Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Γεωθερµική Ενέργεια Ιωάννης Στεφανάκος Τοµέας Υδατικών Πόρων & Περιβάλλοντος - Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2010
ιάρθρωση παρουσίασης: Γεωθερµική Ενέργεια Εισαγωγή Εφαρµογές της Γεωθερµικής Ενέργειας ΗΓεωθερµία στην Ελλάδα Έρευνα - Ανάπτυξη Γεωθερµικού Πεδίου Εφαρµογές - υναµικό Τεχνικά, ΟικονοµικάκαιΠεριβαλλοντικάΘέµατα Φωτογραφίες και ιαγράµµατα
Εισαγωγή (1) 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 µέροςτηςγήινηςενέργειαςµεταδίδεται προς την ψυχρότερη επιφάνεια µε τηναγωγιµότητα και µε αργό ρυθµότηςτάξηςτων50-100 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
Εισαγωγή (2) Γεωθερµικά ρευστά 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 500-3000m 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 ηµιουργία 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 αντλίεςθερµότητας 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 λουτράγιαθ= 25-40 C *πηγή ΚΑΠΕ
ΗΓεωθερµία 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 ρευστώννερού-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
Εφαρµογές - υναµικό Θέρµανση Αγροτικών Θερµοκηπίων Q = (U x A + 0,5V θ x η) θ / 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 = οόγκοςτουθερµοκηπίου σε m 3 n = ο αριθµός των ανανεώσεων του αέρα του θερµοκηπίου ανά ώρα θ = 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 ιάθεση 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
Χρονική εξέλιξη εγκατεστηµένης ισχύος Κόσµος (GW) Εγκατεστηµένη ισχύς (GW) 12 8 4 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Χρονική εξέλιξη εγκατεστηµένης ισχύος Οι πέντε µεγαλύτερες, το 74.6 % της παγκόσµιας το 2009 Εγκατεστηµένη ισχύς (MW) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Italy Mexico Indonesia Philippines US 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
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
Εγκατεστηµένη Γεωθερµική Ηλεκτρική Ισχύς