Γεωθερµική Ενέργεια και Εφαρµογές Νίκος Ανδρίτσος

Γεωθερµική Ενέργεια και Εφαρµογές Νίκος Ανδρίτσος Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών Βιοµηχανίας, Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Γεωθερµική Ενέργεια Γεωθερµική ενέργεια είναι στην κυριολεξία η θερµότητα που εµπεριέχεται στη γη, είναι τεράστια σε µέγεθος και η οποία δηµιουργεί διάφορα γεωλογικά φαινόµενα. Συνήθως µε τον όρο «γεωθερµική ενέργεια», εννοούµε το τµήµα τηςγήινηςθερµότητας που βρίσκεται αποθηκευµένο µε τηµορφή θερµού νερού ή ατµού σε ευνοϊκές γεωλογικές συνθήκες (< 3 km) Η ενέργεια αυτή βρίσκεται συνήθως περιορισµένη σε µία γεωθερµική περιοχή ή πεδίο (geothermal area ή field) µε συγκεκριµένα επιφανειακά όρια. 2/30

Επιφανειακές εκδηλώσεις της θερµότητας της γης Νυµφόπετρα Θερµοπύλες. Pamukkale Yellowstone National Park 3/30

Επιφανειακές εκδηλώσεις της θερµότητας της γης Οι πλούσιες γεωθερµικά περιοχές κοντά στις ηφαιστειογενείς περιοχές 4/30

Ταξινόµηση Γεωθερµικών Συστηµάτων Γεωθερµική ενέργεια Υδροθερµική ενέργεια Αβαθής γεωθερµία Θερµά ξηρά πετρώµατα Γεωπεπιεσµένη ενέργεια Ενέργεια µάγµατος Μορφές γεωθερµικής ενέργειας κατά σειρά ενδιαφέροντος χρήσεων σήµερα και προοπτικής στο εγγύς µέλος, από αριστερά προς τα δεξιά. 5/30

Κατηγορίες Γεωθερµικών Χρήσεων Παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος (Τ>100ºC) Άµεσες Χρήσεις Γεωθερµικές Αντλίες Θερµότητας 6/30

Άµεσες Χρήσεις Θέρµανση χώρων (κτήρια, κατοικίες, αντιπαγετική προστασία δρόµων κ.α.) Αγροτικές χρήσεις (θερµοκήπια, θέρµανση εδάφους, ξήρανση λαχανικών και φρούτων, καθαρισµός κτηνοτροφικών µονάδων) Υδατοκαλλιέργειες (ιχθυοκαλλιέργειες, σπιρουλίνα κ.α.) Βιοµηχανικές χρήσεις (ανάκτηση CO 2, αφαλάτωση νερού, παραγωγή αποσταγµένου νερού, ανάκτηση πετρελαίου, απόληψη ορυκτών, στην επεξεργασία χαλκού, στο διαχωρισµό χρυσού κ.α.). Λουτροθεραπεία και θέρµανση πισίνων και θεραπευτικών µονάδων. Γεωθερµικές Αντλίες θερµότητας (ΓΑΘ) 7/30

Άµεσες Χρήσεις στον κόσµο το 2005 Αξιοποίηση σε 72 χώρες Εγκατεστηµένη θερµική ισχύς >28500 MWt (>43% από το 2000) Αντιστοιχεί σε >6 εκατ. TIΠ το χρόνο. θέρµανση χώρων (20%*) αγροτικές χρήσεις (8%) υδατοκαλλιέργειες (4%) βιοµηχανικές χρήσεις (4%) λουτροθεραπεία (+ πισίνες) (29%) αντλίες θερµότητας (33%) * ως προς την εγκατεστηµένη ισχύ 8/30

Παραδείγµατα γεωθερµικών χωρών Ισλανδία: 86% των αναγκών σε θέρµανση Ιαπωνία: περισσότερα από 2.000 λουτροθεραπευτικά κέντρα Τυνησία: αύξηση των γεωθερµικών θερµοκηπίων από 100 σε 1000 στρέµµατα µεταξύ 1990 και 2000 Τουρκία: ηεγκατεστηµένη ισχύς από 140 σε 820 MWt (κυρίως τηλεθέρµανση) σε διάστηµα 5 χρόνων. Εκτιµάται για το 2010: 3500 MWt 9/30

Χρήσεις Γεωθερµικών Αντλιών Θερµότητας Κυρίως για θέρµανση-ψύξη Σήµερα > 1.300.000 ΓΑΘ (µέση τιµή 12 kw), αριθµός σχεδόν διπλάσιος από τις µονάδες που αναφέρονται για το 2000 Σπίτια, σχολεία, εµπορικά κέντρα κτλ. Παραγωγή ζεστού νερού χρήσης Θέρµανση θερµοκηπίων, κολυµβητηρίων, αφύγρανση χώµατος και αγροτικών Για τις µεσογειακές χώρες, τα συστήµατα ΓΑΘ αποδεικνύεται ότι είναι περισσότερο οικονοµικά στο κύκλο της ψύξης, µε βελτίωσηκατά40-60% σε σχέση µετιςσυµβατικές αντλίες αέρα-αέρα ήαέρα-νερού. 10/30

Γεωθερµικές Αντλίες Θερµότητας - Τύποι (α) Συστήµατα κλειστού βρόχου (closed loop systems) ήσυστήµατα συζευγµένα µε τουπέδαφος(ground-coupled systems) Στα συστήµατα αυτά ένα δευτερεύον υγρό (νερό + αντιψυκτικό) κυκλοφορεί σε µία διάταξη σωληνώσεων (οριζόντια ή κατακόρυφα µε γεώτρηση) και µεταφέρει θερµότητα από ή προς το έδαφος. Πλεονέκτηµα: ανεξάρτητο από την υδροφορία και την ποιότητα του νερού (β) Συστήµατα ανοικτού βρόχου (openloopsystems) Χρησιµοποιείται νερό από γεωτρήσεις, ποτάµια, θάλασσα, λίµνες, εγκαταλειµµένα ορυχεία κτλ. Προϋποθέτουν επαρκή ποσότητα νερού και δυνατότητα διάθεσης του νερού. Πλεονέκτηµα: αποδοτικότερη µεταφορά θερµότητας (π.χ. για 10 kw, T=5ºC και COP=4 απαιτούνται µόνο 0,5 m 3 /hr) 11/30

Οριζόντια Συστήµατα ΓΑΘ Ηθερµοκρασία του εδάφους µένει σχεδόν αµετάβλητη σε βάθος µεγαλύτερο από 5 m, ενώ και στα 2 m δεν µεταβάλλεται σηµαντικά Σε χαµηλά βάθη, η αποθηκευµένη ενέργεια του εδάφους προέρχεται βασικά από την ηλιακή ακτινοβολία και µόνο ένα µικρό ποσοστό (2-3%) προέρχεται από τη θερµότητα της γης. Κλιµατισµός Kαυστήρας Ενδοδαπέδια θέρµανση ίκτυο οριζόντιων αγωγών Αντλία θερµότητας 12/30

Συστήµατα κλειστού βρόχου - Κατακόρυφα Kαυστήρας Ενδοδαπέδια θέρµανση Αντλία θερµότητας Υπόγειος εναλλάκτης θερµότητας Αποτελούνται συνήθως από ένα ζεύγος σωληνώσεων µικρής διαµέτρου (20-40 mm) από HDPE, πουτοποθετείταισυνήθωςσεµία ή περισσότερες κατακόρυφες γεωτρήσεις. Το ζεύγος των σωληνώσεων είναι συνδεδεµένο µε θερµοκόλληση στο κάτω άκρο σχηµατίζοντας αγωγό σχήµατος U. Βάθος γεωτρήσεων 15-200 m. Η οριζόντια απόσταση µεταξύ των γεωτρήσεων είναι µικρή (4-6 m) Χοντρικά: 12 kw γεώτρηση 100 m 13/30

Κόστος των γεωθερµικών εφαρµογών Αρχικό κόστος υψηλό Οι γεωθερµικές µονάδες απαιτούν υψηλότερο κόστος αρχικής επένδυσης, αλλά το κόστος του «καυσίµου» κοντά στο µηδέν Κόστος επένδυσης: 1.500-5.000 / εγκατεστηµένο kw Εξαρτάται από το µέγεθος, θερµοκρασία, χηµεία Κόστος της ενέργειας στον καταναλωτή 0,03-0,07 / kw 14/30

Γεωθερµικές Εφαρµογές στην Ελλάδα το 2005 Η κυριότερη εφαρµογή στην Ελλάδα η θέρµανση θερµοκηπίων και η θέρµανση του υπεδάφους για την πρωΐµιση σπαραγγιών. Τα τελευταία χρόνια: διεύρυνση στο είδος των γεωθερµικών χρήσεων και ανάπτυξη των ΓΑΘ Χρήση Εγκατεστηµένη ισχύς (MWt) Ετήσια χρήση ενέργειας (TJ/yr = 10 12 J/έτος) Βαθµός λειτουργίας Θέρµανση χώρων 1,2 15 0,37 Θέρµανση θερµοκηπίων 22,2 231 0,33 Ιχθυοκαλλιέργεια 8,9 72 0,25 Ξήρανση αγροτικών προϊόντων 0,3 2 0,20 Λουτροθεραπευτικές µονάδες 36,0 182 0,16 Αφαλάτωση νερού 1,8 23 0,40 Άλλες χρήσεις 0,4 4 0,32 Γεωθερµικές αντλίες θερµ. 4,0 39 0,31 ΣΥΝΟΛΟ 74,8 568 0,25 Περίπου 40% αύξηση σε σχέση µε το 1999. 15/30

Αγροτικές Χρήσεις: (α) θέρµανση θερµοκηπίων Τελευταία δεκαετία: περίπου σταθερότητα ή ελαφρά µείωση Έχουν κλείσει όλα τα συνεταιριστικά θερµοκήπια Θερµοκήπια: Ν. Θεσσαλονίκης: Λαγκαδάς, Ν. Απολλωνία Ν. Σερρών: Νιγρίτα, Σιδηρόκαστρο Ν. Λέσβου: Πολιχνίτος Μήλος Καλυπτόµενη επιφάνεια: ~ 200 στρέµµατα Τα περισσότερα µε νερά<50ºc 16/30

Αγροτικές Χρήσεις: (α) θέρµανση θερµοκηπίων «Σακούλες» PΕ (Νιγρίτα, Ν. Απολλωνία) Σωλήνες PP µε πτυχώσειςή PE απλό Μεταλλικοί αγωγοί µε πτερύγια 17/30

Αγροτικές Χρήσεις: (β) θέρµανση εδάφους Θέρµανση εδάφους επιτυγχάνεται µε: Με τη θέρµανση του εδάφους µε πλαστικούς αγωγούς (κυρίως PP µε πτυχώσεις) Θέρµανση εδάφους για πρωΐµιση σπαραγγιών: Νυµφόπετρα Θεσ. και Ν. Εράσµιο Ξάνθης Καλυπτόµενη επιφάνεια: ~ 120 στρέµµατα Μεγάλα περιθώρια ανάπτυξης µε ενίσχυση του αγροτικού εισοδήµατος 18/30

Αγροτικές Χρήσεις: (β) θέρµανση εδάφους 19/30

Αγροτικές Χρήσεις: (γ) Ξήρανση αγροτικών προϊόντων Μονάδα αφυδάτωσης βιοµηχανικής ντοµάτας στο Νέο Εράσµιο Ξάνθης (αλλά και άλλων προϊόντων όπως πιπεριάς) Γεωθερµικό νερό: 61 C Θερµοκρασία αέρα ξήρανσης: 55 C Μέχρι τώρα >30 τόνοι «λιαστής ντοµάτας» (2006, >12 tn) Έξοδος αέρα ξήρανσης Είσοδος δίσκων 20/30

Αγροτικές Χρήσεις: (δ) Υδατοκαλλιέργειες Καλλιέργεια σπιρουλίνας µε ταυτόχρονη ανάκτηση και χρήση του CO 2 στη Νιγρίτα ύο µονάδες για αντιπαγετική προστασία και θέρµανση τεχνητών λιµνών για ιχθυοκαλλιέργεια στο Πόρτο-Λάγος και στο Ν. Εράσµιο Ξάνθης - Αύξηση της έκτασης των τεχνητών λιµνών στο Πόρτο Λάγος. - Μελέτη για Ν. Ροδόπης - ιασφάλιση του προϊόντος 21/30

Θέρµανση χώρων Ελάχιστες εφαρµογές Θέρµανση συγκροτήµατος των Λουτρών και του ξενοδοχείου στην Τραϊανούπολη Έβρου (περίπου 2000 m 2 ), ξενοδοχείο στη Μήλο Μικροί χώροι σε Ν. Απολλωνία, Ν. Εράσµιο και Μήλο. Σχολείο στις Θέρµες Ξάνθης Η µονάδα της Ν. Απολλωνίας περιµένει το φορέα λειτουργίας 22/30

Λουτροθεραπεία και Πισίνες Περισσότερες από 700 θερµές πηγές στην Ελλάδα 52 θεραπευτικάκέντραστηνελλάδα Στασιµότητα τα τελευταία χρόνια, αν και γίνεται προσπάθεια για ανακαίνιση και αναβάθµιση των υπηρεσιών (Αιδηψός, Καµένα Βούρλα, Σιδηρόκαστρο, Ν. Απολλωνία κτλ.) εν υπάρχει τεκµηρίωση της ενεργειακής χρήσης 23/30

Χρήσεις Γεωθερµικών Αντλιών Θερµότητας Λίγες σχετικά οι µεγάλες εφαρµογές ( ηµαρχείο Πυλαίας, Κτίριο Ε.Μ.Π., Εµπορικά κτίρια) >50 µεµονωµένες οικίες σε όλη την Ελλάδα Αρκετά σχέδια σε εξέλιξη ή σε σχεδιασµό υνατότητα σε µη αστικά κέντρα σε όλη την Ελλάδα Υποδαπέδια θέρµανση Αντλία θερµότητας Υπόγειος εναλλάκτης θερµότητας 24/30

Εφαρµογή ΓΑΘ : Μονοκατοικία στο Αγγελοχώρι 25/30

Νοµοθεσία Νόµος 3175/2003 (Αρ. ΦΕΚ 207Α /29.8.2003) Κύριες διατάξεις: ΗΓ/θ. ενέργεια χαρακτηρίζεται ανανεώσιµη πηγήενέργειας Για την αξιοποίηση του γεωθερµικού δυναµικού (Γ..) χρησιµοποιούνται οι διατάξεις του Μεταλλευτικού Κώδικα (Ν.. 210/73). Γιαταγ/θ πεδία χαµηλής θερµοκρασίας (25-90 C) η αρµοδιότητα ανήκει στις Περιφέρειες, ενώ για τα πεδία µε Τ> 90 C αρµόδιο είναι το Υπουργείο Ανάπτυξης. Εισάγεται ο όρος της διαχείρισης του γεωθερµικού πεδίου. Με υπουργική απόφαση (1595/2004) καθορίζεται η διαδικασία αδειοδότησης για τις εγκαταστάσεις γεωθερµικών αντλιών θερµότητας από τις Νοµαρχίες. 26/30

Συµπεράσµατα και Προοπτικές Η χώρα µας έχει πλούσιο γεωθερµικό δυναµικό Το επίπεδο αξιοποίησης της γεωθερµίας σήµερα είναι απογοητευτικό. Ηλεκτροπαραγωγή: Επιτακτική η επιτυχής λειτουργία µικρών µονάδων µε δυαδικό κύκλο Άµεσες Χρήσεις: Σηµαντικά περιθώρια επέκτασης των χρήσεων στις πολλές γ/θ περιοχές χαµηλής ενθαλπίας Προώθηση των ΓΑΘ θα µπορούσε να γίνει µε συνδυασµό ενηµέρωσης και κινήτρων 27/30

Η Γεωθερµική ενέργεια στην Ε.Ε. (. (Άµεσες Χρήσεις) Λευκή Βίβλος Πραγµατική τάση Ανάπτυξη των άµεσων χρήσεων στην Ε.Ε. και σύγκριση προβλέψεων µε τις απαιτήσεις της «Λευκής Βίβλου». Η αναµενόµενη υπερκάλυψη των στόχων που έχουν τεθεί οφείλεται στην ανάπτυξη των γεωθερµικών αντλιών θερµότητας. 28/30

Ευχαριστώ για την προσοχή σας! 29/30 Ας αναπτύξουµε τις τοπικές µορφές ενέργειας