ΤΟΜΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΧΑΜΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ Θέρμανση θερμοκηπίων + CO 2 Θέρμανση θερμοκηπίων μανιταριών Θέρμανση φυτειών χαμηλής κάλυψης (σπαράγγια, κηπευτικά κ.λπ.) Αντιπαγετική προστασία σε δενδρώδεις καλλιέργειες Αντιπαγετική προστασία αλλά και καλλιέργεια ιχθυοπαραγωγικών και ιχθυογενετικών μονάδων Καλλιέργεια φυκιών υψηλής διατροφικής αξίας, αλλά και ελαιούχων για παραγωγή βιοκαυσίμων + CO2 Θέρμανση κλιματισμό σταβλικών εγκαταστάσεων και ορνιθοτροφείων Ξήρανση αφυδάτωση αγροτικών προϊόντων Ξήρανση και παραγωγή βιοαιθανόλης και βιοκαυσίμων Χρήση αντλιών θερμότητας στην θέρμανση θερμοκηπίων
Θερμοκρασίες που απαιτούνται για διάφορες αγροτικές διεργασίες και περιοχές θερμοκρασίας σε υπάρχουσες γεωθερμικές εφαρμογές σε Ελλάδα και Η.Π.Α. Διεργασία Θερμοκρασία, C Θερμ. χρήσεων στην Ελλάδα, C Θερμ. χρήσεων σε Η.Π.Α., C Ξήρανση δημητριακών 40-80 Ξήρανση λαχανικών & καρπών 60-135 55-70 80-150 Θέρμανση θερμοκηπίων 40-130 38-90 35-100 Θέρμανση χώματος 25-40 35-55 Υπεδάφια θέρμανση ποιμνιοστασίων 25-60 Υδατοκαλλιέργεια 15-35 25-40 15-90 Καλλιέργεια μανιταριών 20-60 107 Συντήρηση τροφίμων 90-150 Επεξεργασία γάλακτος 70-120 110
Γεωθερμικό δυναμικό Q = Ενέργεια σε Joule m = μάζα σε (Kgr) Q = mcδτ C = Ειδική θερμότητα νερού (Joule/Kgr 0 C) ΔΤ = Ωφέλιμη διαφορά θερμοκρασίας ( 0 C) Γεωθερμικό δυναμικό της Β. Ελλάδας Από υπάρχουσες γεωτρήσεις στη Βόρεια Ελλάδα: Q (παροχή) >2500m 3 /h, ΔΤ(ωφέλιμη διαφορά θερμοκρασίας)=40 ο C=> >100MWth (παραγόμενο θερμοενεργειακό φορτίο) (~90.000 T.I.Π./έτος, 1 Τ.Ι.Π= 42GJ) (ΤΙΠ=τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου)
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Ενδεικτικές εφαρμογές Θερμοκήπια και θέρμανση εδάφους Ο χώρος ενός θερμοκηπίου μπορεί να θερμανθεί με τους παρακάτω τρόπους ανάλογα με τη θερμοκρασία και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του ρευστού: Με θέρμανση του χώρου, του εδάφους ή/και των ριζών των φυτών με επιδαπέδιους σωλήνες με σωλήνες που είναι τοποθετημένοι μέσα στο χώμα ή με εναέριους σωλήνες,
Θέρμανση με επιδαπέδια συστήματα Ιδανικές θερμοκρασίες για τη μέγιστη ανάπτυξη των φυτών Ποσοστό πιθανής ανάπτυξης
Θερμοκήπια και θέρμανση εδάφους Από τους σωλήνες αυτούς διέρχεται, είτε απευθείας το γεωθερμικό ρευστό (εάν το επιτρέπει ο χημισμός του), είτε το νερό λειτουργίας, το οποίο θερμαίνεται από γεωθερμικά ρευστά και χρησιμοποιείται με τους εξής τρόπους: Με τη θέρμανση του αέρα του θερμοκηπίου με εναλλάκτη αέρα γεωθερμικού νερού ή νερού λειτουργίας. Ο θερμός αέρας διοχετεύεται σε όλο το θερμοκήπιο, συνήθως με διάτρητο πλαστικό αγωγό Βασικό μειονέκτημα της μεθόδου είναι η ανομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας μέσα στο θερμοκήπιο, με τη θερμοκρασία να είναι υψηλότερη στο ανώτερο μέρος του, δηλαδή μακριά από τα φυτά. Με τοποθέτηση θερμαντικών σωμάτων στα πλευρικά τοιχώματα του θερμοκηπίου. Με ψεκασμό της οροφής του θερμοκηπίου με γεωθερμικό υγρό ή διέλευση υγρού στα διπλά τοιχώματα της οροφής (κυρίως για αντιπαγετική προστασία). Χρησιμοποιούνται σπάνια και μόνο με γεωθερμικά νερά με πολύ χαμηλή αλατότητα. Με συνδυασμό των προηγούμενων τρόπων.
Θερμαντικές ανάγκες ενός θερμοκηπίου (για τυπικές τιμές της ειδικής θερμότητας και της πυκνότητας του αέρα) q= (U A +0,3 n V)(T i T 0 ) U=Ο ολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας για διάφορα υλικά κάλυψης (W/m 2 K) A= Η συνολική επιφάνεια του υλικού κάλυψης V= Ο όγκος του θερμοκηπίου n=αριθμός εναλλαγών του αέρα (1/h) Τ i = Η επιθυμητή θερμοκρασία του θερμοκηπίου T 0 = Η εξωτερική θερμοκρασία Υλικό U, W/m 2 Κ Απλό γυαλί 6-8 Απλό πλαστικό ΡΕ 6-8 ιπλό πλαστικό ΡΕ 3-5 ιπλό γυαλί και θερμοκουρτίνα 2,5-4 ιπλό πλαστικό και θερμοκουρτίνα 2-3 Με την παρακάτω εξίσωση μπορεί να υπολογιστεί η απαιτούμενη παροχή (m) για την ικανοποίηση της θερμαντικής ανάγκης του (q) του θερμοκηπίου q= m ΔT c p
Παράδειγμα Να υπολογιστούν οι θερμαντικές ανάγκες ενός θερμοκηπίου σχήματος ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου με διαστάσεις: μήκος 100 m, πλάτος 40 m και ύψος 5 m. Το θερμοκήπιο είναι καλυμμένο με διπλό φύλλο ΡΕ, γίνεται (n = 1) μία εναλλαγή αέρα την ώρα και (ΔΤ) η θερμοκρασιακή διαφορά εκτιμάται σε 15 C. Η συνολική επιφάνεια των τοιχωμάτων του θερμοκηπίου είναι Α=5400 m 2 και ο όγκος του V=20000 m 3. Επειδή η κάλυψη γίνεται με διπλό πλαστικό φύλλο, επιλέγεται U=4 W/m 2 K. Από την εξίσωση q= (U A +0,3 n V)(T i T 0 ) υπολογίζεται: q=(4 5400 + 0,3 1 20000)(15)=414kW ή 104kW/στρέμμα Η θερμότητα αυτή μπορεί να καλυφτεί από την παρακάτω παροχή γεωθερμικού νερού, όταν η θερμοκρασία του μειώνεται κατά 10 C (π.χ. από 60 C στους 50 C). m=q(δtxc p ) = 414000/(10x4180) = 10kg/s ή 2,5 (kg/s)/στρέμμα {9(m 3 /h)/στρέμμα} Αλατότητα (g NaCI/L) Ειδική θερμότητα νερού Θερμοκρασία ( C) 20 40 60 80 100 120 0 4,178 4,175 4,180 4,193 4,212 4,241 10 4,121 4,121 4,130 4,142 4,159 4,184 20 4,067 4,071 4,080 4,092 4,109 4,134 30 4,017 4,025 4,034 4,046 4,063 4,084 40 3,967 3,979 3,988 4,000 4,013 4,038 50 3,917 3,933 3,942 3,954 3,967 3,988 100 3,699 3,720 3,733 3,741 3,754 3,770
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Ενδεικτικές εφαρμογές Θερμοκήπια και θέρμανση εδάφους Γεωθερμικά Θερμοκήπια: Ν. Θεσσαλονίκης: Λαγκαδάς, Ν. Απολλωνία Ν. Σερρών: Νιγρίτα, Σιδηρόκαστρο Ν. Λέσβου: Πολιχνίτος, Γέρας Μήλος Καλυπτόμενη επιφάνεια: ~ 240 στρέμματα Λαχανικά, λουλούδια, φυτά σε γλάστρες Τα περισσότερα με νερά < 50 0 C
Θερμοκήπια και θέρμανση εδάφους Θέρμανση εδάφους για πρωΐμιση σπαραγγιών: Νυμφόπετρα Θεσσαλονίκης Ν. Εράσμιο Ξάνθης Μυρωδάτο Ξάνθης Χρυσούπολη Καβάλας (με ανοικτό σύστημα γ/θ αντλιών Θερμότητας) Καλυπτόμενη επιφάνεια: ~ 200 στρέμματα Μεγάλα περιθώρια ανάπτυξης με ενίσχυση του αγροτικού εισοδήματος
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Ενδεικτικές εφαρμογές Θερμοκήπια και θέρμανση εδάφους Υαλόφρακτη Θερμοκηπιακή Μονάδα 100 στρεμμάτων υδροπονική βιολογική καλλιέργεια, γεωθερμική ενέργεια Ετήσια παραγωγή: 6.000 τόνοι ντομάτα Ετήσια ανάγκη θέρμανσης: 30.000 MWh Εργαζόμενοι: 60 Αποφυγή καύσης: 4 εκ. λίτρα πετρέλαιο θέρμανσης
Σενάριο αξιοποίησης γ/θ ρευστών χαμηλής θερμοκρασίας στο γ/θ πεδίο Ερατεινού Χρυσούπολης 300 m 3 /h 70 o C ΔΤ=40 ο C 1000 m 3 /h 70 o C ΔΤ=40 ο C Έχουμε στη διάθεση μας ένα ενεργειακό σύστημα ισχύος: 14 MW t 46 MW t Που μπορεί να προσφέρει: 12.000.000 kcal/h 40.000.000 kcal/h Ένα στρέμμα θερμοκηπίου χρειάζεται 150.000 kcal/h Έτσι μπορούμε να θερμάνουμε: 80 στρέμματα 265 στρέμματα Η εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων είναι: 1,5 τόνοι/h 5 τόνοι/h Στη διάρκεια ενός έτους με συντελεστή χρήσης 80% Μπορούμε να εξοικονομήσουμε: 10.500 τόνοι/έτος 35.000 τόνοι/έτος Αξία ενεργειακού προϊόντος: 9.500.000 /έτος 32.000.000 /έτος ΠΟΛΥ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ είναι η προστιθέμενη αξία από την επιχειρηματική δραστηριότητα και την αξιοποίηση της Γ/Θ ενέργειας σε αγροτικούς, αγροτοβιομηχανικούς, ιχθυοκαλλιεργητικούς τομείς.
Ενδεικτικές εφαρμογές Ξήρανση αγροτικών προϊόντων Ένα από τα πλεονεκτήματα της χρήσης των γεωθερμικών ρευστών στην ξήρανση των αγροτικών προϊόντων αποτελεί το γεγονός ότι τα ξηραντήρια λειτουργούν συνήθως τους θερμούς μήνες, Η ξήρανση ή αφυδάτωση των προϊόντων επιτυγχάνεται, είτε σε θαλάμους με κυλιόμενες ταινίες, είτε σε πύργους ξήρανσης. Και με τους δύο παραπάνω τρόπους η ξήρανση επιτελείται σε συνεχή βάση, ενώ έχουν λειτουργήσει και θάλαμοι ξήρανσης προϊόντων σε «παρτίδες».
Ενδεικτικές εφαρμογές Ξήρανση αγροτικών προϊόντων Αγροτικά προϊόντα που αφυδατώνονται με τη χρήση γεωθερμικών ρευστών είναι κρεμμύδια, σκόρδα, μήλα, αχλάδια, μπανάνες, μάγκο, ανανάς, μηδική, φύκια, ξυλεία κτλ. Από στοιχεία έρευνας της αγοράς, ένα σύγχρονο ξηραντήριο καλαμποκιού δυναμικότητας 30 τόνων/ώρα καταναλώνει θερμική ενέργεια που παράγεται από 400 λίτρα πετρελαίου. Η ποσότητα αυτή των καυσίμων κοστίζει περίπου 180.000 το χρόνο. Θα μπορούσαν να αντικατασταθούν όλα αυτά τα καύσιμα με χρήση γεωθερμικών ρευστών 70 100 C, με μικρή τροποποίηση των υπαρχόντων ξηραντηρίων ή με κατάλληλο σχεδιασμό νέων μονάδων.
Αγροτο βιομηχανικές εφαρμογές της γεωθερμίας. Αφυδάτωση Ξήρανση λαχανικών στη Νεβάδα (ΗΠΑ) : 75 εργαζόμενοι, μία γεώτρηση των 132 C, πραγματοποιεί 113 τον./ημέρα αφυδατωμένων κρεμμυδιών (Μάιος Οκτώβριος), σέλινου το Μάρτιο Απρίλιο και καρότων το Νοέμβριο Ιανουάριο
Γεωθερμική ξήρανση αφυδάτωση στην Ελλάδα Πιλοτική μονάδα προ ξήρανσης βαμβακιού που λειτούργησε στη Ν. Κεσσάνη 1990 1991 Εναλλάκτης νερού/αέρα Παροχή νερού: 4 m 3 /h Θερμ. νερού εισ./εξ. : 70/40 C Πύργος Ξήρανσης Εισαγωγή προϊόντος Παροχή αέρα: 1300 m 3 /h Εναλλάκτης Θερμ. αέρα εισ./εξ. : 25 /55 C Τροφοδοσία βαμβακιού: 100 kg/h Υγρασία βαμβακιού, έξοδος: < 7% Μονάδα γεωθερμικής ξήρανσης ντομάτας στο Ν. Εράσμιο
Υδατοκαλλιέργειες Η ανάπτυξη των περισσότερων ψαριών (χέλια, λαβράκια, τσιπούρες, γατόψαρα κ.ά.), των θαλάσσιων μαλακόστρακων (π.χ. γαρίδες) και ερπετών με εμπορική αξία (π.χ. αλιγάτορες) είναι πολύ μεγαλύτερη σε θερμοκρασίες νερού 20 30 C, Ποσοστό ανάπτυξης στη βέλτιστη θερμοκρασία Ιδανικές θερμοκρασίες ανάπτυξης ορισμένων ζώων και ψαριών Η γεωθερμία μπορεί να προσφέρει, και ήδη προσφέρει, με οικονομικό τρόπο τη θέρμανση του νερού σε υδατοκαλλιέργειες συγκεκριμένων ειδών. Η θέρμανση πραγματοποιείται είτε άμεσα, με την απευθείας εισαγωγή του γεωθερμικού νερού στις δεξαμενές ή λιμνούλες ανάπτυξης, είτε έμμεσα, ύστερα από τη θέρμανση γλυκού ή θαλασσινού νερό. Για την άμεση χρήση του γεωθερμικού νερού απαιτείται να μην υπάρχουν τοξικά συστατικά στο νερό (π.χ. βαρέα μέταλλα, υδρόθειο, αρσενικό κλπ.).
Υδατοκαλλιέργειες: Σπιρουλίνα στη Νιγρίτα Σερρών Ιχθυοκαλλιέργειες αντιπαγετική προστασία στο Πόρτο Λάγος
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Ενδεικτικές εφαρμογές Αξιοποίηση χημικών συστατικών των ρευστών/ και άλλες χρήσεις Τα γεωθερμικά ρευστά δεν περιέχουν μόνο θερμότητα, αλλά αρκετές φορές περιέχουν και αξιοποιήσιμες διαλυμένες ουσίες, στερεές ή αέριες. Στοιχεία που θεωρητικά θα μπορούσαν να ανακτηθούν είναι ο χρυσός, ο λευκόχρυσος, το μαγνήσιο, το αντιμόνιο, το βόριο, το στρόντιο κλπ. Στο Μεξικό ανακτάται κάλιο και μαγνήσιο από γεωθερμικά ρευστά, ενώ εδώ και 200 χρόνια λαμβάνουν βορικό οξύ στο Larderello της Ιταλίας με εξάτμιση των νερών. Στην Ισλανδία λειτουργεί επίσης μονάδα ανάκτησης διαφόρων αλάτων. Από τα αέρια που βρίσκονται στα γεωθερμικά ρευστά, το μόνο που μπορεί να τύχει εκμετάλλευσης είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CΟ 2 ).
Ανάκτηση διοξειδίου του άνθρακα To CΟ 2 που υπάρχει σε πολλά γεωθερμικά πεδία, μπορεί κάλλιστα να δεσμευτεί στις επιφανειακές εγκαταστάσεις και να αξιοποιηθεί ως εμπορικό παραπροϊόν. Για παράδειγμα στο Kizildere της Τουρκίας, παράλληλα με την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος ανακτώνται και μεγάλες ποσότητες του αερίου αυτού για τις ανάγκες της βιομηχανίας αναψυκτικών, ενώ η Ισλανδία καλύπτει όλες τις ανάγκες της σε CO 2 από γεωθερμικά ρευστά. Μικρές ή μεγαλύτερες μονάδες ανάκτησης του CO 2 υπάρχουν επίσης στην Κένυα, τις Η.Π.Α., τη Ν. Ζηλανδία και το Ταϊβάν. To C0 2 χρησιμοποιείται ως πυροσβεστικό μέσο, στη συντήρηση τροφών, ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία, ως μέσο για τη δευτερογενή εξόρυξη πετρελαίου και αλλού. Χρήση σε θερμοκήπια Η εισαγωγή CO 2 στα θερμοκήπια στοχεύει στην αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης των διαφόρων φυτών (λαχανικών, λουλουδιών), όπως φαίνεται και από τη βασική αντίδραση της διεργασίας φωτοσύνθεσης.
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Αφαλάτωση Νερού Το πρόβλημα της επάρκειας γλυκού νερού Αλόγιστη χρήση Ανάγκη αφαλάτωσης, αυτή πραγματοποιείται με τους παρακάτω τρόπους: Με απευθείας συμπύκνωση γεωθερμικού ατμού. Μπορεί να εφαρμοσθεί στα γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας της Μήλου και της Νισύρου. Με εξάτμιση θαλασσινού νερού σε συνθήκες μερικού κενού. Ενδεικτικές εφαρμογές Με τη μέθοδο της αντίστροφης ώσμωσης με χρήση ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τη γεωθερμία. Η αφαλάτωση του θαλασσινού ή υφάλμυρου νερού έχει καταστεί απόλυτα αναγκαία σε πολλές νησιώτικες και παραθαλάσσιες περιοχές της χώρα μας, ιδίως κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Ήδη, η αφαλάτωση εφαρμόζεται σε πολλά νησιά και ξενοδοχειακές μονάδες με τη μέθοδο της αντίστροφης ώσμωσης με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας, της οποίας το κόστος παραγωγής στα νησιά είναι ιδιαίτερα υψηλό. Συγχρόνως, ορισμένες μεγάλες βιομηχανίες εφαρμόζουν τη θερμική αφαλάτωση του θαλασσινού νερού.
Αφαλάτωση νερού Στην Κίμωλο Χρησιμοποιείται η μέθοδος της εξάτμισης πολλαπλού φαινομένου (Multiple Effect Distillation, MED) Η μονάδα, που κατασκευάστηκε κατά την περίοδο 1998 99, χρησιμοποιεί γεωθερμικό νερό χαμηλής ενθαλπίας (61 C) για τη θέρμανση του νερού τροφοδοσίας. Κατά τη δοκιμαστική περίοδο λειτουργίας της μονάδας παράγονταν 3,2 m 3 /h αφαλατωμένου νερού άριστης ποιότητας με τη χρήση 50 m 3 /h γεωθερμικού νερού.
Γεωθερμία χαμηλής και μέσης ενθαλπίας Ενδεικτικές εφαρμογές Διάφορες άλλες Χρήσεις Υπάρχει μια πληθώρα άλλων σημαντικών εφαρμογών της γεωθερμίας, λιγότερο ή περισσότερο γνωστών. Μερικές από τις χρήσεις αυτές είναι: Λουτροθεραπεία και θέρμανση πισίνων και θεραπευτικών μονάδων. Πλύσιμο και διαύγαση ινών. Έχει εφαρμοσθεί στη Ν. Ζηλανδία. Παραγωγή αποσταγμένου νερού στη Ν. Ζηλανδία.
Λουτροθεραπεία Περισσότερες από 700 θερμές πηγές στην Ελλάδα 56 θεραπευτικά κέντρα στην Ελλάδα, με συνολική παροχή νερού >1000 kg/s και θερμοκρασίες νερών 18 90 C. Προσπάθεια για ανακαίνιση και αναβάθμιση των υπηρεσιών (Αιδηψός, Αριδαία, Καμένα Βούρλα, Πλατύστομο, Σιδηρόκαστρο, Ν. Απολλωνία κτλ.) Δεν υπάρχει τεκμηρίωση της ενεργειακής χρήσης
Μαγείρεμα στο χώμα Στη Μήλο Το μαγείρεμα γίνεται με την τοποθέτηση πήλινων δοχείων με κρέας και λαχανικά για ικανό χρονικό διάστημα (5 ώρες) σε βάθος περίπου 20 cm σε ένα πολύ θερμό τμήμα (επιφάνειας περίπου 2 m 2 ) της αμμώδους ακτής στο Παλιοχώρι της Μήλου Το τμήμα αυτό θερμαίνεται κοντά τους 100 C από την ανάδυση ατμών.
Συνδυαστικές εφαρμογές: Γεωθερμική ηλεκτροπαραγωγική μονάδα στο Svarstengi (Ισλανδία) & μονάδα λουτροθεραπείας Blue Lagoon
Μερικές τυπικές άμεσες χρήσεις της γεωθερμίας ΧΩΡΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΧΟΛΙΑ Ιαπωνία Ξήρανση ρυζιού 1800 kg ρυζιού / ημέρα Ουγγαρία Θέρμανση και καθαρισμός κτηνοτροφικών μονάδων Χρησιμοποιούνται 25 γεωτρήσεις, με ισχύ 8 MWt ίσλανδία Ξήρανση φυκιών Νερό 100 C Ν. Ζηλανδία Πλύσιμο και ξήρανση ξυλείας. Λειτουργία κλιβάνου. Και σε άλλες χώρες (Ισλανδία) Ν. Ζηλανδία Θέρμανση κτηρίων και Νερό 120 Θσε εναλλάκτες (Wairakei) θερμοκηπίων αυλών και κελύφους Η. Π. A. (Καλιφόρνια) Παραγωγή ξηρού πάγου CO2 Περιοχή Salton Sea Φιλιππίνες Ξήρανση σιτηρών. Γεωθερμικός ατμός θερμαίνει ξηραντήριο περιστρεφόμενου κλιβάνου Φιλιππίνες Απόληψη άλατος από θαλασσινό νερό Αλάτι τριών ποιοτήτων Ιταλία (Larderello) Ανάκτηση βορικού οξέος Χρήση 30 ton/h ατμού Μεξικό Η.Π.Α. Καλλιέργεια μανιταριών Χρήση 2 ton/h νερού 130 C, και 56 ton/h νερού 103 C, αντίστοιχα Σλοβακία Ιχθυοκαλλιέργεια χελιών Νερό 42 C, χρήση εναλλάκτη Ιαπωνία Απόσταξη και ζυθοποιία Μικρή μονάδα ιάφοοες χώρες Πλύσιμο και ξήρανση μαλλιού
Συνδυαστικές εφαρμογές: Διαδοχική αξιοποίηση ρευστών χαμηλής ενθαλπίας
Θέρμανση χώρων Οι τελικές συσκευές που χρησιμοποιούνται στα γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης χώρων είναι ακριβώς ίδιες με τις συσκευές που χρησιμοποιούνται με άλλα συστήματα θέρμανσης, όπως φυσικό αέριο και πετρέλαιο. Η θέρμανση των χώρων στα κτήρια επιτελείται με τη διέλευση του γεωθερμικού νερού μέσω των εναλλακτών θερμότητας αέρα υγρού, Χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι τέτοιων εναλλακτών Οι κυριότεροι των οποίων είναι: (α) οι εναλλάκτες που λειτουργούν με ροή αέρα (εξαναγκασμένη συναγωγή), (β) οι εναλλάκτες που λειτουργούν με φυσική συναγωγή, και (γ) οι εναλλάκτες που λειτουργούν με ακτινοβολία (σωλήνες τοποθετημένοι στο πάτωμα, σε τοίχους ή στην οροφή).
Θέρμανση χώρων Τραϊανούπολη
Θέρμανση χώρων Θέρμανση ξενοδοχείο στον Αδάμαντα Μήλου (Τ=59 C) Τ
Το πρώτο γεωθερμικό σύστημα τηλεθέρμανσης στις ΗΠΑ
Χρήση γεωθερμικής ενέργειας Στην Ισλανδία το 89% των αναγκών για θέρμανση καλύπτεται από τη γεωθερμία
Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας (ΓΑΘ) Aντλία θερμότητας είναι μία συσκευή που έχει την ικανότητα να μεταφέρει θερμότητα από ένα μέσο με χαμηλή θερμοκρασία σε ένα άλλο μέσο με υψηλότερη θερμοκρασία. Η σωστή λειτουργία της αντλίας θερμότητας (στην περίπτωση που μας ενδιαφέρει η θερμική ικανότητα της συσκευής) εκφράζεται από το συντελεστή απόδοσης ή επιτευξιμότητας (COP, coefficient of performance), ο οποίος ορίζεται από την ακόλουθη σχέση: Ο συντελεστής COP κυμαίνεται από 1,5 μέχρι και περισσότερο από 6 και, προφανώς, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του, τόσο περισσότερο οικονομική γίνεται η χρήση της αντλίας.
Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας (ΓΑΘ)
Η χρήση των ΓΑΘ στον αγροτικό τομέα α) Θερμοκήπια. Σε διάφορα έργα έχει δειχθεί ότι με τη χρήση ΓΑΘ το κόστος θέρμανσης (σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα) μειώνεται περίπου στο μισό. Αυτό αναμένεται να συμβαίνει σε πολλές περιοχές της χώρας μας, που διακρίνονται για το ήπιο σχετικά κλίμα και την ύπαρξη ζεστών νερών, σε συνδυασμό με τη χαμηλή τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας για τις αγροτικές εργασίες. Μία χοντρική εκτίμηση της καταλληλότητας των ΓΑΘ δίνεται παρακάτω. Παράδειγμα: Σε αγροτική περιοχή της χώρας υπάρχει γεώτρηση με τα εξής δεδομένα: διαθέσιμη παροχή νερού 20 m 3 /h και θερμοκρασία νερού 25 C γεωθερμική αντλία θερμότητας που λειτουργεί με μέσο COP=4 Αν υποτεθεί ότι το νερό μετά την ανάκτηση μέρους της θερμότητάς του εξέρχεται από τη ΓΑΘ σε θερμοκρασία 20 C (δηλαδή Δt=5 C), Τότε η ισχύς της μονάδας υπολογίζεται σε 116 kw, με την ισχύ του συμπιεστή να είναι 39 kwe. Συνεπώς, η ΓΑΘ θα αποδίδει προσεγγιστικά 155 kw, ποσό που μπορεί άνετα να καλύψει πλήρως τις ανάγκες θερμοκηπίου ενός στρέμματος, ακόμη και σε δύσκολες καιρικές συνθήκες.
Η χρήση των ΓΑΘ στον αγροτικό τομέα (β) Καλλιέργεια μανιταριών. Στη περίπτωση αυτή, οι ΓΑΘ υποβοηθούν το σύστημα θέρμανσης ή κλιματισμού των αιθουσών όπου αναπτύσσονται τα μανιτάρια. (γ) Θέρμανση εδάφους. Έχει καταγραφεί η χρήση ΓΑΘ στην απομάκρυνση μέρους της υγρασίας χώματος που χρησιμοποιείται σε γλάστρες. Με την εμπειρία που έχει αποκτηθεί στη χώρα μας στην πρωΐμιση σπαραγγιών, πιστεύεται επίσης ότι η θέρμανση του εδάφους με ΓΑΘ για τέτοιους σκοπούς είναι οικονομικά εφικτή. (δ) Ξήρανση αγροτικών προϊόντων. Οι ΓΑΘ μπορούν να θερμάνουν αέρα σε θερμοκρασία 35 45 C, θερμοκρασία κατάλληλη για ξήρανση σειράς προϊόντων, όπως ρυζιού, σόγιας, καρπών, ξυλείας, ακόμη και λαχανικών. Μάλιστα, η ξήρανση αγροτικών προϊόντων σε ήπιες θερμοκρασίες βελτιώνει σημαντικά την ποιότητα του αποξηραμένου προϊόντος.
Κόστος θέρμανσης με πετρέλαιο 720 kwh : 172.000 το χρόνο Κόστος θέρμανσης και των δυο θερμοκηπίων με αντλίες θερμότητας : 16.500/χρόνο Οι αρδευτικές γεωτρήσεις υπάρχουν και είναι αδρανείς σε όλη τη διάρκεια του χειμώνα. Μόνο επί πλέον κόστος η αγορά των δυο αντλιών θερμότητας
Παράδειγμα: θέρμανση θερμοκηπίου 4 στρεμμάτων με ΓΑΘ Παροχή νερού: 30 m 3 /h / Θερμοκρασία : 18 C Δt= 10 C / COP = 1:4 / Ισχύς 360 kw Κόστος θέρμανσης Κόστος θέρμανσης με ΓΑΘ: 90 kwe x 2000h x 1,2 = 216.000kWh 216.000 x 0,04141= 8.945/ έτος Κόστος άντλησης νερού: 17kW x 2000h= 34000 kwh 34000x 0,04141 = 1.408/ έτος Κόστος θέρμανσης με πετρέλαιο: 360kW x 2000h = 720.000 kwh th 720.000kW th / 10 kg πετρελαίου= 72000kg πετρέλαιο=85594 lt 85.594 lt x 0.60 = 51.356,4 / έτος Συνολικό κόστος με ΓΑΘ 10.353,00 Χρήση αβαθούς γεωθερμίας +ΓΑΘ <20% σε σχέση με το πετρέλαιο
Παράδειγμα θέρμανσης σπαραγγιών με αβαθή γεωθερμία στο Χρυσοχώρι Καβάλας 40 στρέμματα σπαράγγια Γεώτρηση παροχής 45m 3 /h και θερμοκρασία Τ=19 0 C Ισχύς άντλησης και κυκλοφορίας νερού 18kW ΔΤ =19 10,2= 8,8 0 C Ενεργειακή ισχύς θέρμανσης 45.000lt χ 8,8 0 C =396.000kcal : 864=458 kw(απόδοση ΓΑΘ 1:7=65kW)=523kW th Κόστος ηλεκτρικού ρεύματος (65+18)kWh χ 1440h χ 0.055Ευρώ = 6570Ευρώ το χρόνο Κόστος ΓΑΘ και συστήματος θέρμανσης 70.000 Ευρώ Όφελος πρωίμησης 40χ800kg χ3=96.000 Ευρώ/χρόνο Καθαρό όφελος 90.000 /έτος Κόστος ΓΑΘ και συστήματος θέρμανσης ~70.000 Ευρώ Απόσβεση <1 έτος
Γεωθερμικό δυναμικό στην Ελλάδα Το συνολικό βεβαιωμένο γεωθερμικό δυναμικό ξεπερνά τα 500 MWe (170 MWe από τα γ/θ πεδία υψηλής ενθαλπίας της Μήλου και της Νισύρου) Τα βεβαιωμένα και πολύ πιθανά αποθέματα χαμηλής ενθαλπίας ξεπερνούν τα 1000 MWth και μπορούν να εξοικονομήσουν εκατομ. τόνους ισοδύναμου πετρελαίου (ΤΙΠ) το χρόνο Λιγότερο από το 1% του βεβαιωμένου γ/θ δυναμικού της χώρας έχει αξιοποιηθεί μέχρι σήμερα Δεν υπάρχουν εφαρμογές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Η χρήση των ΓΑΘ αποτελεί τον πιο δυναμικό τομέα αξιοποίησης της γεωθερμίας για το άμεσο μέλλον. Η απλοποιημένη αδειοδότηση επιτρέπει τη γρήγορη διάδοση των εφαρμογών της Οι «κλασικές» άμεσες γεωθερμικές εφαρμογές παρουσιάζουν στασιμότητα την τελευταία δεκαετία. Χρειάζεται απλοποίηση της νομοθεσίας και διάδοση Στην ισχύουσα νομοθεσία έγιναν πρόσφατα κάποιες βελτιώσεις, θα μπορούσε να γίνει σαν αυτή της αβαθούς γεωθερμίας, τουλάχιστον για τις αγροτικές χρήσεις
Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας από γεωθερμικά ρευστά μέσης ενθαλπίας (παράδειγμα) Γεώτρηση βάθους 1700m, παροχής 180m 3 /h, T=150 o C Ηλεκτροπαραγωγή 10,5GWh/χρόνο, αξίας 1.254.000 /χρόνο Θέρμανση 100 στρεμ. γυάλινων θερμοκηπίων, ενεργ. αξίας 2.625.000 /χρόνο Θέρμανση 490 στρεμμ. πρώιμων σπαραγγιών, ενεργ. αξίας 722.000 /χρόνο Ξηραντήρια αγροτ. προϊόντων το καλοκαίρι, ενεργ. αξίας 1.654.000 /χρόνο Ετήσια ενεργειακή αξία = 6.255.000 Ευρώ Κόστος ενεργειακών επενδύσεων ~11.000.000 Ευρώ Κόστος 2 γεωτρήσεων (παραγωγής και επανεισαγωγής) ~3.000.000 Ευρώ Συνολική Ενεργειακή Επένδυση ~14.000.000 Ευρώ Απόσβεση περίπου 2,2 χρόνια Αγροτικά Προϊόντα συνολικής αξίας 8.000.000 Ευρώ/χρόνο Νέες θέσεις εργασίας 120
Υπόθεση Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού & Θερμότητας από γ/θ ρευστά μιας γεώτρησης στο Ερατεινό Χρυσούπολης Καβάλας Αναμενόμενη Θερμοκρασία και παροχή: 150 C σε βάθος 1600 m και 180 m3/h Ισχύς Ενεργειακού Συστήματος (150 30 ο C): 23 MW th Μετατροπή σε Ηλεκτρισμό (150 90 C): Υπολειπόμενη Θερμική Ισχύς (90 30 C): Κόστος Μονάδας Ηλεκτροπαραγωγής: 1.5 MW el με τη μέθοδο Rankine ή Kalina 12.5 MW th 4.500.000 (περίπου 3.000/kW) Ετήσια Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας: 10.5 GWh/έτος (συντ. χρήσης 80%) Έσοδα από Πώληση Ηλεκτρ. Ενέργειας: με 119.34 /MW th, έσοδα 1.254.000 /έτος Θέρμανση Θερμοκηπιακών Καλλιεργειών: 12.5 ΜW th X8 στρ.=100 στρέμματα (90 30 C μετά την ηλεκτροπαραγωγή) Ενεργ. αξία 12.5Χ2000h:8=3.125ΤΙΠ x 840 = 2.625.000 /έτος Θέρμανση Φυτειών Σπαραγγιών 180m3/h x 20oC+20%=4320 kw x 170 0h=7344 MWh:0.015 = 490 στρ (30 10 C, μετά τα θερμοκήπια Ενεργ.αξία 4.32kW x 1700h:8=918TIΠ x 840 = 771.100 /έτος και με χρήση αντλιών θερμότητας Α/Θ) Μείον αξία ηλεκτρισμού Α/Θ 3600:5 x 1700 x 0.04=48.960 /έτος Αξιοποίηση των θερμικών φορτίων 90 40 ο C κατά την τρίμηνη θερινή περίοδο, σε ξηραντήριο ονομαστικής ισχύος 9.000 kw (το καλοκαίρι, μετά την ηλεκτροπαραγωγή) 9 MW th ικανότητα εξάτμισης 187.5tn νερού/ημέρα Για εξάτμιση νερού απαιτούνται 0.65 kwh/kg Εξοικονόμηση πετρ.: 26.250lt x 90ημ.x 0.7 = 1.653.750 /έτος
Υπόθεση Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού & Θερμότητας από γ/θ ρευστά μιας γεώτρησης στο Ερατεινό Χρυσούπολης Καβάλας Συνέχεια Η ετήσια καθαρή συνολική αξία από τις διαδοχικές γεωθερμικές εφαρμογές είναι 6.582.000. Η ενεργειακή επένδυση είναι περίπου 11.000.000. Έτσι, στην περίπτωση συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας, η γεωθερμική ενέργεια γίνεται πιο ελκυστική από επιχειρηματικής πλευράς. Δημιουργούνται ενεργειακά κέντρα, με άμεση δυνατότητα αξιοποίησης του θερμικού φορτίου σε θερμοκήπια, βιομηχανίες, spa κλπ.. Δίνουν τη δυνατότητα πρωτογενούς παραγωγής π.χ. 5000 τ. τομάτας, 400 τ. σπαραγγιών, 1000 τ. αποξηραμένης τομάτας συνολικής αξίας 8.000.000 /έτος. Δημιουργούν πάνω από 120 θέσεις εργασίας. Τα στοιχεία αυτά βασίζονται σε σημερινές τιμές ρεύματος και πετρελαίου θέρμανσης. Το κόστος των γεωτρήσεων παραγωγής και επανεισαγωγής είναι ~ 1.000 /m, δηλ. 2 x 1700 x 1000= 3.400.000.
Συμπεράσματα και Προτάσεις Οι νέες τεχνολογίες στη γεωθερμία εξασφαλίζουν λύσεις με μηδαμινές έως μηδενικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, μαζί με πράσινη οικονομική ανάπτυξη Στην Ευρώπη γίνεται σημαντική εκμετάλλευση του γεωθερμικού δυναμικού για παραγωγή ηλεκτρισμού, τηλεθέρμανση και άλλες άμεσες χρήσεις της θερμότητας στον αγροτικό τομέα, τη βιομηχανία, τις τουριστικές χρήσεις κλπ. Η Ελλάδα και κυρίως η βόρεια, κεντρική και νότια ανατολική, ως και τα νησιά του κεντρικού και βόρειου Αιγαίου, είναι πολύ ευνοημένη από τη φύση και για το πλούσιο γεωθερμικό δυναμικό της Εκτός από την υψηλή ενθαλπία, οι ρηχοί και βαθύτεροι ταμιευτήρες μέσης και χαμηλής ενθαλπίας προσφέρονται για πολλαπλές και συνδυασμένες χρήσεις: ηλεκτροπαραγωγή, θέρμανση κτιρίων πισίνων θερμοκηπίων, αγροτοβιομηχανικές, υδατο καλλιεργητικές, κλπ. Η αβαθής γεωθερμία είναι εφαρμόσιμη παντού, με πολύ φθηνές ενεργειακά χρήσεις, λόγω ευνοϊκών γεωλογικών συνθηκών σε πολλές περιοχές της χώρας Χρειάζεται καλή γνώση, ενημέρωση, σωστός συνδυαστικός σχεδιασμός, ώστε να υπάρξουν μόνο και πολλαπλά οφέλη από τη γεωθερμία για την ανάπτυξη, την οικονομία και το περιβάλλον
Άμεσες παρεμβάσεις για την προώθηση της γεωθερμίας στην Ελλάδα Ανάγκη για τροποποιήσεις του νόμου ώστε: (α) ευκολότερη η χρήση από μικρούς χρήστες επενδυτές, κυρίως σε αγροτικές εφαρμογές και θερμικές χρήσεις, (β) να επιλυθούν προβλήματα μίσθωσης πεδίων στην ίδια περιοχή (γ) να διαμορφωθούν το πλαίσιο θέσπιση κινήτρων για οικιακές χρήσεις θέρμανσης ψύξης. Προώθηση της ηλεκτροπαραγωγής με το δυαδικό
Προβλήματα στην ανάπτυξη της γεωθερμίας στη χώρα μας Τα εμπόδια και τα προβλήματα για την ανάπτυξη της γεωθερμίας στη χώρα μας σχετίζονται με : Άγνοια των τεχνολογικών δυνατοτήτων εκμετάλλευσης και των συγκριτικών πλεονεκτημάτων της γεωθερμίας. Απουσία οικονομικών κινήτρων για την αντιμετώπιση του γεωλογικού ρίσκου, των έργων υποδομής και του αρχικού κόστους εγκατάστασης γ/θ μονάδων. Ύπαρξη γραφειοκρατικού και σύνθετου θεσμικού και νομοθετικού πλαισίου. Απουσία σοβαρού στρατηγικού σχεδιασμού για την υλοποίηση προγραμμάτων πρότυπης και ορθολογικής αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας.
Οφέλη από τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας Οικονομικά Κοινωνικά Μικρό λειτουργικό κόστος Συνεχής παροχή ενέργειας Τοπική παραγωγή και διάθεση της ενέργειας ενεργειακά αυτόνομες περιοχές Ανάπτυξη νέων οικονομικών αγροτικών δραστηριοτήτων Πολλαπλάσια παραγωγή προϊόντων ζήτησης τιμής και σε περιόδους εκτός εποχής (ένταση, αξία και ποσότητα παραγωγής) Δημιουργία θέσεων εργασίας και ανάπτυξη σε τοπικό επίπεδο Μείωση της ενεργειακής εξάρτησης