Χρήσεις γεωθερμικής ενέργειας Θερμοκρασία ρευστών Υψηλής ενθαλπίας Χαμηλής ενθαλπίας Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Άλλες χρήσεις (Άμεσες χρήσεις) Ξηρού ατμού Στρόβιλοι υγρού ατμού Δυαδικός κύκλος με πτητικό ρευστό Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας Άμεση θέρμανση χώρων Θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών Υδατοκαλλιέργειες Άλλες χρήσεις Ψύξη κτιρίων Άρδευση Άλλες εφαρμογές Βιομηχανικές εφαρμογές Θέρμανση πισινών και Ιατρικές εφαρμογές
ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΕΝΟΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Ένα τυπικό γεωθερμικό σύστημα χαμηλής θερμοκρασίας, ανεξάρτητα από το είδος της εφαρμογής, αποτελείται συνήθως από τέσσερα τυπικά υποσυστήματα: (1) Το σύστημα παραγωγής, που περιλαμβάνει την παραγωγική γεώτρηση, την αντλία παραγωγής και τις συσκευές στην κεφαλή της γεώτρησης. Αρχικά, μπορεί να υπάρχει μία μονή γεώτρηση παραγωγής («μονοσωλήνιο» σύστημα). Το πλέον συνηθισμένο σχήμα αξιοποίησης είναι το σύστημα των διπλών γεωτρήσεων («δίπολο»), στο οποίο το σύνολο του γεωθερμικού ρευστού επανεισάγεται στον ταμιευτήρα.
Αντλίες Δύο είδη αντλιών είναι περισσότερο διαδεδομένα: Στροβιλαντλία με άξονα («πομόνα»). Ο κινητήρας της αντλίας αυτής βρίσκεται στην επιφάνεια και είναι συνδεδεμένος με κατακόρυφο άξονα για την περιστροφή των στροβίλων. Ηλεκτρική υποβρύχια αντλία. Ο κινητήρας της αντλίας αυτής βρίσκεται ενσωματωμένος με το σώμα και τοποθετείται σε ορισμένο βάθος, που μπορεί να υπερβαίνει τα 250 m. Η επιλογή του τύπου της αντλίας γίνεται με βάση το βάθος από το οποίο πρέπει να αντλούνται τα ρευστά, τη θερμοκρασία και τη χημική σύσταση των νερών, τις χαρακτηριστικές καμπύλες της αντλίας και, βεβαίως, το κόστος. Επιπλέον, το βάθος στο οποίο θα τοποθετηθεί η αντλία, θα πρέπει να επιλεγεί με προσοχή για δύο λόγους: α) για να βρίσκεται η αντλία μέσα στο νερό σε περίπτωση πτώσης της στάθμης του νερού ύστερα από κάποιο χρονικό διάστημα άντλησης και β) για να μην επιτραπεί να γίνει ο διαχωρισμός των δύο φάσεων μέσα στη γεώτρηση, Δηλαδή το βάθος θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το σημείο φυσαλίδας του ρευστού και της στάθμης κατά τη μέγιστη άντληση.
(2)Το σύστημα μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών από την κεφαλή της γεώτρησης μέχρι το σύστημα εφαρμογής, μαζί με το σύστημα διανομής της γεωθερμικής ενέργειας. Για εφαρμογές με θερμοκρασία νερού μικρότερη από 70 0 C κυριαρχούν οι πλαστικοί σωλήνες. 1. Κοινός Χαλκός 2. FRP 3. Αμιαντ/νες 4. CPVC 5. ΡΒ 6. PVC 7. ΡΕ 8. Χυτοσίδηρος (FRP: θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη, CPVC: χλωριωμένο PVC, ΡΒ: πολυβουτυλένιο, PVC: πολυβιλυνοχλωρίδιο, ΡΕ: πολυαιθυλένιο).
Τρόποι τοποθέτησης των σωληνώσεων μεταφοράς Έχουν εφαρμοστεί διάφοροι τρόποι τοποθέτησης και στήριξης των σωληνώσεων μεταφοράς του γεωθερμικού νερού, με επικρατέστερους τους δύο: Στην υπέργεια τοποθέτηση, όπου συνήθως οι σωληνώσεις στηρίζονται μέσω χαλύβδινων υποστηριγμάτων επάνω σε μικρές εξέδρες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στην υπόγεια τοποθέτηση των σωληνώσεων, προ μονωμένοι χαλύβδινοι αγωγοί τοποθετούνται σε βάθος περίπου 50 100 cm, πάνω σε στρώμα από χαλίκια και κάλυψη με το χώμα εκσκαφής. Ως μονωτικό υλικό χρησιμοποιείται συνήθως η πολυουρεθάνη, προστατευμένη από φύλλο πολυαιθυλενίου. Αντί για χαλύβδινους αγωγούς μπορούν να χρησιμοποιηθούν και πλαστικοί.
(3) Το σύστημα εφαρμογής (σύστημα εναλλαγής της θερμότητας). Οι εναλλάκτες πλακών είναι οι κατ εξοχήν εναλλάκτες που χρησιμοποιούνται στα γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης όταν η χημεία των νερών δεν επιτρέπει την απ ευθείας εφαρμογή. (4) Το σύστημα διάθεσης των ρευστών.
Εναλλάκτες θερμότητας Στις περισσότερες γεωθερμικές εφαρμογές απαιτείται η μεταφορά της θερμότητας των γεωθερμικών ρευστών σε ένα ρευστό λειτουργίας (κυρίως γλυκό νερό) μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας. Βεβαίως, το ρευστό λειτουργίας μπορεί να είναι ο αέρας, όπως στα αερόθερμα. Οι εναλλάκτες θερμότητας αποτελούν το σπουδαιότερο τμήμα μιας μονάδας χαμηλής ενθαλπίας μετά τη γεώτρηση. Οι κυριότεροι τύποι εναλλακτών που χρησιμοποιούνται στα γεωθερμικά συστήματα είναι: ο εναλλάκτης πλακών, ο εναλλάκτης αυλών και κελύφους, ο εναλλάκτης ρευστοστερεάς κλίνης και ο υπόγειος εναλλάκτης.
Εφαρμογές Γεωθερμία υψηλής και μέσης ενθαλπίας Χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Μπορεί να προσφέρει θέρμανση, ψύξη και ζεστό νερό χρήσης Διακρίνονται οι ακόλουθες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με γεωθερμικά πεδία υψηλής ενθαλπίας Χρήση ξηρού ατμού Χρήση ακαριαίου ατμού Δυαδικός κύκλος ή κύκλος Rankine
Χρήση ξηρού ατμού Ο υπέρθερμος ατμός οδηγείται απ ευθείας σε στρόβιλο, ο οποίος θέτει σε λειτουργία γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια
Γεωθερμικές τουρμπίνες που μετατρέπουν τη θερμική σε ηλεκτρική ενέργεια. Τουρμπίνα που μετατρέπει τη θερμότητα σε μηχανική ενέργεια. Γεννήτρια που μετατρέπει τη μηχανική σε ηλεκτρική ενέργεια Geothermal Education Office, Tiburon, CA
Flash Tank Steam Turbine Χρήση υγρού ατμού Generator Electricity Hot Water Condensed Steam (Water) Το γεωθερμικό ρευστό, είτε έρχεται ως διφασική ροή από τη γεώτρηση, είτε εκτονώνεται σε πίεση χαμηλότερη από την πίεση που επικρατεί στην κεφαλή της γεώτρησης και μετατρέπεται σε διφασικό μίγμα.
Χρήση υγρού ατμού Τέτοια εγκατάσταση λειτουργεί στο Imperial Valley στην Καλιφόρνια
Παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος (Μήλος) Γεωθερμική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 2MWe (Ζεφυρία Μήλος 1985) σήμερα είναι εκτός λειτουργίας
Δυαδικός κύκλος παραγωγής ενέργειας Binary Vapor Turbine Generator Electricity Hot Water Cooled Water Binary Liquid Heat Exchanger Το γεωθερμικό ρευστό χρησιμοποιείται για τη θέρμανση (και εξάτμιση) σε ένα εναλλάκτη του δευτερεύοντος ρευστού (νερό και αμμωνία, ισοβουτάνιο, ισοπεντάνιο, CO 2 κ.λ.π.) το οποίο έχει μικρότερο σημείο ζέσεως σε σχέση με το νερό. Οι ατμοί του δευτερεύοντος ρευστού οδηγούνται αρχικά στο στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος και εν συνεχεία στο συμπυκνωτή. Geothermal Education Office, Tiburon, CA Το ρευστό από το συμπυκνωτή συμπιέζεται και επανεισάγεται πάλι στον εναλλάκτη μέσω της αντλίας ανακυκλοφορίας του ψυκτικού μέσου
Δυαδικός κύκλος με πτητικό υγρό Τέτοια εγκατάσταση λειτουργεί στο Soda Lake στη Νεβάδα
Mικρές αρθρωτές μονάδες των 250kWe,, δυαδικού κύκλου, στη Utah (ΗΠΑ) 238 MWe ηλεκτρικής ενέργειας παράγονται στη Utah (ΗΠΑ) από τη γεωθερμία, παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στο 1/3 των κατοίκων
Ηλεκτροπαραγωγή με συνδυασμένο κύκλο και ολική επανεισαγωγή Αποτελεί το συνδυασμό του κύκλου εκτόνωσης του διφασικού ρευστού και του δυαδικού κύκλου, με αυξημένη τη συνολική απόδοση της μονάδας.
Συνδυαστικές εφαρμογές: Συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας Altheim (Austria) CHP System
Συνδυαστικές εφαρμογές: Συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας Altheim (Austria) CHP System
Οφέλη από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη γεωθερμία Εκπομπή μικρών ποσοτήτων αερίων του θερμοκηπίου Μειώνει την εξάρτηση από τις ξένες ενεργειακές πηγές Μερικά πεδία παράγουν σε υψηλή κλίμακα πλούσια μεταλλεύματα (ψευδάργυρου και S) Τα ορυκτά αυτά είναι ανακυκλώσιμα και μπορούν να πωληθούν με σημαντικό κέρδος! Δεν προβλέπεται η χρήση συμβατών καυσίμων (αποθήκευση, μεταφορά, διάθεση των μεταλλευμάτων)
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 κλιματισμός 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