τα βαθύτερα στρώματα του φλοιού της Γης ανερχόμενη γεωθερμική ενέργεια δημιουργούν ένα ενεργειακό απόθεμα, το οποίο μπορούμε να καλέσουμε αβαθές γεωθερμικό και το οποίο αποτελεί μια περιβαλλοντικά εντελώς καθαρή ενεργειακή πηγή. Σε βάθη μεγαλύτερα των 150 m και μέχρι m, μπορούμε να αναζητήσουμε ζεστά νερά σε υδροφορείς με συνθήκες ομαλής ή και ελαφρά αυξημένης γεωθερμικής βαθμίδας. Το θερμικό περιεχόμενο των νερών αυτών μπορούμε να το εκμεταλλευτούμε για διάφορους σκοπούς με άμεση χρήση. Εάν η θερμοκρασία τους είναι κάτω από 50 C και δεν είναι αρκετή για κάποιο σκοπό, π.χ. θέρμανση χώρου ή για κάποια βιομηχανική ή βιοτεχνική χρήση, παρεμβάλουμε μια αντλία θερμότητας, ώστε να αποκτήσει το νερό την απαιτούμενη θερμοκρασιακή στάθμη. Μέχρι σήμερα, στην Ελλάδα ερευνούμε μόνο τα ανώμαλα γεωθερμικά πεδία και μάλιστα αυτά που έχουν αισθητά αυξημένη γεωθερμική βαθμίδα. Αντίθετα, σε άλλες χώρες η έρευνα και η αξιοποίηση τόσο της αβαθούς γεωθερμίας, όσο και αυτής που οφείλεται σε ελαφρά αυξημένη γεωθ ερμική βαθμίδα, έχουν προχωρήσει σημαντικά. Η αξιοποίηση επιτυγχάνεται είτε με βαθιές γεωτρήσ εις, βάθους άνω των 100 m, στις οποίες αναζητούμε υπόγεια νερά θερμοκρασίας άνω των 50 C, είτε με αβαθείς γεωτρήσεις, βάθους m, στις οποίες εκμεταλλευόμαστε τη θερμική ενέργεια με τη χρήση αντλιών θερμότητας. Με αυτές μπορούμε επίσης να εκμεταλλευτούμε και το θερμικό περιεχόμενο των υδάτων αβαθών υπογείων, αλλά και επιφανειακών υδροφορέων με τη διάνοιξη γεωτρήσεων ή φρεάτων (βλ. εικόνα ΓΘΜ-19). Με τη χρήση αντλίας θερμότητας νερού-νερού είναι δυνατόν να εκμεταλλευτούμε με οικονομικό όφελος ακόμη και θερμοκρασίες του υπεδάφους 8-10 C. Στις χώρες της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης και στον Καναδά, σε αυτές τις θερμοκρασίες βασίζεται η λειτουργία των γεωθερμικών αντλιών, των αντλιών θερμότητας, που εκμεταλλεύονται την υπεδαφική θερμική ενέργεια. ΓΘΜ - 32.

33 Εικόνα ΓΘΜ-19: Παραδείγματα χρήσης αντλιών θερμότητας με κατακόρυφο ή οριζόντιο γεωθερμικό εναλλάκτη, ή εναλλάκτη σε υπόγεια ή επιφανειακά ύδατα. Λόγω του κλίματος και της γεωγραφικής θέσης της χώρας μας, η ποσότητα της ηλιακής θερμικής ενέργειας που αποθηκεύεται στο υπέδαφος είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι σε βορειότερες χώρες. Έτσι σε βάθη m οι θερμοκρασίες στη χώρα μας είναι της τάξης των C, που είναι πολύ πιο ευνοϊκές για την απόδοση των αντλιών θερμότητας και δίνουν τη δυνατότητα εκμετάλλευσης πολύ μεγαλύτερων ποσοτήτων θερμικής ενέργειας. Η αβαθής γεωθερμία παρουσιάζει ορισμένα πλεονεκτήματα και ορισμένα μειονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας από πλευράς εκμετάλλευσης. Πλεονεκτήματα Είναι διαθέσιμη με σταθερές παροχές όλη τη διάρκεια του χρόνου και υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες σχεδόν παντού. Οι απαιτήσεις σε χώρο μιας εγκατάστασης εκμετάλλευσης είναι ασήμαντες και δεν δημιουργούν αρχιτεκτονικά ή αισθητικά περιβαλλοντικά προβλήματα. Οι χαμηλές υπεδαφικές θερμοκρασίες (κάτω των 25 C) σε συνδυασμό με γεωθερμικές αντλίες προσφέρονται για την παραγωγή τόσο ζεστού όσο και ψυχρού νερού, δηλ. για θέρμανση και ψύξη χώρων. ΓΘΜ - 33.

34 Μειονεκτήματα Το σχετικά υψηλό αρχικό κόστος της εγκατάστασης που μπορεί να απαιτήσει σημαντικές δαπάνες για γεωτρήσεις και εναλλάκτες θερμότητας. Η χαμηλή ισχύς της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας. Η εκμετάλλευση της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας με αντλίες θερμότητας άρχισε στις τεχνολογικά προηγμένες χώρες, όπως οι ΗΠΑ, ο Καναδάς, η Σουηδία, η Γαλλία, η Ελβετία και η Γερμανία την δεκαετία του 1960 και αναπτύχθηκε μετά την άνοδο των τιμών του πετρελαίου στη δεκαετία του Λόγω του ψυχρότερου κλίματος οι χώρες αυτές έχουν αυξημένες απαιτήσεις ενέργειας για θέρμανση χώρου. Ήδη το 1990 υπήρχε σε λειτουργία σημαντικός αριθμός εγκαταστάσεων με γεωθερμικές αντλίες στις χώρες αυτές, που από τότε αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς. Η σημαντική αύξηση του αριθμού των γεωθερμικών εγκαταστάσεων στις χώρες αυτές οφείλεται κατά μεγάλο μέρος και σε διάφορα κίνητρα που δίνουν κρατικοί φορείς και οι ηλεκτρικές εταιρίες κοινής ωφέλειας στους πελάτες τους για να αντικαταστήσουν τη θέρμανση με καύσιμα ή με ηλεκτρικό ρεύμα με γεωθερμική αντλία. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται: (α) εξοικονόμηση ενέργειας, (β) μείωση των αιχμών ζήτησης ηλεκτρικού ρεύματος και (γ) περιορισμός της χρήσης ρυπογόνων καυσίμων. Το νέο σύστημα παρουσιάζει, έναντι του συστήματος θέρμανσης ψύξης (κλιματισμού) με αντλία θερμότητας και με πηγή τον αέρα, που εφαρμόζεται ευρύτατα στην Ελλάδα, τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: 1. Ο βαθμός απόδοσης (COP/EER), δηλ. η ποσότητα θερμικής ενέργειας που παράγει η γεωθερμική αντλία σε σχέση με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει, είναι στην πράξη 2,5-4,5 λόγω της σχετικά σταθερής θερμοκρασίας σε επίπεδα C, ενώ στην αντλία θερμότητας με πηγή τον αέρα είναι κατώτερη από 3,3, εξαρτώμενη σε μεγάλο βαθμό από το μεγάλο εύρος των τιμών της θερμοκρασίας του αέρα περιβάλλοντος. 2. Λειτουργεί χωρίς προβλήματα σε οποιεσδήποτε καιρικές και θερμοκρασιακές συνθήκες περιβάλλοντος, διότι η αντλία θερμότητας με πηγή νερό τροφοδοτείται από το γεωθερμικό εναλλάκτη με νερό αμετάβλητης θερμοκρασίας, ίσης περίπου με αυτή που επικρατεί στο υπέδαφος (βλέπε πίνακα ΓΘΜ-7). 3. Όπως προκύπτει από τα ανωτέρω (βαθμός απόδοσης και λειτουργία), το κόστος λειτουργίας και συντήρησης του συστήματος γεωκλιματισμού είναι πολύ χαμηλότερο απ ότι του συστήματος με αντλία θερμότητας με πηγή αέρα. 4. Συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας με την πολύ χαμηλότερη κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος. 5. Συμβάλλει στην προστασία του περιβάλλοντος, διότι χρησιμοποιώντας γεωθερμική ενέργεια αντικαθιστά το πετρέλαιο και μειώνει την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος, που στη χώρα μας παράγεται κυρίως σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς από στερεά αλλά και υγρά καύσιμα. Οι προσπάθειες για εφαρμογή και στη χώρα μας συστημάτων αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας είναι περιορισμένη. Ξεκίνησε το 1992 με πιλοτική εγκατάσταση γεωθερμικού εναλλάκτη και αντλίας θερμότητας νερού-νερού, για θέρμανση ψύξη κατοικίας στην Αττική και παράλληλη παραγωγή ζεστού νερού χρήσης (εικόνα ΓΘΜ-20). Άλλες σημαντικές δραστηριότητες είναι το έργο Θέρμανσης-Ψύξης του κτιρίου των Μεταλλειολόγων και Ηλεκτρολόγων του ΕΜΠ με γεωθερμικές αντλίες, που ξεκίνησε το 1996 (εικόνα ΓΘΜ-21), και το έργο Θέρμανσης-Ψύξης του νέου Δημαρχιακού μεγάρου του Δήμου Πυλαίας, που λειτουργεί από το 2002 (εικόνα ΓΘΜ-22). Στις εικόνες ΓΘΜ-23 και ΓΘΜ-24 φαίνονται οι σωληνώσεις οριζόντιου εναλλάκτη από εφαρμογές στη Βόρεια Ελλάδα. ΓΘΜ - 34.

35 Εικόνα ΓΘΜ-20: Σχηματική παράσταση συστήματος θέρμανσης ψύξης οικίας με αντλίες θερμότητας και γεωθερμικό εναλλάκτη Εικόνα ΓΘΜ-21: Σχηματικό διάγραμμα πεδίου γεωτρήσεων γεωθερμικού εναλλάκτη συστήματος διεποχιακής αποθήκευσης θερμικής/ψυκτικής ενέργειας ΓΘΜ - 35.

36 Εικόνα ΓΘΜ-22: Γεωτρήσεις συστήματος θέρμανσης-ψύξης με αντλίες θερμότητας και γεωθερμικό εναλλάκτη του Δημαρχείου Πυλαίας Εικόνα ΓΘΜ-23: Οριζόντιες σωληνώσεις γεωθερμικού εναλλάκτη. ΓΘΜ - 36.

37 Εικόνα ΓΘΜ-24: Οριζόντιες σωληνώσεις γεωεναλλάκτη για θέρμανση-ψύξη εξοχικής κατοικίας ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το γεωθερμικό δυναμικό της χώρας μας είναι υψηλό. Απαιτείται όμως ακριβέστερος προσδιορισμός του. Η γεωθερμία υψηλής ενθαλπίας που ανακαλύφθηκε στη Μήλο και τη Νίσυρο θα μπορούσε να αναπτυχθεί αφού ξεπερασθούν διάφορα προβλήματα κοινωνικής υφής μετά από μια σοβαρή προσπάθεια ενημέρωσης και νέας πρωτοβουλίας. Στα νησιά αυτά η παραγωγή ισχύος είναι οικονομικά συμφέρουσα. Στη Μήλο πρέπει να ξεπεραστούν ορισμένα προβλήματα τεχνικής φύσης (π.χ. αποθέσεων) που εμποδίζουν την απρόσκοπτη λειτουργία του ΓΘΗ Σταθμού. Σ τη Νίσυρο οι έρευνες είναι ακόμη σε προκαταρκτικό στάδιο. Στις περιοχές με μέση ενθαλπία θα μπορούσαν επίσης να αναπτυχθούν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, σε συνδυασμό με παραπέρα άμεσες χρήσεις (π.χ. θέρμανση οικισμών, και θερμοκηπίων, αφαλάτωση, κτλ). Ιδιαίτερα ενθαρρυντική φαίνεται η εκμετάλλευση της γεωθερμίας χαμηλής ενθαλπίας. Σε πολλά μέρη της χώρας υπάρχουν πεδία με γεωθερμικά ρευστά σε χαμηλά βάθη και η οικονομική ανάλυση έδειξε πολύ καλά αποτελέσματα. Εδώ είναι πιο έκδηλη η ανάγκη για ολοκλήρωση των ερευνών στα εντοπισμένα πεδία αλλά και για επέκτασή της και σε άλλα μέρη της χώρας. Οι περιοχές με γεωθερμικό δυναμικό χαμηλής ενθαλπίας, που είναι και οι πιο πολλές, μπορούν και πρέπει να αναπτύξουν πολύ περισσότερο τις εφαρμογές και να εφαρμόσουν διάφορες χρήσεις εκτός τις θερμοκηπιακές. Υπάρχουν ήδη πολλές έτοιμες γεωτρήσεις παραγωγής ανεκμετάλλευτες, που μπορούν γρήγορα και εύκολα να δημιουργήσουν αναπτυξιακές εφαρμογές στις περιφερειακέ ς περιοχές όπου βρίσκονται. Ιδιαίτερα τα γεωθερμικά πεδία της Βόρειας Ελλάδας και των νησιών του βόρειου Αιγαίου παρουσιάζουν ξεχωριστό ενδιαφέρον, εξαιτίας της μεγαλύτερης ανάγκης για θέρμανση και της επείγουσας ανάγκης για ανάπτυξη και δημιουργία κινήτρων παραμονής του πληθυσμού. ΓΘΜ - 37.