ΟΔΗΓΟΣ ΜΕ ΤΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ

Transcript

1 August 2016 ADAPT2CHANGE ΟΔΗΓΟΣ ΜΕ ΤΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΕΠΙΤΕΥΓΜΑΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ Adapt2change Adapt Agricultural Production to climate change and limited water supply Project Partnership TEI of Thessaly Lead Partner Agricultural Research Institute TEI of Piraeus Europliroforisi S.A. Παν. Θεσσαλίας ICON Project Brief Description Co-funded by the EU LIFE+ (50%) - Project budget: Project duration: 1/09/ /08/2016

2 Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή Κατανάλωση νερού και ενέργειας στα θερμοκήπια στην Ελλάδα και Κύπρο αναγωγή στην έκταση των πρωτοτύπων θερμοκηπίων Στατιστική επεξεργασία του συνόλου των καταγεγραμμένων αρχείων καλλιέργειας στα θερμοκήπια της Λάρισας Στατιστική επεξεργασία του συνόλου των καταγεγραμμένων αρχείων καλλιέργειας στα θερμοκήπια του Ζυγίου Αξιολόγηση της λειτουργίας των εγκατεστημένων συστημάτων σε Λάρισα και Ζύγι Σύγκριση καταναλώσεων μεταξύ των πρωτοτύπων και των συμβατικών θερμοκηπίων στη Λάρισα Σύγκριση καταναλώσεων μεταξύ των πρωτοτύπων και των συμβατικών θερμοκηπίων στο Ζύγι Αξιολόγηση αποτελεσματικότητας θερμοκηπίων Σημασία της σωστής διαστασιολόγησης του Συστήματος Γεωθερμίας Αξιολόγηση του Συστήματος Θέρμανσης θερμοκηπίων με τη χρήση της Αβαθούς Γεωθερμίας Μελλοντικές προοπτικές έρευνας για βελτίωση του Συστήματος Θέρμανσης θερμοκηπίων με τη χρήση της Αβαθούς Γεωθερμίας Αύξηση παραγωγής Χρήση λιπασμάτων και παρασιτοκτόνων

3 Εισαγωγή Στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού έργου Adapt2Change (LIFE+), έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί τέσσερα θερμοκήπια, δύο στην Κύπρο και δύο στην Λάρισα, με σκοπό να προσδώσουν τα απαραίτητα αποτελέσματα και μετρητικά, συγκριτικά στοιχεία, για την κατανάλωση νερού αλλά και τους τρόπους μείωσης της απαιτούμενης καταναλισκόμενης ενέργειας, που απαιτείται για την λειτουργία της θέρμανσης και του δροσισμού τους. Για τους σκοπούς αυτούς, κατασκευάστηκαν πρότυπα θερμοκήπια τοξωτού τύπου με ελεγχόμενο εσωτερικό περιβάλλον. Για την θέρμανση και δροσισμό του εσωτερικού περιβάλλοντος, έχουν χρησιμοποιηθεί νέες τεχνολογίες με μειωμένες απαιτήσεις ενέργειας και αξιοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως είναι το έδαφος (γαιο εναλλάκτης) και ο αέρας. Ο στόχος με το εγχείρημα αυτό είναι, οι ανάγκες δροσισμού και θέρμανσης που απαιτούνται, ανάλογα με το εξωτερικό περιβάλλον και το προϊόν του θερμοκηπίου, να εξυπηρετούνται με την ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια από συμβατικούς πόρους (καύσιμο, ηλεκτρισμό κ.λ.π.), και κυρίως με την χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και με μεθόδους μείωσης της υγρασίας να εξοικονομείται αρδευτικό νερό. Για την εξυπηρέτηση της σκοπιμότητας μετρητικών συγκρίσεων, παράλληλα κατασκευάστηκαν και λειτουργούν δύο πανομοιότυπα αλλά συμβατικού τύπου θερμοκήπια, (κατασκευή, συστήματα παραγωγής ενέργειας), προκειμένου να αντλούνται το δυνατόν όμοια και συγκρίσιμα στοιχεία καταναλώσεων και παραγωγής. Σκοπός της παρούσας έκθεσης είναι να αναδείξει την επιτεύγματα του έργου, όσον αφορά τον τομέα της εξοικονόμησης ενέργειας και υδάτινων πόρων, την καταγραφή της αύξησης της παραγωγής προϊόντων και της μειωμένης χρήσης λιπασμάτων καθώς και την βιωσιμότητα της επένδυσης σύγχρονων θερμοκηπίων στην αγροτική παραγωγή. Για τους σκοπούς του παρόντος, είναι σημαντικό να αναφερθούν συνοπτικά οι καταναλώσεις συμβατικών θερμοκηπιακών μονάδων σε ενέργεια και υδάτινους πόρους. 3

4 Έχει βρεθεί ότι η διαπνοή μιας υδροπονικής καλλιέργειας τομάτας στην περιοχή της Μεσογείου ανέρχεται σε 1100 περίπου L m -2 έτος -1 (Adapt2Change Deliverable 2). Εάν στο παραπάνω ποσό, προστεθεί ένα ποσοστό απορροής της τάξεως του 30% (ανοιχτό υδροπονικό σύστημα) και συνολικές απώλειες από το σύστημα της τάξεως του 10%, τότε οι συνολικές ανάγκες της καλλιέργειας σε νερό, θα ανέρχονται σε 1830 L m -2 έτος -1. Έχει υπολογιστεί ότι, στις Μεσογειακές περιοχές, οι ετήσιες εκροές σε θερμοκηπιακές μονάδες είναι, 33kg Αζώτου, 22kg Φωσφόρου, 55kg Καλίου και 350 κυβικά μέτρα νερού ανά στρέμμα (πηγή: καθ. Κος Κίττας, Βόλος 2012). Παράλληλα, όσο αφορά την απαιτούμενη ενέργεια, έχει βρεθεί ότι για τη θέρμανση ενός θερμοκηπίου εξοπλισμένου με συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας στην περιοχή της Θεσσαλίας απαιτούνται περίπου 226 kwh m -2 ανά έτος ενώ για όλες τις υπόλοιπες λειτουργίες (δροσισμός με υγρή παρειά και ανεμιστήρες, άρδευση, διαλογή κ.α.) απαιτούνται περίπου 20 kwh m -2 ανά έτος (Adapt2Change Deliverable 2). Εάν η ενέργεια για θέρμανση προέρχονταν από μαζούτ, τότε το κόστος της θέρμανσης θα ανέρχονταν περίπου σε 1.2 ευρώ m -2 ανά έτος ενώ αν προέρχονταν από αντλίες θερμότητας ή από βιομάζα, τότε το κόστος θα ανέρχονταν περίπου σε 0.4 ευρώ m -2 ανά έτος Κατανάλωση νερού και ενέργειας στα θερμοκήπια στην Ελλάδα και Κύπρο αναγωγή στην έκταση των πρωτοτύπων θερμοκηπίων Οι δοκιμές των καλλιεργειών ξεκίνησαν τον Νοέμβριο του 2013 και διήρκησαν μέχρι τον Ιούλιο του Σε κάθε χρονιά, πραγματοποιούνταν δύο καλλιεργητικές περίοδοι. Έχει καλλιεργηθεί τομάτα, μελιτζάνα, πιπέρι και αγγούρι σε όλες τις καλλιεργητικές περιόδους, εκτός της πρώτης στην οποία έχει καλλιεργηθεί τομάτα και μελιτζάνα. Έχουν δημιουργηθεί 44 αρχεία καλλιέργειας για το Ζύγι και ακόμη 44 αρχεία καλλιέργειας για την Λάρισα.

5 Κάθε αρχείο καλλιέργειας περιέχει πληροφορίες σχετικά με την παραγωγή των φυτών, την κατανάλωση ενέργειας, την κατανάλωση φρέσκου νερού και την κατανάλωση λιπασμάτων. Συνεπώς, ο κύριος στόχος δημιουργίας των αρχείων καλλιέργειας είναι η συνοπτική αποτύπωση των αποτελεσμάτων των καλλιεργητικών περιόδων, για σκοπούς σύγκρισης του πρωτότυπου θερμοκηπίου με το θερμοκήπιο μάρτυρα, σε Ελλάδα (Λάρισα) και Κύπρο (Ζύγι). 1.1 Στατιστική επεξεργασία του συνόλου των καταγεγραμμένων αρχείων καλλιέργειας στα θερμοκήπια της Λάρισας Σύμφωνα με τα αρχεία καλλιέργειας, για το πρωτότυπο καθώς και το συμβατικό θερμοκήπιο «μάρτυρας», όπως προκύπτουν από τα παραδομένα στοιχεία, παρουσιάζονται αναλυτικά οι παρακάτω συγκριτικοί πίνακες: 5 ΠΙΝΑΚΑΣ 1. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΛΑΡΙΣΑ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων (Lt) Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων % 1 η 27/11/ /02/ % 2 η 21/05/ /08/ % 3 η 21/10/ /01/ % 4 η 20/02/ /07/ % 5 η 21/07/ /11/ % 6 η 04/02/ /06/ % Συνολικά εξοικονομήθηκαν υδάτινοι πόροι, 160 χιλιάδων λίτρων νερού και το μέγιστο ποσοστό εξοικονόμησης ανήλθε στο 48%.

6 ΠΙΝΑΚΑΣ 2. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΛΑΡΙΣΑ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Εξοικονόμηση Ενέργειας (kwh) Εξοικονόμηση Ενέργειας % 1 21/05/ /01/ % 2 η 20/02/ /11/ % Συνολικά εξοικονομήθηκαν ενεργειακοί πόροι 25 χιλιάδων kwh και το μέγιστο ποσοστό εξοικονόμησης ανήλθε στο 75%. 1.2 Στατιστική επεξεργασία του συνόλου των καταγεγραμμένων αρχείων καλλιέργειας στα θερμοκήπια του Ζυγίου Σύμφωνα με τα αρχεία καλλιέργειας, για το πρωτότυπο καθώς και το συμβατικό θερμοκήπιο «μάρτυρας», όπως προκύπτουν από τα παραδομένα στοιχεία, παραδίδονται αναλυτικά οι παρακάτω πίνακες: 6 ΠΙΝΑΚΑΣ 3. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΚΥΠΡΟΥ, ΖΥΓΙ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων (Lt) Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων % 1 η 27/11/ /05/ % 2 η 23/05/ /08/ % 3 η 05/11/ /04/ % 4 η 20/04/ /07/ % 5 η 16/11/ /04/ % Συνολικά εξοικονομήθηκαν υδάτινοι πόροι, 117 χιλιάδων λίτρων νερού και το μέγιστο ποσοστό εξοικονόμησης ανήλθε στο 52%.

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 4. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΚΥΠΡΟΥ, ΖΥΓΙ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Εξοικονόμηση Ενέργειας (kwh) Εξοικονόμηση Ενέργειας % 1 η 27/11/ /08/ % 2 η 05/11/ /04/ % Συνολικά εξοικονομήθηκαν ενεργειακοί πόροι 50 χιλιάδων kwh και το μέγιστο ποσοστό εξοικονόμησης ανήλθε στο 65%. 2. Αξιολόγηση της λειτουργίας των εγκατεστημένων συστημάτων σε Λάρισα και Ζύγι Η λειτουργία των θερμοκηπιακών μονάδων και στις δύο εγκαταστάσεις κρίνεται όμοια. Οι διαφορές που προκύπτουν μεταξύ αυτών, οφείλονται σε εξωγενείς παράγοντες που δεν μπορούν να ελεγχθούν, όπως το τοπικό κλίμα, που διαφέρει μεταξύ των δύο περιοχών, τυχόν ανάπτυξη παρασίτων κ.α Σύγκριση καταναλώσεων μεταξύ των πρωτοτύπων και των συμβατικών θερμοκηπίων στη Λάρισα Όπως παρατηρούμε από τους συγκριτικούς πίνακες, η εξοικονόμηση σε υδάτινους πόρους προκύπτουσα από την επαναχρησιμοποίηση νερού από το σύστημα ανακύκλωσης, φτάνει και στις δύο μονάδες το ποσοστό 50%. Δεδομένου ότι γενικότερα οι θερμοκηπιακές μονάδες είναι κατά σύνηθες απομονωμένες, εγκατεστημένες σε απομακρυσμένες περιοχές και πολύ συχνά αποκομμένες από κεντρικές υποδομές, η επαναχρησιμοποίηση νερού είναι καθοριστικός παράγοντας για την βιωσιμότητα τους. Στο παρακάτω διάγραμμα 1, εμφανίζεται η εξοικονόμηση των υδάτινων πόρων σε λίτρα, ανά καλλιεργητική περίοδο. Όπως φαίνεται και παρακάτω, η συνολική εξοικονόμηση υδάτινων πόρων σε περίοδο δύο (2) ετών, ανέρχεται σε

8 περισσότερο από λίτρα, δηλαδή όσο νερό απαιτούν περίπου 830 άνθρωποι σε μια οικονομικά ανεπτυγμένη οικονομία. Διάγραμμα 1. Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων Ελλάδα Για την ενεργειακή εξοικονόμηση των θερμοκηπίων, παρατηρούμε επίσης πολύ υψηλά ποσοστά εξοικονόμησης σε συμβατικά καύσιμα. Το ποσοστό αυτό φτάνει έως και 75% στην μονάδα της Λάρισας, στοιχείο που οδηγεί στην υψηλή βιωσιμότητα της επένδυσης αλλά ακόμα και στην δυνατότητα πλήρους αυτονόμησης, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες Ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο παρακάτω διάγραμμα 2, εμφανίζεται η εξοικονόμηση ενέργειας σε kwh, ανά καλλιεργητική περίοδο. Όπως φαίνεται και παρακάτω, η συνολική εξοικονόμηση ενέργειας σε περίοδο δύο (2) ετών, ανέρχεται σε περισσότερο από kwh, δηλαδή όση ενέργειας απαιτούν περίπου 5 νοικοκυριά μέσης κατανάλωσης σε ετήσια περίοδο, σε μια οικονομικά ανεπτυγμένη οικονομία. 8

9 Διάγραμμα 2. Εξοικονόμηση Ενέργειας Ελλάδα 2.2 Σύγκριση καταναλώσεων μεταξύ των πρωτοτύπων και των συμβατικών θερμοκηπίων στο Ζύγι Όπως παρατηρούμε από τους συγκριτικούς πίνακες, η εξοικονόμηση σε υδάτινους πόρους προκύπτουσα από την επαναχρησιμοποίηση νερού από το σύστημα ανακύκλωσης, φτάνει και στις δύο μονάδες το ποσοστό 52%. Δεδομένου ότι οι θερμοκηπιακές μονάδες είναι κατά σύνηθες απομονωμένες, εγκατεστημένες σε απομακρυσμένες περιοχές και πολύ συχνά αποκομμένες από κεντρικές υποδομές, η επαναχρησιμοποίηση νερού είναι καθοριστικός παράγοντας για την βιωσιμότητα τους. Στο παρακάτω διάγραμμα 3, εμφανίζεται η εξοικονόμηση των υδάτινων πόρων σε λίτρα, ανά καλλιεργητική περίοδο. Όπως φαίνεται και παρακάτω, η συνολική εξοικονόμηση υδάτινων πόρων σε περίοδο δύο (2) ετών, ανέρχεται σε περισσότερο από λίτρα, δηλαδή όσο νερό απαιτούν περίπου 650 άνθρωποι σε μια οικονομικά ανεπτυγμένη οικονομία. 9

10 Διάγραμμα 3. Εξοικονόμηση Υδάτινων πόρων Κύπρος Για την ενεργειακή εξοικονόμηση αυτών, παρατηρούμε επίσης πολύ υψηλά ποσοστά εξοικονόμησης σε συμβατικά καύσιμα. Το ποσοστό αυτό φτάνει έως και 65% στην μονάδα της Λάρισας, στοιχείο που οδηγεί στην υψηλή βιωσιμότητα της επένδυσης αλλά ακόμα και στην δυνατότητα πλήρους αυτονόμησης, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες Ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο παρακάτω διάγραμμα 4, εμφανίζεται η εξοικονόμηση ενέργειας σε kwh, ανά καλλιεργητική περίοδο. Όπως φαίνεται και παρακάτω, η συνολική εξοικονόμηση ενέργειας σε περίοδο δύο (2) ετών, ανέρχεται σε περισσότερο από kwh, δηλαδή όση ενέργειας απαιτούν περίπου 10 νοικοκυριά μέσης κατανάλωσης σε ετήσια περίοδο, σε μια οικονομικά ανεπτυγμένη οικονομία. 10

11 Διάγραμμα 4. Εξοικονόμηση Ενέργειας Κύπρος 2.3 Αξιολόγηση αποτελεσματικότητας θερμοκηπίων Με τους παραπάνω δύο δείκτες απόδοσης εξοικονόμησης υδάτινων και ενεργειακών πόρων, μπορούμε να υποστηρίξουμε ότι η εγκατάσταση των θερμοκηπιακών μονάδων σε απομακρυσμένες περιοχές καθώς και περιοχές αποκομμένες από κεντρικές υποδομές και ενεργειακή κάλυψη, είναι μια βιώσιμη λύση, που μπορεί να δώσει πνοή στην επιχείρηση αυτών των δύσκολων επιχειρηματικών μονάδων Σημασία της σωστής διαστασιολόγησης του Συστήματος Γεωθερμίας. Για σκοπούς εξοικονόμησης ενέργειας και ενεργειακής αναβάθμισης των θερμοκηπίων είναι σημαντικό να γίνει σωστή διαστασιολόγηση των παραμέτρων του συστήματος θέρμανσης ώστε να μειώνονται οι απαιτήσεις του θερμοκηπίου σε ενέργεια. Για τον σκοπό αυτό, ήταν πολύ χρήσιμη η ανάπτυξη ενός λογισμικού προσομοίωσης της λειτουργίας του θερμοκηπίου που δίδει την δυνατότητα μελέτης της αντίδρασης του Συστήματος στην αλλαγή των βασικών παραμέτρων του, όπως είναι η εσωτερική θερμοκρασία το βράδυ, η θερμοκρασία του ζεστού νερού που παράγει το γεωθερμικό σύστημα και κυκλοφορεί στο θερμοκήπιο για να το θερμάνει, η επιθυμητή σχετική υγρασία του αέρα σε περίπτωση αφύγρανσης, κτλ. Το λογισμικό τρέχει σε περιβάλλον της Matlab, στο Πρόγραμμα Προσομοίωσης Simulink. Μια γενική άποψη φαίνεται στο Διάγραμμα 5. 11

12 Διάγραμμα 5. Άποψη του Λογισμικού Προσομείωσης της λειτουργίας του Γεωθερμικού Θερμοκηπίου στο Simulink, Κύπρος Εν συνεχεία, παρουσιάζεται, στο διάγραμμα 6, η διαφοροποίηση της μέγιστης ζήτησης θερμικού φορτίου στο θερμοκήπιο ανάλογα με την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία. 12

13 Διάγραμμα 6. Μέγιστη ζήτηση θερμικού φορτίου στο θερμοκήπιο ανάλογα με την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία, Κύπρος Όσο μεγαλύτερη είναι η επιλεγόμενη εσωτερική θερμοκρασία στο θερμοκήπιο για θέρμανση της καλλιέργειας τα βράδια του Χειμώνα, τόσο μεγαλύτερο θα πρέπει να είναι το Σύστημα Θέρμανσης, πχ η Γεωθερμική Αντλία και τόσο μεγαλύτερη θα είναι και η άσκοπη κατανάλωση ενέργειας εις βάρος του περιβάλλοντος και εις βάρος του γεωργού γιατί αυξάνονται τα κόστη θέρμανσης. 13

14 Διάγραμμα 7. Μέγιστη ζήτηση θερμικού φορτίου στο θερμοκήπιο ανάλογα με την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία. Κύπρος Παρόμοια αποτελέσματα φαίνονται και στο διάγραμμα 7, όπου φαίνεται το αναγκαίο θερμικό φορτίο του θερμοκηπίου σε σχέση με την επιθυμητή θερμοκρασία θέρμανσης στο θερμοκήπιο. Σε περίπτωση θέρμανσης του θερμοκηπίου με συμβατικά καύσιμα, π.χ. με πετρέλαιο, όπως ήταν η περίπτωση του θερμοκηπίου μάρτυρα στο Έργο, φαίνεται στο Διάγραμμα 8, η μεταβολή της κατανάλωσης του πετρελαίου ανάλογα με την ρυθμιζόμενη θερμοκρασία θέρμανσης στο θερμοκήπιο. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και η κατανάλωση πετρελαίου. Εδώ φαίνεται καθαρά η σημασία της σωστής επιλογής της θερμοκρασίας ανάλογα με την καλλιέργεια. Αυτή πρέπει να είναι η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία με την οποία διασφαλίζεται η καλή ποιότητα και ποσότητα της παραγωγής. 14

15 Διάγραμμα 8. Κατανάλωση πετρελαίουθέρμανσης στο θερμοκήπιο ανάλογα με την επιθυμητή εσωτερική θερμοκρασία, Κύπρος Αξιολόγηση του Συστήματος Θέρμανσης θερμοκηπίων με τη χρήση της Αβαθούς Γεωθερμίας. Η ενέργεια που προσφέρεται στο θερμοκήπιο από τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, δεν είναι 100% ανανεώσιμη. Αυτό οφείλεται στο ότι χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό για την λειτουργία της, ο οποίος παράγεται από ορυκτά καύσιμα και μέχρι να καταλήξει στο θερμοκήπιο έχει σημαντικές απώλειες. Το Ποσοστό Ενέργειας, προερχόμενο από Ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, από τις αντλίες θερμότητας, μπορεί να υπολογιστεί και μόνο όταν το ποσοστό παραγωγής είναι ικανοποιητικά υψηλό, προσφέρει προστασία στο περιβάλλον και μπορεί να χαρακτηριστεί ως βιώσιμο. Στο πλαίσιο της οδηγίας 2009/28/ΕΚ σχετικά με τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, το ποσό της γεωθερμικής ενέργειας που δεσμεύεται από αντλίες θερμότητας (ERES) και μπορεί να θεωρηθεί ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές, υπολογίζεται σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο: ERES= Qusable* (1 1/SPF)

16 Όπου: Qusable = η υπολογιζόμενη συνολική χρήσιμη θερμική ενέργεια από αντλίες θερμότητας SPF = ο υπολογιζόμενος συντελεστής μέσης εποχιακής απόδοσης για τις συγκεκριμένες αντλίες θερμότητας. Μόνο Αντλίες Θερμότητας με: SPF > 1,15 * 1/η μπορεί να θεωρηθεί, σύμφωνα με την οδηγία, ότι περιέχουν ανανεώσιμο ποσοστό Ενέργειας. Όπου η = η συνολική απόδοση για την παραγωγή και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας (περίπου ίσο με 0,35) Με βάση τα πιο πάνω, θα πρέπει δηλαδή το SPF να είναι μεγαλύτερο από 3,3. Έτσι έγιναν μετρήσεις στα πειραματικά θερμοκήπια του Έργου, ώστε να διαφανεί κατά πόσον υπάρχει ανανεώσιμο όφελος από την εφαρμογή των γεωθερμικών αντλιών. Η διάταξη των Θερμικών Αντλιών φαίνεται για την περίπτωση της Κύπρου στο Διάγραμμα Διάγραμμα 9. Το Σύστημα Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας στην Κύπρο

17 Με λευκό χρώμα είναι οι Γεωθερμικές Αντλίες και με κόκκινο είναι τα ενδιάμεσα δοχεία θέρμανσης, (Buffer Tanks), που χρησιμεύουν για αποθήκευση του νερού που θερμαίνεται από τις γεωθερμικές αντλίες, ώστε να κυκλοφορήσει όταν χρειάζεται στο θερμοκήπιο για θέρμανση του. 17 Διάγραμμα 10. Σχηματική παρουσίαση του Συστήματος Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας όπου φαίνεται η θέση του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης. Στο Διάγραμμα 10, φαίνεται η σχηματική απεικόνιση του Συστήματος Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας για καλύτερη κατανόηση της χρησιμότητας του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης. Η θερμοκρασία που επιλέγεται για το νερό στο ενδιάμεσο δοχείο θέρμανσης, καθορίζει και την απόδοση της λειτουργίας του συστήματος καθότι είναι καθοριστική η επίδραση της στον Συντελεστή Απόδοσης των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας και κατ επέκταση στον Εποχιακό Συντελεστή Απόδοσης τους, S.C.O.P..

18 Διάγραμμα 11. Σχηματική παρουσίαση του Συστήματος Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας όπου φαίνεται η θέση του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης. Σύμφωνα με τα δεδομένα του Έργου Adapt2Change και της παραγωγής και 18 μεταφοράς του ηλεκτρισμού στην Κύπρο, ο υπολογιζόμενος συντελεστής μέσης εποχιακής απόδοσης για τις συγκεκριμένες αντλίες θερμότητας SPF, πρέπει να είναι ίσος με 3.464, δηλαδή γύρω στο 3.5. Έτσι εξετάστηκε το θέμα κατά πόσο στην περίπτωση της λειτουργίας των αντλιών θερμότητας στην Κύπρο, περιέχεται όντως ανανεώσιμο ποσοστό ενέργειας σύμφωνα με την Οδηγία 2009/28/ΕΚ. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο Διάγραμμα 12.

19 Διάγραμμα 12. Επίδραση της θερμοκρασίας του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης στο Ανανεώσιμο μέρος της Ενέργειας, ERES, που παρέχουν οι Αντλιες Θερμότητας.. 19 Όσο πιο ψηλή είναι δηλαδή η θερμοκρασία του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης, δηλαδή της θερμοκρασίας του νερού που κυκλοφορεί στους ανάλλακτες θερμότητας στο θερμοκήπιο για τη θέρμανση του, τόσο πιο χαμηλό είναι το ποσοστό της ανανεώσιμης ενέργειας που παρέχουν οι Αντλίες Θερμότητας. Για παράδειγμα από τα 30 kw θέρμανσης που παρέχει η Γεωθερμική Αντλία στο θερμοκήπιο σε θερμοκρασία νερού 50 ο C, μόνο τα 26 kw, δηλαδή ποσοστό 86,7%, μπορούν να θεωρηθούν ως προερχόμενα από ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και τα 9 kw όχι. Σε θερμοκρασία νερού 30 ο C το ποσοστό ανανεώσιμης ενέργειας ανέρχεται στο 98,7%. Η θερμοκρασία του ενδιάμεσου δοχείου πρέπει ως εκ τούτου να σχεδιάζεται σωστά για να διασφαλίζεται η μέγιστη δυνατή χρήση του ανανεώσιμου μέρους της ενέργειας για θέρμανση, λαμβάνοντας την από το έδαφος. Από την άλλη πλευρά, η θερμοκρασία του νερού που κυκλοφορεί στο σύστημα θέρμανσης του θερμοκηπίου παίζει ρόλο και στην οικονομικότητα του συστήματος. Όσο πιο χαμηλή είναι η θερμοκρασία, τόσο λιγότερη είναι

20 η μετάδοση ενέργειας από τους αγωγούς θέρμανσης προς τον αέρα και έτσι τόσο πιο μεγάλη πρέπει να είναι η επιφάνεια των εναλλακτών θερμότητας στο θερμοκήπιο και συνεπώς το κόστος τους. Αυτό φαίνεται στο Διάγραμμα 13 που ακολουθεί. 20 Διάγραμμα 13. Επίδραση της θερμοκρασίας του ενδιάμεσου δοχείου θέρμανσης στο Συντελεστή Μετάδοσης της Θερμότητας από τους Εναλλάκτες Θερμότητας ανάλογα και με τη Θερμοκρασία στο Θερμοκήπιο. Ο ρυθμός μετάδοσης της θερμότητας στο θερμοκήπιο από τους εναλλάκτες θερμότητας εξαρτάται τόσο από το ύψος της θερμοκρασίας του νερού που κυκλοφορεί σε αυτούς, όσο και από την θερμοκρασία του αέρα στο θερμοκήπιο. Όσο πιο ψηλή είναι η θερμοκρασία του νερού θέρμανσης τόσο πιο μεγάλη ενέργεια μεταφέρεται στον αέρα του θερμοκηπίου και ο εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να είναι μικρότερος με χαμηλότερο κόστος, όμως το ποσοστό ανανεώσιμης ενέργειας μικραίνει σύμφωνα με τα πιο πάνω. Με το ίδιο σκεπτικό, όσο πιο χαμηλή είναι η επιθυμητή θερμοκρασία στο θερμοκήπιο, ανάλογα με τις απαιτήσεις της καλλιέργειας, τόσο πιο χαμηλή θερμοκρασία νερού θέρμανσης θα απαιτηθεί με ψηλότερο ποσοστό ανανεώσιμης ενέργειας.

21 2.3.3 Μελλοντικές προοπτικές έρευνας για βελτίωση του Συστήματος Θέρμανσης θερμοκηπίων με τη χρήση της Αβαθούς Γεωθερμίας. Από τη διεξαγωγή του Έργου Adapt2Change και την αξιολόγηση του, προκύπτουν αρκετές ιδέες για μελλοντική έρευνα ώστε να βελτιωθεί ακόμα περισσότερο το Σύστημα, όσον αφορά την εξοικονόμηση ενέργειας και την περεταίρω αύξηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. 21 Διάγραμμα 14. Μελλοντικη προοπτική έρευνας με συνδιασμό θερμικών αντλίών θερμότητας με ηλιακούς θερμικούς συλλέκτες. Τέτοιο παράδειγμα είναι π.χ. ο συνδυασμός της αβαθούς γεωθερμίας με ηλιακή ενέργεια ή όπως φαίνεται και στο Διάγραμμα 14, ο συνδυασμός ηλιακών θερμικών συλλεκτών για θέρμανση νερού σε μια δεξαμενή (Buffer Storage Tank) και στη συνέχεια η Αντλία Θερμότητας να ανεβάζει τη θερμοκρασία του νερού στο επιθυμητό ύψος για καλύτερη λειτουργία των εναλλακτών θερμότητας στα θερμοκήπια. Οι Αντλίες θερμότητας δεν θα εργάζονται δηλαδή με τη χαμηλή θερμοκρασία του εδάφους, αλλά θα εργάζονται με νερό που θα προθερμαίνεται με τη χρήση των ηλιακών θερμικών συλλεκτών. Αυτό θα ανεβάζει την αποδοτικότητα τους και το ποσοστό ανανεώσιμης ενέργειας που θα δίνουν στο θερμοκήπιο.

22 3. Αύξηση παραγωγής Σύμφωνα με τα αρχεία καλλιέργειας, για το πρωτότυπο καθώς και το συμβατικό θερμοκήπιο «μάρτυρας», όπως προκύπτουν από τα παραδομένα στοιχεία, παραδίδονται αναλυτικά οι παρακάτω συγκριτικοί πίνακες: ΠΙΝΑΚΑΣ 5. ΔΙΑΦΟΡΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΕΛΛΑΔΑΣ, ΛΑΡΙΣΑ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Αυξημένη Παραγωγή (kg) Αυξημένη Παραγωγή (%) 1 η 27/11/ /02/2014 Μελιτζάνα % 1 η 27/11/ /02/2014 Τομάτα % 2 η 21/05/ /08/2014 Μελιτζάνα % 2 η 21/05/ /08/2014 Τομάτα % 3 η 21/10/ /01/2015 Μελιτζάνα 0 0 % 3 η 21/10/ /01/2015 Τομάτα % 4 η 20/02/ /07/2015 Μελιτζάνα % 4 η 20/02/ /07/2015 Τομάτα ,5 % 22 5 η 21/07/ /11/2015 Μελιτζάνα % 5 η 21/07/ /11/2015 Τομάτα 0 0 % 6 η 04/02/ /06/2016 Μελιτζάνα % 6 η 04/02/ /06/2016 Τομάτα %

23 Διάγραμμα 5. Ποσοστιαία αύξηση παραγωγής προιόντος ανά περίοδο καλλιέργειας Ελλάδα Στο παραπάνω διάγραμμα 5, εμφανίζεται η εντυπωσιακή συνολική αύξηση της παραγωγής προϊόντος σε περίοδο δύο ετών. Σε μακροπρόθεσμη λοιπόν διάρκεια, η παραγωγή αυξάνεται έως και 88% στο σύγχρονο θερμοκήπιο, έναντι του συμβατικού, για την περιοχή της Λάρισας. 23

24 ΠΙΝΑΚΑΣ 6. ΔΙΑΦΟΡΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΚΥΠΡΟΥ, ΖΥΓΙ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Αυξημένη Παραγωγή (kg) Αυξημένη Παραγωγή (%) 1 η 27/11/ /05/2014 Μελιτζάνα % 1 η 27/11/ /05/2014 Τομάτα % 2 η 23/05/ /08/2014 Μελιτζάνα % 2 η 23/05/ /08/2014 Τομάτα % 3 η 05/11/ /04/2015 Μελιτζάνα % 3 η 05/11/ /04/2015 Τομάτα % 4 η 20/04/ /07/2015 Μελιτζάνα % 4 η 20/04/ /07/2015 Τομάτα 165 2,5 % 5 η 16/11/ /04/2016 Μελιτζάνα % 5 η 16/11/ /04/2016 Τομάτα % 24 Διάγραμμα 6. Ποσοστιαία αύξηση παραγωγής προιόντος ανά περίοδο καλλιέργειας Κύπρος Αντίστοιχα στο παραπάνω διάγραμμα 6, εμφανίζεται μικρή συνολική μείωση της παραγωγής προϊόντος σε περίοδο δύο ετών. Αυτό το συγκριτικό στοιχείο οφείλεται κυρίως στο φαινόμενο της πολύ ψηλής σχετικής υγρασίας του αέρα στο σύγχρονο θερμοκήπιο, έναντι του συμβατικού, για την περιοχή της Κύπρου. Η

25 κατάσταση αυτή προκαλούσε μυκητολογικές ασθένειες στα φυτά και αυξημένους πληθυσμούς ακάρεων που είχαν αρνητικό αντίκτυπο στην παραγωγή, όπως επεξηγείται πιο κάτω. 4.1 Η σημασία της ρύθμισης της υγρασίας του αέρα στο Θερμοκήπιο. Ενδεικτικά εξετάζεται ως παράδειγμα η περίοδος από 1η Ιανουαρίου 2016 μέχρι τις 6 Ιανουαρίου 2016 στο πιλοτικό γεωθερμικό θερμοκήπιο στο Ζύγι. Σε κλειστό σχετικά θερμοκήπιο, όπου ο εξαερισμός είναι περιορισμένος ώστε να μπορούν να λειτουργούν τα συστήματα αφύγρανσης και να ανακτάται έτσι καθαρό νερό από τον αέρα του θερμοκηπίου, αυξάνεται σταδιακά η υγρασία, λόγω της εξατμισοδιαπνοής των φυτών. Αυτό φαίνεται στο Διάγραμμα 7, που ακολουθεί με κόκκινο χρώμα. Πολύ συχνά τα βράδια, η σχετική υγρασία του αέρα στο θερμοκήπιο φτάνει το σημείο κορεσμού (100%). Σε τέτοιες συνθήκες αρχίζει να συμπυκνώνεται η υγρασία στις διάφορες επιφάνειες στο θερμοκήπιο, την πλαστική κάλυψη και φυσικά στα φυτά. Οι συνθήκες αυτές είναι ευνοϊκές για ανάπτυξη μυκητολογικών ασθενειών και ακάρεων, που προκαλούν καταστροφή στα φυτά και μειώνουν την ποιότητα και ποσότητα της παραγωγής. Ο γεωργός πρέπει να παρέμβει με φυτοπροστατευτικές ουσίες που μολύνουν τόσο το περιβάλλον όσο και επιδρούν αρνητικά στην υγεία του καταναλωτή. Για το σκοπό αυτό δεν έγιναν επεμβάσεις με φυτοπροστατευτικά προϊόντα στο θερμοκήπιο. 25

26 Διάγραμμα 7. Η σχετική υγρασία στο Πιλοτικό θερμοκήπιο από 1/1/2016-6/1/2016 χωρίς αφύγρανση και με αφύγρανση. Η λύση που συνήθως εφαρμόζεται, είναι να γίνεται καλός εξαερισμός και να αυξάνεται η θερμοκρασία θέρμανσης ώστε να αποφεύγεται η συμπύκνωση των υδρατμών. Αυτό έχει ως συνέπεια να αυξάνεται το κόστος της καλλιέργειας και να μολύνεται επιπρόσθετα το περιβάλλον λόγω της αύξησης της χρήσης ορυκτών καυσίμων και ηλεκτρισμού. Ο σχεδιασμός στα πλαίσια του Adapt2Change προσφέρει μια νέα επιλογή, αυτή της αφύγρανσης του αέρα με την χρήση των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας. Ο αέρας του θερμοκηπίου με τη βοήθεια ανεμιστήρα, περνά μέσα από ένα ανάλλακτη θερμότητας όπου η θερμοκρασία του αέρα πέφτει κάτω από το σημείο δρόσου. Έτσι αφαιρείται η υγρασία και αποθηκεύεται σε μια δεξαμενή για να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για άρδευση της καλλιέργειας στα θερμοκήπια. Το νερό αυτό είναι απαλλαγμένο από άλατα και είναι κατάλληλο για χρήση στο υδροπονικό σύστημα. Με τη χρήση του Προγράμματος Προσομοίωσης που αναπτύχθηκε στο ΙΓΕ, φάνηκε ότι με τη χρήση του συστήματος αυτού η σχετική υγρασία στο θερμοκήπιο μπορεί να κρατηθεί σε επίπεδα κάτω από το 70% ώστε να περιοριστούν οι 26

27 προσβολές ασθενειών. Αυτό φαίνεται στο διάγραμμα 7 με μαύρο χρώμα. Στο διάστημα αυτό, των 5 ημερών, ανακτήθηκε σημαντική ποσότητα νερού, στο ύψος των 669 λίτρων μέσο όρο την ημέρα. Αυτό αντιστοιχεί περίπου στο 9% του νερού άρδευσης που απαιτείται για την περίοδο αυτή. 27

28 4. Χρήση λιπασμάτων και παρασιτοκτόνων Από μετρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων στην Λάρισα, σε σύγκριση μεταξύ του ανοιχτού (συμβατικού) υδροπονικού συστήματος και του κλειστού υδροπονικού συστήματος, βρέθηκε ότι η χρήση του κλειστού συστήματος οδήγησε σε σημαντική εξοικονόμηση λιπασμάτων, όπως παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα, όπου παρουσιάζεται η κατανάλωση σε μακρο-στοιχεία και η αποτελεσματικότητα χρήσης μακροστοιχείων, στο κλειστό (Close System-CLS) και ανοιχτό (Open System-OPS, συμβατικό) υδροπονικό σύστημα για καλλιέργεια τομάτας για μία καλλιεργητική περίοδο. Ο ρυθμός απορροής και στις δύο περιπτώσεις ήταν 30%, αλλά στην περίπτωση του κλειστού συστήματος γινόταν επαναχρησιμοποίηση της απορροής. Τα διαφορετικά γράμματα στις ίδιες στήλες υποδηλώνουν στατιστικά σημαντικές διαφορές για επίπεδο σημαντικότητας p 0.05, σύμφωνα με την ανάλυση ANOVA και το κριτήριο Duncan s Multiple Range Test. Nutrient N P S K Ca Mg 28 Συνολική ποσότητα μακροστοιχείων που δόθηκαν στην καλλιέργεια για μία καλλιεργητική περίοδο (g m -2 ) OPS a 33.5 a 73.7 a a a 36.7 a CLS 83.5 b 23.0 b 23.7 b b 42.5 b 18.0 b Ποσότητα μακροστοιχείων που απορρίφθηκε με την απορροή (g m -2 ) OPS 62.7 a 10.7 a 44.3 a a 75.1 a 19.7 a CLS 18.0 b 2.1 b 9.0 b 22.2 b 20.3 b 5.0 b Χρήση μακροστοιχείων (% of total supplied amount) OPS 57 b 68 b 40 b 50 b 41 b 46 b CLS 78 a 91 a 62 a 82 a 52 a 72 a Αποτελεσματικότητα χρήσης λιπασμάτων (g of harvested fruit per g of nutrient applied)

29 OPS 91 b 394 b 179 b 64 b 104 b 359 b CLS 147 a 535 a 518 a 99 a 289 a 682 a Από τα στοιχεία που παρουσιάζονται, φαίνεται ότι η εξοικονόμηση σε λιπάσματα, ανάλογα με το μακροστοιχείο που μελετήθηκε, ήταν από 30% έως 80%. Παράλληλα, η απορροή λιπασμάτων προς το περιβάλλον μειώθηκε σημαντικά, καθώς σε σχέση με το ανοιχτό σύστημα, το κλειστό σύστημα οδήγησε σε κατά μέσο όρο μείωση των απορροών προς το περιβάλλον της τάξεως του 80%. Τέλος, η αποτελεσματικότητα χρήσης λιπασμάτων στο κλειστό σύστημα αυξήθηκε κατά 30%-80% (ανάλογα με το μακροστοιχείο προς μελέτη) σε σχέση με το ανοιχτό σύστημα, κάτι που πρακτικά σημαίνει ότι για την ίδια ποσότητα λιπασμάτων, η χρήση του κλειστού υδροπονικού συστήματος οδήγησε σε 80% περισσότερη παραγωγή σε σχέση με το ανοιχτό σύστημα. 29

30 ΠΙΝΑΚΑΣ 8. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΧΡΗΣΗΣ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΚΥΠΡΟΥ, ΖΥΓΙ Α/Α Καλλιεργητική περίοδος Εξοικονόμηση Κατανάλωσης λιπασμάτων (lt) Εξοικονόμηση Κατανάλωσης λιπασμάτων % 1 η 27/11/ /05/ ,5 % 2 η 23/05/ /08/ % 3 η 05/11/ /04/ % 4 η 20/04/ /07/ ,5 % 5 η 16/11/ /04/ % 30 Διάγραμμα 7. Ποσοστιαία εξοικονόμηση χρήσης λιπασμάτων ανά περίοδο καλλιέργειας Κύπρος Στο παραπάνω διάγραμμα 7, εμφανίζεται η εντυπωσιακή συνολική μείωση της κατανάλωσης λιπασμάτων ανά καλλιεργητική περίοδο, καθώς και η συνολική σε περίοδο δύο ετών. Όπως φαίνεται, συνολικά εξοικονομούμε 40% στην χρήση λιπασμάτων με όλες τις θετικές επιπτώσεις που έχει αυτή η διαδικασία, στον υδροφόρο ορίζοντα αλλά και σε λοιπές διεργασίες του κύκλου ζωής του προϊόντος και της κατανάλωσης αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.