Γεωθερμική Ενέργεια

1. ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ«Συμβατικές – ανανεώσιμες πηγές ενέργειας – τοπική κοινωνία – επιπτώσεις στο περιβάλλον»Νάουσα, 19-21 Ιανουαρίου 2007 Γεωθερμική Ενέργεια Νίκος Ανδρίτσος

2. 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 της γήινης θερμότητας που βρίσκεται αποθηκευμένο με τη μορφή 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.

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

4. Επιφανειακές εκδηλώσεις της θερμότητας της γης Θερμοπίδακες (geysers) Geysir, Ισλανδία Strokkur, Ισλανδία

5. Επιφανειακές εκδηλώσεις της θερμότητας της γης Οι πλούσιες γεωθερμικά περιοχές κοντά στις ηφαιστειογενείς περιοχές

6. Ιστορική αναδρομή των γεωθερμικών χρήσεων

7. Ανασκόπηση των γεωθερμικών χρήσεων • Η χρήση των θερμών νερών πηγαίνει 10000 χρόνια πίσω • Οι θερμές πηγές θεωρούνταν από την αρχαιότητα ακόμη ότι είχαν θεραπευτικές και υπερφυσικές ιδιότητες, γι’ αυτό και πολλοί ιεροί χώροι ήταν κοντά σε θερμές πηγές. • Ο Ηρακλής συνδέθηκε και με τα θερμά λουτρά • Ο ναός της Αρτέμιδος στη Λέσβο είναι κτισμένος πάνω στο χώρο όπου αναβλύζουν και σήμερα θερμές πηγές (Θερμία Άρτεμις). • Η χρήση θερμών νερών ήταν γνωστή και στους αρχαίους ανατολικούς λαούς (Κίνα, Ιαπωνία) με πληθώρα μαρτυριών

8. Ανασκόπηση των γεωθερμικών χρήσεων • Οι Ετρούσκοι και οι Ρωμαίοι επίσης χρησιμοποιούσαν τα θερμά νερά όχι μόνο για ιαματικούς σκοπούς, αλλά και για τη θέρμανση χώρων • Ο Γαληνός λέγεται ότι προσέφερε φρούτα εκτός εποχής στους καλεσμένους του Ρωμαϊκά λουτρά στην Πέργη της Μικράς Ασίας Μεταφορά θερμού νερού στην Ιεράπολη της Μικράς Ασίας.

9. Ανασκόπηση των γεωθερμικών χρήσεων • Αρχές 1800: απόληψη βορικού οξέος στο Larderello στην Ιταλία • 1864: θέρμανση ξενοδοχείου στο Oregon • 1904: πρώτη προσπάθεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο Larderello από τον Κόμη Ginori • 1930: θέρμανση χώρων στην Ισλανδία. To Reykjavik από «Καπνούπολις» μετατράπηκε σε «άκαπνη» με τη γεωθερμία.

10. 2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ

11. Η δομή της γης • Η γήινη σφαίρα αποτελείται από τρεις κύριες στιβάδες: ο φλοιός, ο μανδύας και ο πυρήνας. • Το πάχος του φλοιού: 20-60 km στις ηπειρωτικές περιοχές, 6-7 km στις θαλάσσιες • Μέση ακτίνα της γης: 6370 km. • Στις ηπειρωτικές περιοχές η σύσταση είναι κυρίως γρανιτική και εμπλουτισμένη σε ορισμένα ελαφρά στοιχεία και σε αρκετά ραδιενεργά στοιχεία (U, Th κ.ά.).

12. Η δομή της γης • Ο μανδύας, με πάχος 2900 km, θεωρείται ότι συνίσταται κυρίως από πυριτικά ορυκτά του Μg και Fe και έχει θερμοκρασίες της τάξης των 1000-3000ºC. • Ο πυρήνας, με θερμοκρασίες λίγο μεγαλύτερες των 4000ºC. • Το ανώτερο στερεό τμήμα της γης ονομάζεται λιθόσφαιρα, με πάχος 70-125 km (περιλαμβάνει το φλοιό και τον ανώτερο μανδύα). Συνίσταται από στερεές πλάκες, οι οποίες μετατοπίζονται η μία σε σχέση με την άλλη. • Κάτω από τη λιθόσφαιρα βρίσκεται η παχύρρευστη ασθενόσφαιρα, που παρουσιάζει πολύ αργές και κανονικές κινήσεις, μεταξύ της στερεάς βάσης αυτού του στρώματος και της βάσης του φλοιού, οι οποίες είναι η αιτία της κίνησης των λιθοσφαιρικών πλακών

13. Η θεωρία των λιθοσφαιρικών πλακών • Η θεωρία διατυπώθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960 • Η λιθόσφαιρα της γης είναι διαιρημένη σε έξι κύρια μεγάλα τμήματα ή πλάκες, που ονομάζονται τεκτονικές πλάκες, που είναι: η Ευρασιατική, η Αμερικανική, η Αφρικανική, η Ανταρκτική, η Ινδική και η Ειρηνική. • Υπάρχει και πλήθος δευτερευουσών μικρών πλακών (π.χ. Αιγαίου, Αδριατική). • Οι πλάκες αυτές κινούνται αργά, με ταχύτητες της τάξης των μερικών εκατοστών ανά έτος (1-15 cm/έτος).

14. Η θεωρία των λιθοσφαιρικών πλακών

15. Η Θερμότητα στο Εσωτερικό της Γης • Η προέλευση της θερμότητας της γης δεν είναι γνωστή με ακρίβεια. Οι κυριότεροι μηχανισμοί είναι δύο: • Η διάσπαση ορισμένων ραδιενεργών ορυκτών της γης, τα οποία περιέχουν ραδιενεργά ισότοπα με μεγάλο χρόνο ημιζωής, όπως 238U και 235U, 232Th και 40K. Πιθανόν ο σημαντικότερος μηχανισμός παραγωγής θερμικής ενέργειας. • Η θερμότητα της γης προέρχεται από τις διεργασίες που οδήγησαν στη δημιουργία της, δηλαδή έχει αστρική προέλευση. Το εσωτερικό της γης ήταν πάντα θερμό, και μάλιστα πολύ θερμότερο στην αρχική του κατάσταση.

16. Θερμότητα στον φλοιό της γης • Η θερμότητα που περιέχεται μόνο στο φλοιό της γης θεωρείται ότι είναι τεράστια, της τάξης των 5,4×1021 MJ • Ο White (1965) υπολόγισε ότι η ολική ποσότητα θερμότητας που περιέχεται στα πρώτα 10 km της γης είναι περίπου 1,25×1027 J • Το ποσό αυτό είναι 2000 φορές μεγαλύτερο από τη συνολική ποσότητα θερμικής ενέργειας, την οποία θα μπορούσαν να προσφέρουν όλα μαζί τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων της γης.

17. Η γεωθερμική βαθμίδα στο πεδίο Δ. Νέστου. Διακρίνεται επίσης η λιθολογία της γεώτρησης και ο τρόπος μεταφοράς της θερμότητας (Fytikas and Kolios, 1992).

18. 3. Γεωθερμικά συστήματα& Πεδία

19. Ταξινόμηση Γεωθερμικών Συστημάτων Γεωθερμική ενέργεια Ενέργεια μάγματος Γεωπε-πιεσμένη ενέργεια Υδροθερμικήενέργεια Αβαθής γεωθερμία Θερμά ξηρά πετρώματα Μορφές γεωθερμικής ενέργειας κατά σειρά ενδιαφέροντος χρήσεων σήμερα και προοπτικής στο εγγύς μέλος, από αριστερά προς τα δεξιά.

20. Υδροθερμικά συστήματα Υδροθερμικά συστήματα ή πόροι (hydrothermal systems ή resources): τα φυσικά υπόγεια θερμά ρευστά που βρίσκονται σε έναν ή περισσότερους ταμιευτήρες, θερμαίνονται από μία εστία θερμότητας και συχνά εμφανίζονται στην επιφάνεια της γης με τη μορφή θερμών εκδηλώσεων. The Geysers Larderello

21. Υδροθερμικά συστήματα Βροχή Μαγματικός θάλαμος Ένα γεωθερμικό πεδίο που παράγει ατμό και τα κύρια συστατικά του (από πάνω προς τα κάτω): η περιοχή επαναφόρτισης, το μη περατό κάλυμμα, ο ταμιευτήρας ρευστών και η πηγή ενέργειας.

22. Αβαθής Γεωθερμική Ενέργεια Μετρήσεις θερμοκρασίες εδάφους σε βάθος 1 m και 15 m στο Κορωπί Αττικής (Βραχόπουλος και Παπαγεωργάκης, 1998).

23. 4. Εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας

24. Κατηγορίες Γεωθερμικών Χρήσεων • Παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος (Τ>90ºC) • Άμεσες Χρήσεις • Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας

25. Άμεσες Χρήσειςστον κόσμο το 2005 • θέρμανση χώρων (20%*) • αγροτικές χρήσεις (8%) • υδατοκαλλιέργειες (4%) • βιομηχανικές χρήσεις (4%) • λουτροθεραπεία (+ πισίνες) (29%) • αντλίες θερμότητας (33%) * ως προς την εγκατεστημένη ισχύ Ξήρανση διατομιτών στην Ισλανδία

26. Άμεσες Χρήσειςστον κόσμο το 2005 Αξιοποίηση σε 71 χώρες Εγκατεστημένη θερμική ισχύς των μονάδων μέσης-χαμηλής θερμοκρασίας το έτος 2005: >28000 MWt Αντιστοιχεί σε >6 εκατ. TIΠ το χρόνο.

27. Άμεσες Χρήσεις: θέρμανση Απαιτούμενες περιοχές θερμοκρασιών για χρήσεις θέρμανσης

28. Άμεσες Χρήσεις: άλλες χρήσεις • Λουτροθεραπεία και θέρμανση πισίνων και θεραπευτικών μονάδων. • Ανάκτηση διοξειδίου του άνθρακα • Αφαλάτωση Νερού • Παραγωγή αποσταγμένου νερού στη N. Ζηλανδία. • Πλύσιμο και ξήρανση μαλλιού σε διάφορες χώρες. • Χρήση στην εξόρυξη ουρανίου, στην επεξεργασία χαλκού, στο διαχωρισμό χρυσού κ.ά. • Εμπλουτισμός υπόγειων υδροφόρων οριζόντων. • Αντιπαγετική προστασία δρόμων.

29. Οι 10 πλέον αναπτυγμένες γεωθερμικά χώρες στις άμεσες χρήσεις για το 2005

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:η εγκατεστημένη ισχύς από 140 σε 820 MWt (κυρίως τηλεθέρμανση) σε διάστημα 5 χρόνων. Εκτιμάται για το 2010: 3500 MWt

31. Blue Lagoon, Ισλανδία Reikjavik

32. Άμεσες Χρήσεις: μεταφορά και εναλλαγή Ένα γεωθερμικό σύστημα χαμηλής θερμοκρασίας αποτελείται συνήθως από τέσσερα υποσυστήματα: (1) Το σύστημα παραγωγής (παραγωγική γεώτρηση, αντλία παραγωγής και συσκευές στην κεφαλή της γεώτρησης). (2) Το σύστημα μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών. (3) Το σύστημα εφαρμογής (σύστημα εναλλαγής της θερμότητας) μαζί με το σύστημα διανομής της γεωθερμικής ενέργειας (4) Το σύστημα διάθεσης των ρευστών.

33. Άμεσες Χρήσεις: μεταφορά και εναλλαγή Σχήματα ανάκτησης της θερμότητας από ένα γεωθερμικό ταμιευτήρα. (α) Σύστημα μονής γεώτρησης. (β) Σύστημα «δίπολο». (γ) Παραδείγματα διπόλων

34. Άμεσες Χρήσεις: μεταφορά και εναλλαγή Σωληνώσεις που χρησιμοποιούνται: (α) μεταλλικές (κοινός χάλυβας, όλκιμος χυτοσίδηρος) (β) Μη-μεταλλικά Υλικά (θερμοπλαστικά, Θερμοσκληρυνόμενα πλαστικά-FRP) Τοποθέτηση υπόγειας σωλήνωσης μεταφοράς θερμού νερού Υπόγεια τοποθέτηση των σωληνώσεων με μόνωση

35. Άμεσες Χρήσεις: μεταφορά και εναλλαγή Ν. Κεσσάνη Για την εναλλαγή της θερμότητας συνήθως χρησιμοποιούνται εναλλάκτες πλακών. Μπουλόνια Νιγρίτα

36. Άμεσες Χρήσεις: θέρμανση χώρων Eναλλάκτες αέρα-υγρού: (α) με εξαναγκασμένη ροή, (β και γ) με φυσική συναγωγή και (δ) με ακτινοβολία.

37. Άμεσες Χρήσεις: αγροτικές χρήσεις Απαιτούμενες περιοχές θερμοκρασιών για αγροτικές χρήσεις

38. Αγροτικές Χρήσεις: θέρμανση θερμοκηπίων Επίδραση της θερμοκρασίας στην ανάπτυξη ορισμένων κηπευτικών

39. Αγροτικές Χρήσεις: θέρμανση θερμοκηπίων & εδάφους Πρωίμιση σπαραγγιών με σωλήνες PP με πτυχώσεις

40. Αγροτικές Χρήσεις: θέρμανση θερμοκηπίων «Σακούλες» PΕ Μεταλλικοί αγωγοί με πτερύγια Σωλήνες PP με πτυχώσεις

41. Αγροτικές Χρήσεις: άλλες χρήσεις Ξήρανση αγροτικών προϊόντων Καθαρισμός ποιμνιοστασίων Υδατοκαλλιέργειεςψάρια, γαρίδες, αλιγάτορες, σπιρουλίνα κτλ.

42. Αγροτικές Χρήσεις: ιχθυοκαλλιέργειες

43. 5. Εφαρμογές στην Ελλάδα

44. To Γεωθερμικό Δυναμικό της Ελλάδας • Υψηλής θερμοκρασίας: • Σημαντικό βεβαιωμένο δυναμικό στη Μήλο και Νίσυρο • Εκτιμημένο δυναμικό 120 MWe στη Mήλο και 60 MWe στη Νίσυρο • Μέσης θερμοκρασίας: • περιορισμένο σχετικά δυναμικό, μπορεί να αυξηθεί με βαθιές γεωτρήσεις • παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος με το δυαδικό κύκλο • άμεσες χρήσεις • Χαμηλής θερμοκρασίας: • Υψηλό δυναμικό • Βόρεια και Κεντρική Ανατολική Ελλάδα, Αιγαίο • Αβαθής γεωθερμική ενέργεια:παντού

45. To Γεωθερμικό Δυναμικό της Ελλάδας Οι περισσότερες γεωθερμικές περιοχές χαμηλής ενθαλπίας αλλά και εφαρμογές βρίσκονται στην Κεντρική και Ανατολική Μακεδονία, Θράκη και Λέσβο.

46. To Γεωθερμικό Δυναμικό της Ελλάδας

47. Γεωθερμικές Εφαρμογές στην Ελλάδα το 2005 • Θέρμανση θερμοκηπίων • Υδατοκαλλιέργειες • Ξήρανση αγροτικών προϊόντων • Θέρμανση χώρων • Λουτροθεραπεία και πισίνες • Αφαλάτωση νερού • Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας • Γεωθερμικό μαγείρεμα Αγροτικές εφαρμογές  Τελευταία 5-10 χρόνια: διασπορά χρήσεων Παλαιοχώρι, Μήλος

48. 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 Περίπου 40% αύξηση σε σχέση με το 1999.

49. Αγροτικές Χρήσεις: (α) θέρμανση θερμοκηπίων • Τελευταία δεκαετία: περίπου σταθερότητα ή ελαφρά μείωση • Έχουν κλείσει όλα τα συνεταιριστικά θερμοκήπια • Θερμοκήπια: Ν. Θεσσαλονίκης: Λαγκαδάς, Ν. ΑπολλωνίαΝ. Σερρών: Νιγρίτα, ΣιδηρόκαστροΝ. Λέσβου: Πολιχνίτος Μήλος • Καλυπτόμενη επιφάνεια: ~ 200 στρέμματα • Τα περισσότερα με νερά <50ºC

50. Αγροτικές Χρήσεις: (α) θέρμανση θερμοκηπίων H θέρμανση των θερμοκηπίων επιτυγχάνεται με: Με τηθέρμανση του αέρατου θερμοκηπίου με εναλλάκτη αέρα-υγρού και διοχετευσή του στο θερμοκήπιο με πλαστικούς συνήθως αγωγούς  Με θέρμανση του χώρου με επιδαπέδιους, κάτω από τους πάγκους ή/και υπερυψωμένους σωλήνες (πλαστικούς ή μεταλλικούς, με πτερύγια ή όχι) Με τοποθέτησηεναλλακτών(converters), κυρίωςστα πλευρικά τοιχώματα του θερμοκηπίου. Μεσυνδυασμότων προηγούμενων τρόπων. Παλαιότερα και ψεκασμός για αντιπαγετική προστασία