Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Γεωθερμική Ενέργεια Ιωάννης Στεφανάκος και Νίκος Μαμάσης Τομέας Υδατικών Πόρων & Περιβάλλοντος - Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2015 Διάρθρωση παρουσίασης: Γεωθερμική Ενέργεια Εισαγωγή Εφαρμογές της Γεωθερμικής Ενέργειας Η Γεωθερμία στην Ελλάδα Έρευνα - Ανάπτυξη Γεωθερμικού Πεδίου Εφαρμογές - Δυναμικό Τεχνικά, Οικονομικά και Περιβαλλοντικά Θέματα 1
Εισαγωγή Θερμική ενέργεια από το διάπυρο εσωτερικό της Γής. Ο πλανήτης εκδηλώνει με ενεργητικό τρόπο την θερμική αυτή ενέργεια που περικλείει στο εσωτερικό του (σεισμοί - ηφαιστειακές εκρήξεις - θερμές πηγές - ατμίδες κλπ) Σε κατάλληλες συνθήκες επιφανειακά νερά εισδύουν μέσω ρωγμών, θερμαίνονται και ανεβαίνουν προς τα πάνω (γεωθερμικά ρευστά) μέσω φυσικών διόδων ή γεωτρήσεων Αύξηση της θερμοκρασίες κατά 30-50 ο C ανά km βάθους Το μεγαλύτερο μέρος της γήινης ενέργειας μεταδίδεται προς την ψυχρότερη επιφάνεια με την αγωγιμότητα και με αργό ρυθμό της τάξης των 50-100 kw/km 2 Σε γεωλογικά σταθερές περιοχές θερμοκρασία 50-150 ο C σε βάθη 1-3 km Γεωθερμικά ρευστά χαμηλής ενθαλπίας έως 100 ο C και μέσης ενθαλπίας 100-170 ο C Εκτιμούμενο δυναμικό (μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) 32.000.000 θερμικά MW Περιοχές με υψηλή ενθαλπία 170-350 ο C, σε βάθη 500-3000 m και εκτιμούμενο δυναμικό 300.000 MW. Χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Μαγματική μεταφορά θερμότητας (600-1.200 ο C) και υδροθερμική στην συνέχεια. Εστία θερμότητας σε βάθος 3-10 km Δημιουργία ταμιευτήρων ρευστών υψηλής ενθαλπίας σε βάθη 300-3.000 m. Προστασία από στεγανό γεωλογικό κάλυμμα Μέσα στον ταμιευτήρα κυκλοφορούν τα γεωθερμικά ρευστά (συνήθως θερμό νερό και σπάνια ατμός, σε συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας κοντά στο σημείο βρασμού) Οι παραγωγικές γεωτρήσεις φτάνουν στον ταμιευτήρα Εφαρμογές της Γεωθερμικής Ενέργειας Οι εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας ποικίλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία και περιλαμβάνουν: 1. Ηλεκτροπαραγωγή (θ>90 C), 2. Θέρμανση χώρων (με καλοριφέρ για θ>60 C, με αερόθερμα για θ>40 C, με ενδοδαπέδιο σύστημα θ>25 C), 3. Ψύξη και κλιματισμό (με αντλίες θερμότητας απορρόφησης για θ>60 C, ή με υδρόψυκτες αντλίες θερμότητας για θ<30 C) 4. Θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών επειδή τα φυτά αναπτύσσονται γρηγορότερα και γίνονται μεγαλύτερα με τη θερμότητα (θ>25 C), ή και για αντιπαγετική προστασία 5. Ιχθυοκαλλιέργειες (θ>15 C) επειδή τα ψάρια χρειάζονται ορισμένη θερμοκρασία για την ανάπτυξή τους 6. Βιομηχανικές εφαρμογές όπως αφαλάτωση θαλασσινού νερού (θ>60 C), ξήρανση αγροτικών προϊόντων, κλπ 7. Θερμά λουτρά για θ = 25-40 C 2
Η Γεωθερμία στην Ελλάδα Γεωθερμικό δυναμικό: 700-1.200 MW υψηλής ενθαλπίας, 2.500 MW μέσης και χαμηλής ενθαλπίας Μήλος, δυναμικό 120-200 MW, 5 συνολικά γεωτρήσεις σε βάθους 1.000-1.400 m, 350 t/h μίγμα ρευστών νερού-ατμού, θερμοκρασίας 300-325 ο C στον ταμιευτήρα, 200-220 ο C στην κεφαλή των γεωτρήσεων. Πειραματικός σταθμός 2 MW το 1984. Λειτούργησε μόνο 9 μήνες, διαρροή H 2 S και λάθος χειρισμοί δημιούργησαν αρνητικό κλίμα στους κατοίκους Νίσσυρος, δυναμικό 40 MW, 2 συνολικά γεωτρήσεις 1.800 και 1.500 m, 350 ο C, παραγωγή 23 t/h ~ 3 MW. Προβλέπονται αρχικά 2 μονάδες των 5 MW η κάθε μία Πιθανά πεδία υψηλής ενθαλπίας σε Κίμωλο, Πολύαιγο, Σαντορίνη, Κω, Λέσβο και μέσης ενθαλπίας σε Μέθανα, Σουσάκι, Σαντορίνη, Κω, Λέσβο Έρευνα - Ανάπτυξη Γεωθερμικού Πεδίου Επιφανειακή γεωλογική έρευνα Γεωχημική έρευνα Γεωφυσική ερευνα Αβαθείς γεωτρήσεις για μετρήσεις Βαθειές γεωτρήσεις και δοκιμές παραγωγής Γεωτρύπανο, εκτίμηση δυναμικού, δίκτυο αγωγών και σωληνώσεων, εναλλάκτης θερμότητας, διαβρωτικά γεωθερμικά ρευστά, σωληνωτοί εναλλάκτες, εναλλάκτες πλακών Πολυσύνθετη διαδικασία 3
Εφαρμογές - Δυναμικό Θέρμανση Αγροτικών Θερμοκηπίων Q = (U x A + 0,5V θ x η) Δθ / 100 Q = οι θερμικές απαιτήσεις του θερμοκηπίου σε kw U = ο ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας από την επιφάνεια καλύμματος του θερμοκηπίου σε Watt/m 2o C Α = η επιφάνεια καλύμματος του θερμοκηπίου σε m 2 V θ = ο όγκος του θερμοκηπίου σε m 3 n = ο αριθμός των ανανεώσεων του αέρα του θερμοκηπίου ανά ώρα Δθ = η διαφορά της επιθυμητής θερμοκρασίας του αέρα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του θερμοκηπίου Θέρμανση/Ψύξη κτιρίων Ξήρανση Αγροτικών Προϊόντων Ιχθυοκαλλιέργειες Αφαλάτωση Τεχνικά, Οικονομικά και Περιβαλλοντικά Θέματα Ρύποι (υδρόθειο, αλμόλοιπο) Καθαρισμός Γεωθερμικών Αποβλήτων Διάθεση Γεωθερμικών Αποβλήτων (επαναφορά στον ταμιευτήρα, διάθεση στη θάλασσα ή ποτάμι, χημική επεξεργασία). Περιβαλλοντική μελέτη Αξιοποίηση Γεωθερμικών πεδίων Έρευνα-μελέτη-ανάπτυξη: 7-10 χρόνια Ορθολογική Χρήση της Γεωθερμίας 4
Χρονική εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύος Εγκατεστημένη ισχύς (MW) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Οι πέντε μεγαλύτερες, το 74.6 % της παγκόσμιας το 2009 Italy Mexico Indonesia Philippines US Εγκατεστημένη ισχύς (GW) 0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 12 Κόσμος (GW) 8 4 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Εγκατεστημένη ισχύς το 2009 Χώρα MW (%) US 3086.6 28.8 Philippines 1904.0 17.8 Indonesia 1197.0 11.2 Mexico 958.0 8.9 Italy 843.0 7.9 New Zealand 628.3 5.9 Iceland 575.1 5.4 Japan 536.0 5.0 El Salvador 204.4 1.9 Kenya 167.0 1.6 Costa Rica 166.0 1.5 Nicaragua 87.5 0.8 Χώρα MW (%) Russia (Kamchatka) 82.0 0.8 Turkey 81.6 0.8 Papua New Guinea 56.0 0.5 Guatemala 52.0 0.5 Portugal (The Azores) 29.0 0.3 China 24.0 0.2 France (Guadeloupe) 16.0 0.1 Ethiopia 7.3 0.1 Germany 6.6 0.1 Austria 1.4 0.0 Australia 1.1 0.0 Thailand 0.3 0.0 Argentina 0.0 0.0 5
6