ΤΕΙ ΑΜΘ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΤΕ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ
ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΑΥΤΗ
ΟΥΡΑΝΙΑ Δ. ΒΑΣΙΛΕΙΑΔΟΥ
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ
ΚΑΒΑΛΑ 2014
Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΤΕ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ © 2014
Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΤΕ και Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας.
Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΤΕ και Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος.
---
Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ’ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου ΤΕ και Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου.
Υπογραφή
Βασιλειάδου Ουρανία
Το επίκεντρο του ενδιαφέροντος του καταναλωτικού κοινού είναι η αξιοποίηση της γεωθερμίας για την παραγωγή θέρμανσης και ψύξης για ιδία χρήση, σε περιοχές που δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερμικό δυναμικό, με σκοπό την κατάργηση των συμβατικών καυσίμων και την εξοικονόμηση ενέργειας και χρημάτων. Tα γεωθερμικά συστήματα που εκμεταλλεύονται τη θερμοκρασία των γεωλογικών σχηματισμών και του επιφανειακού ή υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερμικό δυναμικό, είναι βασισμένα στην ηλιακή ενέργεια. Οι γεωφυσικές διαγραφίες (Geophysical Well Logging) είναι μετρήσεις εντός των υπό κατασκευή γεωτρήσεων που έχουν σκοπό την σωστή κατασκευή της σωλήνωσης, την τοποθέτηση των φιλτροσωλήνων στα ακριβή βάθη των υδροφόρων και την αποφυγή προβλημάτων.
Επιπρόσθετα σημαντική είναι η αξιοποίηση των επιφανειακών και υπόγειων νερών με προοπτική. Το υπόγειο νερό σε σχέση με το επιφανειακό υπερτερεί λόγω της άντλησης του από υδρογεωτρήσεις παρά με απευθείας χρησιμοποίηση του από πηγές διότι συμφέρει οικονομικά. Για το λόγο αυτό η παρουσία του υπόγειου νερού καθορίζει από την αρχαιότητα έως σήμερα τη θέση των οικισμών και των πόλεων σε μία χώρα. Είναι προφανής η αξία του νερού για τον άνθρωπο, ο οποίος πρέπει να διατηρήσει όχι μόνο την ποσότητα αλλά και την ποιότητα του.
ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Μέθοδος Γεωφυσικών Διαγραφιών
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: γεωλογικοί σχηματισμοί, επιφανειακός και υπόγειος υδροφόρος ορίζοντας, γεωθερμικά συστήματα, υδρογεωτρήσεις, πηγές
The focus of the general public is the utilization of geothermal energy for the production of heating and cooling for their own use, in areas not designated as geothermal potential, with a view to eliminating fossil fuels and saving energy and funds. The geothermal systems that exploit the temperature of the geological formations and surface or groundwater and do not qualify as geothermal potential, is based on solar energy. Geophysical deletions (Geophysical Well Logging) measurements is under construction within the drilling designed to correct construction of the pipeline, the installation of pipes for filters the exact depths of aquifers and avoid problems.
Additionally important is the use of surface and groundwater perspective. Ground water predominates in relation to the surface due to the pumping of water wells rather than direct use by sources because it is economically advantageous. For this reason, the presence of underground water determines from antiquity to the present the location of settlements and cities in a country. It is obvious the value of water for humans, who have to maintain not only the quantity but also the quality.
SUBJECT AREA: Geophysical Well Logging
KEYWORDS: geothermal formations, surface and underground aquifers, geothermal systems, water well drillings, wells
Την παρούσα πτυχιακή εργασία την αφιερώνω στην οικογένεια μου
Όπως το έδαφος, όσο και αν είναι γόνιμο αδυνατεί να παράγει κάτι δίχως καλλιέργεια, έτσι και ο νους του ανθρώπου:
δίχως την εκπαίδευση αδυνατεί να δώσει τους αναμενόμενους καρπούς
Πλούταρχος
Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους τους ανθρώπους που με στήριξαν και με βοήθησαν για την πραγματοποίηση αυτής της πτυχιακής εργασίας.
ΠΡΟΛΟΓΟΣ ... 35
1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η ΕΚΜΕΤΑΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ... 37
1.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ... 37
1.1.1 ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ... 39
1.1.2 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ... 43
1.1.3 ΥΨΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ ... 47
1.1.4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ... 49
1.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ... 51
1.2.1 ΤΑ OΦΕΛΗ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ... 53
1.2.2 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ... 55
1.2.3 ΧΡΗMΑΤΟΟΙΚΟΝΟMΙΚΑ ΔΕΔΟMΕΝΑ ... 57
2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΑΥΤΗ ... 61
2.1 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΑ ΝΕΡΑ ... 65
2.2 ΔΙΑΒΡΩΣΗ, ΜΕΤΑΦΟΡΑ, ΑΠΟΘΕΣΗ... 67
2.3 ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ ΤΗΣ ΓΗΣ ... 85
2.4 ΠΛΗΜΜΥΡΕΣ ... 89
2.5 ΠΡΟΣΧΩΜΑΤΙΚΑ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ ... 95
2.6 ΥΠΟΓΕΙΟ ΝΕΡΟ ... 97
2.7 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ ... 97
2.8 ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ ... 101
2.9 ΕΙΔΗ ΥΔΡΟΦΟΡΩΝ, ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΣΧΕΣΗ ΥΔΡΟΦΟΡΩΝ ΜΕ ΤΟΥΣ ΠΟΤΑΜΟΥΣ ... 105
2.10 ΥΔΡΟΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ... 111
2.11 ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΑΠΟ ΥΠΕΡΑΝΤΛΗΣΗ ... 115
2.12 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΩΝ ΥΔΡΟΦΟΡΩΝ ... 121
3.1 ΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ... 137
3.2 ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ... 141
3.3 ΠΗΓΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΤΥΠΟΙ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ... 145
3.4 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΟΥ ΚΑΘΟΡΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ... 155
3.5 Ο ΦΥΣΙΚΟΣ ΑΥΤΟΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΟΡΕΥΜΑΤΩΝ ... 171
4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΓΡΑΦΙΩΝ (WELL LOGGING) ... 177
4.1 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΟΝΤΑΙ ΣΤΙΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ... 177
4.1.1 Η ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΣΤΑ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 183 4.1.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ... 183
4.1.3 ΕΙΔΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ... 187
4.1.4 ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ ... 189
4.1.5 ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ... 193
4.1.6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ ... 193
4.2 ΤΕΧΝΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ .... 195
4.2.1 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ... 197
4.2.2 ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΩΝ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΙΑΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ... 203
5. ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑΣ ... 207
6. ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ – ΑΡΚΤΙΚΟΛΕΞΑ – ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ... 209
7. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι ... 211
7.1 ΕΓΚΡΙΣΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΡΩΝ ΥΔΡΟΓΕΩΤΡΗΣΗΣ (ΦΕΚ Β’ 292/2003) ... 213
8. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ ... 225
8.1 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΥΔΡΟΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ... 227
9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ... 253
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ
Σχήμα 3.1: Αλληλοδιαδοχή εμφάνισης των κυριοτέρων προβλημάτων
ρύπανσης του νερού στην Ευρώπη (Meybecketal, 1990)……….139 Σχήμα 3.2: Βασικές πηγές ρύπανσης των υδατορευμάτων………153 Σχήμα 4.3: Σύστημα μιας (μονής) γεώτρησης για αντλία θερμότητας ………201
Εικόνα 1.1: Διεργασίες ανοικτού κυκλώματος (αριστερά), διεργασίες κλειστού
κυκλώματος (δεξιά)………...… 41
Εικόνα 1.2: Γεωθερμικές αντλίες ……… 43
Εικόνα 1.3: Γεωθερμικές πηγές………..……… 45
Εικόνα 1.4: Γεωθερμικά πεδία……….………... 45
Εικόνα 1.5: Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας (Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης)………..….. 53
Εικόνα 2.6: Λεκάνες απορροής και υδροκρίτες………..……. 61
Εικόνα 2.7: Ο υδρολογικός κύκλος (από Tarburck&Lutgens1997)………..………. 65
Εικόνα 2.8: Είδη υδρογραφικού δικτύου (από Chernicoffetal1997)……….. 71
Εικόνα 2.9: Κατανομή υλικών κατά την μεταφορά τους από ένα υδρόρεμμα (από McGeary&Plummer1992)……… 73
Εικόνα 2.10: Σχέσεις ταχύτητας υδρορέμματος, διάβρωσης και απόθεσης τεμαχιδίων ποικίλου μεγέθους……….... 75
Εικόνα 2.11: Αποκλίνοντα και συγκλίνοντα ρυάκια στον ποταμό Καλαμά (Ηπειρος)… 77 Εικόνα 2.12: Αποθέσεις υπερχείλισης (αριστερά) σε χείμαρρο της Σκοπέλου, ένας μαίανδρος στον ποταμό Καλαμά, Ήπειρος (δεξιά)………..… 77
Εικόνα 2.13: Μηνοειδή φράγματα και λίμνες (από Conteetal 1997)……….… 77
Εικόνα 2.14: Σχηματισμός φυσικών αναχωμάτων (από Murphy&Nance1999)………. 79
Εικόνα 2.15: Σχέσεις μεταξύ κλίσης και κοίτης ενός ποταμού και καμπυλότητας του μαιάνδρου που σχηματίζει (από Keller&Pinter1996)………. . 79
Εικόνα 2.16: Η καμπυλότητα ενός μαιάνδρου(από Keller&Pinter 1996)……… 81
Εικόνα 2.17: Λεκάνη απορροής και αλουβιακό ριπίδιο στο Τρίκερι Μαγνησίας…….… 81
Εικόνα 2.18: Ανυψωμένες δελταϊκές αποθέσεις στις εκβολές ενός υδρορέμματος, δυτικά Κύθηρα- Οι όχθες του υδρορέμματος δομούνται από ασβεστόλιθους και είναι κατακόρυφες, ενδεικτικές για διάβρωση σε θερμό κλίμα……… 83
Εικόνα 2.19: Δελταϊκές αποθέσεις και η ονοματολογία τους (από Conteetal1997)……. 83
ανώτερα στρώματα κλίνουν ήπια προς τα αριστερά, ενώ τα κατώτερα στρώματα έντονα προς τα δεξιά της φωτογραφίας……… . 83 Εικόνα 2.21: Τυπικές δελταϊκές αποθέσεις στη περιοχή Αιγίου (Πουλημένο 1995)…. . 85 Εικόνα 2.22: Ο κύκλος της διάβρωσης (από Conteetal 1997)………...… 87 Εικόνα 2.23: Α: Ο χρόνος υστέρησης της πλημμύρας μειώνεται
προς την δασοκαλυμμένη περιοχή. Β: μακράς διάρκειας πρόγνωση πλημμύρων στον ποταμό Goldbar της Ουάσιγκτον (από Chernicoffetal 1997)………. 91 Εικόνα 2.24: Α: Υπόγεια αποστραγγιστικά έργα σε υδρόρεμμα στη περιφερειακή οδό της Πάτρας. Β: Αλουβιακό ριπίδιο με αναβαθμίδες………. 95 Εικόνα 2.25: Α: Παραστατική απεικόνιση και σχηματική αναπαράσταση της κατανομής του . υπόγειου νερού στην κατακόρυφο. Β: Ζώνη αερισμού και ζώνη κορεσμού σε γεωλογικά στρώματα μιας περιοχής (από Σούλιος 1996)…………..……… 99 Εικόνα 2.26: Πειράματα με την συσκευή του Darcy (από Σούλιος1996)……….105 Εικόνα 2.27: Μερικά είδη πηγών (από McGeary&Plummer1992)………109 Εικόνα 2.28: Α. Διαδρομή της ροής υπογείου νερού προς την κοίτη ενός υδρορέμματος, Β. αποστράγγιση ενός υδρορέμματος προς τα υποκείμενα υδροφόρα στρώματα (από Tarburck&Lutgens1992)………..…109 Εικόνα 2.29: Τυπική υδρογεώτρηση με αντλητικό συγκρότημα (Βαφειάδη 1977)…….111 Εικόνα 2.30: Γεωφυσικές διασκοπήσεις σε συμπαγή στρώματα που διακόπτονται από αργιλικά στρώματα (από Βαφειάδη 1977)……….. 113 Εικόνα 2.31: Τύποι φίλτρων, γεφυρωτό, γεφυρωτό με ενσωματωμένο μαζώδη μανδύα, και διπλό γεφυρωτό με αμμοχαλικώδη γόμωση (από Βαφειάδη 1977) ……… 115 Εικόνα 2.32: Κώνος ταπείνωσης του υδροφόρου ορίζοντα κατά την διάρκεια της άντλησης (από Hamblin&Christiansen1998). ………. 117 Εικόνα 2.33: Τομή στη περιοχή του LasVegas που δείχνει την ισχυρή βύθιση της περιοχής στο διάστημα των δεκαετιών του 1970 και 1980 λόγω υπεράντλησης των υδροφόρων (από Coch1995)………. 119 Εικόνα 2.34: Τεχνητός εμπλουτισμός παρόχθιας περιοχής ενός υδρορέμματος (από Λατινόπουλος 1990)……… 119
φακού με το γλυκό νερό ελαττώνονται με την άντληση (από Press&Siever 1998)…... 121 Εικόνα 2.36: Υπόγεια νερά που ρυπαίνονται από τα απόβλητα μιας βιομηχανίας και ενός σκουπιδότοπου (από Murck et al 1996) ………...……… 123 Εικόνα 2.37: Η γεωμετρία του φτερού ρύπανσης εξαρτάται από το ειδικό βάρος των ρύπων. Όταν αυτά είναι ελαφρύτερα από το νερό παραμένουν και μετακινούνται επί του υδροφόρου ορίζοντα ενώ όταν είναι βαρύτερα διεισδύουν μέσα στον υδροφόρο ορίζοντα (από Murck et al 1996)……….. 125 Εικόνα 2.38: Τα δύο στάδια του σχηματισμού των σπηλαίων (από McGeary & Plummer 1992)………. 127 Εικόνα 2.39: Σταλακτίτες (πάνω) που ενώνονται με σταλαγμίτες (κάτω) στο σπήλαιο των Πετραλώνων……… 127 Εικόνα 2.40: Καρστικές γεωμορφές στο φράγμα του Λούρου και στο όρος Σκόλις ... 129 Εικόνα 2.41: Δολίνη σε ασβεστόλιθους του Τριαδικού κοντά στο χωριό Δίδυμα της Αργολίδας……… 131 Εικόνα 2.42: Μπλοκ διάγραμμα που δείχνει καρστικούς σχηματισμούς (από Conteetal 1997)………..… 131
Πίνακας 3.1: Τυπική σύνθεση αστικών λυμάτων……….. 147
Πίνακας 3.2: Φυσικά, χημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά και παράμετροι που χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της ποιότητας του νερού διαφόρων χρήσεων………. 157
Πίνακας 4.3: Συστήματα μέτρησης της κλίσης μίας γεώτρησης………. 185
Πίνακας 4.4: Μετρήσεις ανάλογα με την ζητούμενη πληροφορία………..……… 187
Πίνακας 4.5: Επεξηγήσεις συμβόλων μέτρησης ……… 189
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), είναι «ήπιες» μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που προέρχονται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, η γεωθερμία, η κυκλοφορία του νερού και άλλες.
Ο όρος «ήπιες» αναφέρεται σε δυο Βασικά χαρακτηριστικά τους. Καταρχάς, για την εκμετάλλευση τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση ή καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερον, πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας, πολύ «φιλικές» στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα, όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Έτσι οι ΑΠΕ θεωρούνται από πολλούς μία αφετηρία για την επίλυση των οικολογικών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η Γη.
Ως «ανανεώσιμες πηγές» θεωρούνται γενικά οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), όπως η ηλιακή, η αιολική και η γεωθερμική. Σε κάθε περίπτωση οι ΑΠΕ έχουν μελετηθεί ως λύση στο πρόβλημα της αναμενόμενης εξάντλησης των (μη ανανεώσιμων) αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων.
Στα συνεχή κεφάλαια θα αναφερθώ στην εκμετάλλευση της ενέργειας που μας προσφέρει το υπέδαφος και στην εκμετάλλευση του επιφανειακού και υπόγειου νερού της γης. Για την εκμετάλλευση της γεωθερμίας υπάρχουν δύο τρόποι ανάλογα με την θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού. Οι δύο μορφές της γεωθερμίας δηλαδή αυτή της υψηλής θερμοκρασίας και της χαμηλής αξιοποιούνται η κάθε μία ξεχωριστά για την παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος π.χ. θέρμανση χώρων και ξήρανση προϊόντων. Για την εκμετάλλευση του υπόγειου νερού σε σχέση με το επιφανειακό αναλύω τους τρόπους άντλησής του, προς μια πιο οικονομικά συμφέρουσα επιλογή. Συγκεκριμένα συγκρίνω τις δύο μεθόδους άντλησης του νερού από υδρογεωτρήσεις και με απευθείας χρησιμοποίηση του από πηγές. Καταλήγοντας περιγράφω την μέθοδο των γεωφυσικών διαγραφιών που βοηθά σημαντικά την κατασκευή μίας γεώτρησης με ακρίβεια. Τη δυνατότητα να «δεί» κανείς μέσα σε μια (υπό κατασκευή) γεώτρηση την ακριβή τομή του εδάφους μέχρι το βάθος που έχει διατρηθεί και κατά συνέπεια να αποφασίσει πως θα συνεχίσει την κατασκευή έτσι ώστε αυτή να αποβεί παραγωγική.
1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
Η ΕΚΜΕΤΑΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ
1.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ
Η Γεωθερμία, η εκμετάλλευση δηλαδή της θερμότητας της γης δεν είναι κάτι πολύ νέο, μόνο που παλιότερα η εκμετάλλευση της περιοριζόταν στην μία από τις δύο μορφές της. Ποιες είναι όμως οι 2 αυτές μορφές; Είναι η γεωθερμία υψηλών θερμοκρασιών και η γεωθερμία χαμηλών θερμοκρασιών. Την πρώτη μορφή, την γεωθερμία υψηλών θερμοκρασιών, χρησιμοποιήσαμε αρχικά. Για να δούμε τώρα αναλυτικά ποιά η διαφορά των 2 αυτών μορφών.
Όπως όλοι ξέρουμε το εσωτερικό της γης είναι πάρα πολύ θερμό με αποτέλεσμα ο πυρήνας της να είναι ρευστός. Υπάρχει ένα ενδιάμεσο στρώμα παχύρευστο και περιβάλλεται τελικά από τον εξωτερικό φλοιό, τον στερεό. Όταν στον φλοιό αυτό υπάρχουν ρωγμές μέρος του εσωτερικού βγαίνει προς τα έξω και έτσι έχουμε τα ηφαίστεια. Κοντά στα ηφαίστεια ή στην θέση παλαιών, ανενεργών πλέον, ηφαίστειων υπάρχουν πηγές ζεστού νερού. Νερό που εισχωρεί στο εσωτερικό του φλοιού θερμαίνεται έντονα και βγαίνει σε θερμοκρασία που μπορεί να ξεπεράσει καμιά φορά και τους 100 ºC και αυτό που βγαίνει να ατμοποιείται εν μέρει όπως οι θερμοπίδακες στην Ισλανδία. Πάρα πολλές είναι οι περιπτώσεις που το νερό βγαίνει σε θερμοκρασίες ανάμεσα από τους 40 και τους 90 ºC. Σε κάθε περίπτωση το νερό αυτό έχει διαλύσει διάφορες ουσίες, ουσίες που πολλές φορές μολύνουν το περιβάλλον.
Σε άλλες πάλι περιπτώσεις τα διαλυμένα στο νερό άλατα φαίνεται να έχουν ιαματικές ιδιότητες σε περιπτώσεις κυρίως αρθριτικών παθήσεων και η πρώτη χρήση αυτών των πηγών από την προϊστορική ακόμη εποχή ήταν η χρήση τους ως ιαματικών λουτρών.
Ιστορικά πρόσφατα, δηλαδή από τον 19ο αιώνα, με πρωτοπόρο λόγω των τοπικών συνθηκών την Ισλανδία τέτοιες πηγές άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε κεντρικές θερμάνσεις ή και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σε λιγότερο «τυχερές» χώρες, κοντά κυρίως σε ανενεργά ηφαίστεια άρχισαν προσπάθειες μιας παρόμοιας εκμετάλλευσης με γεωτρήσεις μεγάλου βάθους και τοποθέτηση ενός διπλού ομόκεντρου σωλήνα που εξωτερικά εισάγαμε νερό κρύο και επειδή αυτό ζεσταινόταν πολύ από την γη έβγαινε από τον κεντρικό σωλήνα καυτό νερό. Σε κάποιες περιπτώσεις ως εξωτερικό σωλήνα
χρησιμοποιήσαμε τα τοιχώματα της τρύπας που άνοιγε το γεωτρύπανο. Το νερό που έβγαινε περιείχε διαλυμένα υλικά από τα τοιχώματα που πολλές φορές μόλυναν το περιβάλλον. Αυτό έπαθε και η ΔΕΗ όταν προσπάθησε να εκμεταλλευτεί γεωθερμικά την Μήλο. Το σχέδιο ναυάγησε λόγω της μόλυνσης που κατέστρεψε τον τουρισμό του νησιού. Σε κάθε περίπτωση η γεωθερμία υψηλών θερμοκρασιών αφορά μεγάλα έργα, με τον σχεδιασμό τους, ασχολούνται μεγάλα ειδικευμένα γραφεία μελετών. Το ενδιαφέρον μας επικεντρώνεται στην πολύ πρόσφατη και εντονότατα επεκτεινόμενη χρήση της άλλης μορφής.
1.1.1 ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ
Μετά το 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο, η αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας έγινε ελκυστική σε πολλές χώρες, επειδή ήταν ανταγωνιστική ως προς άλλες μορφές ενέργειας. Επιπλέον, η ενέργεια αυτή δε χρειαζόταν να εισαχθεί από άλλες χώρες, όπως συμβαίνει με τα ορυκτά καύσιμα ενώ σε πολλές περιπτώσεις αποτελούσε τον μοναδικό διαθέσιμο εγχώριο ενεργειακό πόρο.
Η γεωθερμική ενέργεια συμμετέχει σημαντικά στο ενεργειακό ισοζύγιο αρκετών περιοχών. Για παράδειγμα, το 2001 η ηλεκτρική ενέργεια που παράχθηκε από γεωθερμικούς πόρους αντιπροσώπευε το 27% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας στις Φιλιππίνες, το 12,4 % στην Κένυα, το 11,4% στην Κόστα Ρίκα και το 4,3% στο Ελ Σαλβαδόρ.
Η πιο συνηθισμένη μη-ηλεκτρική χρήση της γεωθερμίας παγκόσμια είναι οι αντλίες θερμότητας (heat-pumps) (34,80%) και ακολουθούν η λουτροθεραπεία (26,2%), η θέρμανση χώρων (21,62%), η θέρμανση θερμοκηπίων (8,22%), οι υδατοκαλλιέργειες (3.93%) και οι βιομηχανικές χρήσεις (3,13%) (Lundand Freeston, 2001).
Σύμφωνα με την Ελληνική νομοθεσία, κάθε ρευστό που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και έχει θερμοκρασία πάνω από 25°C χαρακτηρίζεται ως "γεωθερμικό ρευστό".
Εφόσον σε μία περιοχή αναβλύζει θερμό νερό ή ατμός, πρέπει να υπάρχει κάποιος υπόγειος ταμιευτήρας του οποίου το νερό έχει διεισδύσει σε βαθύτερα στρώματα του φλοιού της γης και θερμαινόμενο ανέρχεται στην επιφάνεια δημιουργώντας το
"γεωθερμικό κοίτασμα". Τα γεωθερμικά ρευστά είτε συλλέγονται καθώς εξέρχονται με φυσικό τρόπο στην επιφάνεια της γης είτε αντλούνται με γεώτρηση από γεωθερμικά κοιτάσματα που βρίσκονται σε βάθος από μερικές εκατοντάδες μέχρι 3000 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης. Μετά την ενεργειακή αξιοποίηση μέρους της αισθητής
θερμότητάς τους, πρέπει να επανεγχύονται στο υπέδαφος μέσω γεώτρησης. Με τον τρόπο αυτό ενισχύεται η μακροβιότητα του ταμιευτήρα και αποφεύγεται η θερμική ρύπανση του περιβάλλοντος (Δρής 1996).
Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι εκμετάλλευσης της γεωθερμικής ενέργειας:
Ο πρώτος συνίσταται στη χρήση της θερμότητας των γεωθερμικών ρευστών για την παραγωγή ηλεκτρισμού και τη θέρμανση νερού και χώρων. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται διεργασίες τόσο ανοικτού όσο και κλειστού κυκλώματος (Εικ 1.1). Στην πρώτη περίπτωση το γεωθερμικό ρευστό εκτονώνεται σε δοχείο διαχωρισμού ατμού-υγρού και ο παραγόμενος ατμός οδηγείται σε στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρισμού, ενώ το θερμό υγρό σε εναλλάκτη θερμότητας. Στην περίπτωση της διεργασίας κλειστού κυκλώματος το γεωθερμικό ρευστό οδηγείται σε εναλλάκτη θερμότητας προσδίδοντας θερμική ενέργεια σε κατάλληλο ρευστό το οποίο ατμοποιείται και οδηγείται στον στρόβιλο. Την απαιτούμενη παραγόμενη θερμότητα του κυκλώματος την αποδίδει σε συμπυκνωτή προτού διέλθει εκ νέου από τον εναλλάκτη του γεωθερμικού ρευστού.
Εικόνα 1.1: Διεργασίες ανοικτού κυκλώματος (αριστερά), διεργασίες κλειστού κυκλώματος (δεξιά)
Κατά τον δεύτερο γίνεται εκμετάλλευση των θερμών μαζών του υπεδάφους ή υπόγειων υδάτων για την κίνηση αντλιών θερμότητας (γεωθερμικές αντλίες) για εφαρμογές θέρμανσης και ψύξης (Εικ. 1.2). Οι γεωθερμικές αντλίες θεωρούνται ως από τις πλέον αποδοτικές ενεργητικές τεχνολογίες για τη θέρμανση και ψύξη χώρων. Χρησιμοποιούν τη φυσική θερμοκρασία του υπεδάφους εκμεταλλευόμενες το γεγονός ότι η τελευταία δεν ποικίλλει σημαντικά στη διάρκεια ενός έτους. Κατά τη χειμερινή περίοδο λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας από τη γη στο κτίριο μέσω κλειστού κυκλώματος νερού, ενώ κατά τη θερινή περίοδο αντιστρέφεται η διαδικασία. Θεωρούνται πιο
αποτελεσματικές από τα κοινά κλιματιστικά καθώς απλώς μεταφέρουν τη θερμότητα αντί να καταναλώνουν ενέργεια για να τη δημιουργήσουν.
Εικόνα 1.2: Γεωθερμικές αντλίες
Στο σημείο αυτό θα πρέπει να τονιστεί ότι η εκμετάλλευση των γεωθερμικών πεδίων επιβάλλεται να γίνεται με ορθολογιστικό τρόπο. Η ενέργεια που προέρχεται από ένα γεωθερμικό πεδίο θεωρείται ανανεώσιμη εφόσον ο ρυθμός άντλησης της θερμότητας δεν υπερβαίνει το ρυθμό επαναφόρτισης του κοιτάσματος. Στην περίπτωση μονάδων ηλεκτροπαραγωγής μπορεί να χρειαστούν αρκετές εκατοντάδες χρόνια για να επαναφορτιστεί ένα πεδίο που αποφορτίστηκε πλήρως. Τα περιφερειακά συστήματα θέρμανσης μπορεί να απαιτήσουν 100 - 200 χρόνια για να επαναφορτιστούν, ενώ οι γεωθερμικές αντλίες μόνο περίπου 30 χρόνια. Παρόλα αυτά ο ισχυρισμός ότι η γεωθερμική ενέργεια δεν είναι πραγματικά ανανεώσιμη δεν ευσταθεί καθώς το συνολικό γεωθερμικό δυναμικό είναι πάρα πολύ μεγάλο σε σχέση με τις καταναλωτικές ανάγκες του ανθρώπου και η γεωθερμική ενέργεια είναι πρακτικά ανανεώσιμη.
1.1.2 Η ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ
Λόγω κατάλληλων γεωλογικών συνθηκών, ο Ελλαδικός χώρος διαθέτει σημαντικές γεωθερμικές πηγές (Εικ. 1.3) και των τριών κατηγοριών (υψηλής, μέσης και χαμηλής ενθαλπίας) σε οικονομικά βάθη (100-1500 μ). Σε μερικές περιπτώσεις τα βάθη των γεωθερμικών ταμιευτήρων είναι πολύ μικρά, κάνοντας ιδιαίτερα ελκυστική, από οικονομική άποψη, τη γεωθερμική εκμετάλλευση (Εικ. 1.4).
Στην Μήλο και Νίσυρο έχουν ανακαλυφθεί σπουδαία γεωθερμικά πεδία και έχουν γίνει γεωτρήσεις παραγωγής. Στην Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες μέχρι 325 °C σε βάθος 1000 m. και στην Νίσυρο 350° C σε βάθος 1500 m. Οι γεωτρήσεις αυτές θα μπορούσαν
να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 και 5 ΜW, ενώ το πιθανό συνολικό δυναμικό υπολογίζεται να είναι την τάξης των 200 και 50 MW αντίστοιχα.
Στην Βόρεια Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κ.λ.π. Στην λεκάνη του Στρυμόνα έχουν εντοπισθεί τα πολύ σημαντικά πεδία Θερμών-Νιγρίτας, Λιθότροπου-Ηράκλειας, Θερμοπηγής- Σιδηρόκαστρου και Αγγίστρου. Πολλές γεωτρήσεις παράγουν νερά μέχρι 75 °C, συνήθως αρτεσιανά και πολύ καλής ποιότητας και παροχής. Μεγάλα και μικρότερα γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στην Νιγρίτα και το Σιδηρόκαστρο.
Εικόνα 1.3: Γεωθερμικές πηγές
Εικόνα 1.4: Γεωθερμικά πεδία
Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί δύο πολύ σημαντικά γεωθερμικά πεδία, στο Ερατεινό Χρυσούπολης και στο Ν. Εράσμιο Μαγγάνων Ξάνθης.
Νερά άριστης ποιότητας μέχρι 70°C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στις εύφορες αυτές πεδινές περιοχές. Στην Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος Ξάνθης, σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται νερά θερμοκρασίας μέχρι 82°C.
Στην λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες μέχρι 56°C. Στην Σαμοθράκη υπάρχουν ενθαρρυντικά στοιχεία καθώς γεωτρήσεις βάθους μέχρι 100 μ. συνάντησαν νερά της τάξης των 100°C.
Η συστηματική εκμετάλλευση των γεωθερμικών μπορεί να αποφέρει στη χώρα μας σημαντικά οφέλη:
Εξοικονόμηση συναλλάγματος, με τη μείωση των εισαγωγών πετρελαίου,
Εξοικονόμηση φυσικών πόρων, κυρίως με την ελάττωση της κατανάλωσης των εγχώριων αποθεμάτων λιγνίτη,
Καθαρότερο περιβάλλον, καθώς παράγονται πολύ μικρότερες εκπομπές CO2 και ελάχιστες έως μηδενικές οξειδίων του αζώτου και του θείου,
Παρόλα αυτά, η εκμετάλλευση της γεωθερμίας συναντά αντιδράσεις σε τοπικό επίπεδο καθώς ενδέχεται να προκύψουν:
Προβλήματα από την απόρριψη των γεωθερμικών ρευστών στο περιβάλλον της περιοχής ή δύσοσμα αέρια (π.χ. υδρόθειο). . Αντιμετωπίζονται με την επανέγχυση των γεωθερμικών ρευστών στον ταμιευτήρα μέσω γεώτρησης και με τη χρήση κατάλληλου εξοπλισμού δέσμευσης των παραγόμενων αερίων.
Προβλήματα διάβρωσης και δημιουργίας αποθέσεων, κυρίως στις σωληνώσεις μεταφοράς των ρευστών. . Μπορεί να αντιμετωπιστούν τόσο με την προσθήκη στα γεωθερμικά ρευστά κατάλληλων χημικών διαλυτοποίησης των αλάτων όσο και με τη χρήση καταλληλότερων υλικών.
1.1.3 ΥΨΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ
Οι ποσότητες θερμότητας που είναι αποθηκευμένες μέσα στη γη είναι τεράστιες. Όμως η χρήση αυτής της ενέργειας είναι οικονομικά συμφέρουσα μόνο όπου οι συνθήκες του χώρου επιτρέπουν την ανάπτυξη ενός γεωθερμικού συστήματος (υπόγειο νερό, το
οποίο κυκλοφορεί σε βάθος έως λίγων χιλιομέτρων και εκεί θερμαίνεται από την επαφή του με θερμά πετρώματα).
Οι χρήσεις του γεωθερμικού ρευστού διαφοροποιούνται σημαντικά ανάλογα με το ύψος της θερμοκρασίας του και γι’ αυτό κατηγοριοποιούνται σε:
Υψηλής ενθαλπίας (θερμοκρασία μεγαλύτερη των 150°C) με δυνατότητες στην παραγωγή ηλεκτρισμού,
Μέσης ενθαλπίας (θερμοκρασίες μεταξύ 90-150°C), για «συμπαραγωγή» (ηλεκτρισμό και θερμική ενέργεια για άμεσες χρήσεις),
Χαμηλής ενθαλπίας (θερμοκρασία μικρότερη των 90°C), για «άμεσες χρήσεις»
(θέρμανση χώρων, ξήρανση προϊόντων κ.ά.).
- Μία ιδιαίτερη επίσης κατηγορία χρήσης της γήινης θερμότητας είναι η «αβαθής γεωθερμία», όπου αξιοποιείται η θερμική ενέργεια που εμπεριέχεται σε επιφανειακούς γήινους σχηματισμούς, με θερμοκρασίες πετρωμάτων που συνήθως δεν ξεπερνούν τους 25°C, για θέρμανση-ψύξη κτισμάτων.
Η άμεση χρήση των γεωθερμικών ρευστών είναι πολύ αποδοτική και μπορεί να δώσει ώθηση στη σύγχρονη γεωργία (θέρμανση θερμοκηπίων), στις ιχθυοκαλλιέργειες, στην αγροτοβιομηχανία, στην ξήρανση / αφυδάτωση που είναι σημαντικά χρονοβόρος διαδικασία και όπου η γεωθερμική ενέργεια έχει συγκριτικό πλεονέκτημα και υψηλή προστιθέμενη αξία. Μπορεί επίσης να συμβάλει στην προσέλευση τουριστών, βοηθώντας στην επιμήκυνση της τουριστικής περιόδου με τη δημιουργία εναλλακτικών μορφών τουρισμού γύρω από τον τουρισμό υγείας.
Η γεωθερμία είναι καθαρή πηγή ενέργειας σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα. Τα γεωθερμικά ρευστά περιέχουν σοβαρές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα και ορισμένα άλλα αέρια. Οι εκπομπές CO2 όμως είναι πολύ χαμηλότερες σε σχέση με την καύση άνθρακα, πετρελαίου ή φυσικού αερίου. Εάν δε επανεισάγεται και η αέρια φάση των ρευστών, οι εκπομπές είναι αμελητέες.
1.1.4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Το επίκεντρο του ενδιαφέροντος του καταναλωτικού κοινού είναι η αξιοποίηση της γεωθερμίας για την παραγωγή θέρμανσης και ψύξης για ιδία χρήση, σε περιοχές που δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερμικό δυναμικό, με σκοπό την κατάργηση των συμβατικών καυσίμων και την εξοικονόμηση ενέργειας και χρημάτων. Αυτό επιτυγχάνεται είτε μέσω απαγωγής φορτίων από τα υψηλότερα στρώματα του
υπεδάφους ώστε να επιτυγχάνεται η θέρμανση του χώρου είτε και μέσω της εναπόθεσης φορτίων από την εγκατάσταση προς το υπέδαφος ώστε να επιτυγχάνεται η ψύξη του χώρου.
Παρ’ όλο που φαίνεται παράδοξο, τα γεωθερμικά συστήματα που εκμεταλλεύονται τη θερμοκρασία των γεωλογικών σχηματισμών και του επιφανειακού ή υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα και δεν χαρακτηρίζονται ως γεωθερμικό δυναμικό, είναι βασισμένα στην ηλιακή ενέργεια. Η ενέργεια που μεταφέρεται συνεχώς προς και από το έδαφος είναι αποτέλεσμα μίας σειράς κλιματολογικών μεταβολών, όπως η ακτινοβολία του ήλιου, ο αέρας, η βροχή και το χιόνι. Σε ποσοστό που αγγίζει το 50% είναι η ενέργεια που φτάνει στο έδαφος λόγω της συνεχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Η ποσότητα αυτή αποθηκεύεται στα επιφανειακά στρώματα της γης και παραμένει ανεκμετάλλευτη. Το μεγάλο προτέρημα που παρουσιάζει η ποσότητα της ενέργειας αυτής είναι ότι υπάρχει διαθέσιμη πάντα στη θέση του έργου και είναι ανεξάντλητη.
1.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
Οι ποικίλες πηγές ενέργειας αποτελούν τον πυρήνα της επενδυτικής και ενεργειακής πολιτικής της Ελλάδας. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον εξελισσόμενο τομέα ενέργειας της χώρας και η γεωθερμική ενέργεια αποτελεί πρωταρχική πηγή ενέργειας με πολλές σημαντικές εφαρμογές. Η Ελλάδα διαθέτει έναν πλούτο γεωθερμικών πηγών, που προσφέρουν αμέτρητες ευκαιρίες επένδυσης στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε εμπορικές εφαρμογές ή αγροτικές χρήσεις.
Η γεωγραφική θέση της Ελλάδας ευνοεί τις γεωθερμικές πηγές, υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας. Οι πηγές υψηλής θερμοκρασίας είναι κατάλληλες για την παραγωγή ενέργειας, καθώς και για θέρμανση και ψύξη και εντοπίζονται σε βάθος 1-2 χιλιομέτρων στα νησιά της Μήλου, Σαντορίνης και Νισύρου. Επίσης, πηγές υψηλής θερμοκρασίας έχουν εντοπιστεί στα νησιά της Λέσβου, Χίου και Σαμοθράκης σε βάθος 2-3 χιλιομέτρων, καθώς και στα λεκανοπέδια της Κεντρικής-Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης.
Οι πηγές χαμηλής θερμοκρασίας εντοπίζονται στις πεδιάδες της Μακεδονίας και της Θράκης (Εικ. 1.5) και στη γειτονιά κάθε μιας από τις 56 θερμές πηγές της χώρας. Σε αυτές περιλαμβάνονται μεταξύ άλλων τα Λουτρά Σαμοθράκης, η Λέσβος, η Χίος, η Αλεξανδρούπολη, οι Σέρρες, οι Θερμοπύλες και η Χαλκιδική.
Εικόνα 1.5: Γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας (Περιφέρεια Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης)
Οι γεωθερμικές εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνουν τη θέρμανση κλειστών χώρων, αγροτικές χρήσεις (θέρμανση θερμοκηπίων, αποξήρανση φρούτων και λαχανικών, ιχθυοκαλλιέργεια, αφαλάτωση θαλασσινού νερού και κέντρα θαλασσοθεραπείας), παρέχοντας ιδανικά αποτελέσματα σε συνεργία με άλλα εμπορικά εγχειρήματα στην Ελλάδα.
Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η εκμετάλλευση των γεωθερμικών πηγών χαμηλής θερμοκρασίας που βρίσκονται λίγα μέτρα κάτω από την επιφάνεια της γης, αποτελεί μία εφικτή και ελκυστική προοπτική, όπως για παράδειγμα για τη θέρμανση και ψύξη νερού για οικιακή χρήση. Εφαρμογές όπως αυτή συμβάλλουν στη μείωση της εξάρτησης από μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είναι αξιόπιστες και οικονομικά αποδοτικές και εκπέμπουν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα.
1.2.1 ΤΑ OΦΕΛΗ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Από την εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας, τόσο για ηλεκτροπαραγωγή όσο και για θερμικές εφαρμογές, προκύπτουν σημαντικά περιβαλλοντικά οφέλη που εντοπίζονται στην αποφυγή έκλυσης διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και άλλων αέριων ρύπων που εκλύονται από την καύση συμβατικών καυσίμων.
Όσον αφορά τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, αυτές καταναλώνουν 30% - 60%
λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα αποδοτικότερα αερόψυκτα συστήματα, με αντίστοιχη μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Η αντίστοιχη μείωση εκπομπών CO2 σε σχέση με ένα σύστημα
θέρμανσης συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιο θέρμανσης ή φυσικό αέριο) ανέρχεται περίπου στο 40%.
Από τη χρήση γεωθερμικών συστημάτων, εκτός από τα παραπάνω, προκύπτουν και κοινωνικά οφέλη, κυρίως από το γεγονός ότι η γεωθερμία αποτελεί ανανεώσιμη και εγχώρια μορφή ενέργειας μέσω της δημιουργίας νέων θέσεων εργασίας και ανάπτυξης σε τοπικό επίπεδο για την εγκατάσταση των γεωθερμικών μονάδων. Σε εθνικό και ευρωπαϊκό επίπεδο, περιλαμβάνουν μείωση της εξάρτησης της κοινωνίας από εισαγόμενα καύσιμα με παράλληλη απελευθέρωση ιδιωτικών κεφαλαίων, που μπορούν να διατεθούν για επενδύσεις και βελτίωση της ανταγωνιστικότητας, παράγοντες που έμμεσα οδηγούν στη μείωση της ανεργίας και την οικονομική ανάπτυξη.
1.2.2 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
Οι θερμικές εφαρμογές της γεωθερμίας στην Ευρωπαϊκή Ένωση ανήλθαν σε 1.650ΜW(th) εγκατεστημένης ισχύος κατά το έτος 2002, με ρυθμό αύξησης περί το 5%
ετησίως, τη στιγμή που σε παγκόσμιο επίπεδο είχαμε περί τα 9.400 ΜW(th). Το αντίστοιχο μέγεθος για την Ελλάδα ήταν περί τα 69 ΜW(th). Αυτές περιλαμβάνουν:
Θέρμανση κτιρίων: μαζί με την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης αποτελεί την πιο διαδεδομένη εφαρμογή της γεωθερμίας στην Ευρώπη. Η τεχνολογία είναι απλή, καθώς το γεωθερμικό ρευστό παρέχει την θερμότητά του στο σύστημα θέρμανσης του καταναλωτή, είτε απευθείας, είτε μέσω εναλλάκτη θερμότητας. Στις θερμικές εφαρμογές, η γεωθερμία ανταγωνίζεται επιτυχώς τα ορυκτά καύσιμα, με κόστος κεφαλαίου 200- 1400 €/kW(th), ετήσιο κόστος συντήρησης και λειτουργίας 2-3% του κόστους κεφαλαίου, και κόστος παραγόμενης ενέργειας 0,005-0,035 €/kWh(th) συμπεριλαμβανομένων των αποσβέσεων των κεφαλαίων και του κόστους χρήματος.
Στην Ευρωπαϊκή Ένωση η συνολική εγκατεστημένη ισχύς για θέρμανση κτιρίων ανέρχεται σε 600 ΜW(th) περίπου (1999), από τα οποία περισσότερα από τα μισά είναι εγκατεστημένα στην Γαλλία και κυρίως στο Παρίσι. Στην Ελλάδα, η σημαντικότερη εφαρμογή θέρμανσης χώρων με γεωθερμία είναι εγκατεστημένη στα Λουτρά Τραϊανουπόλεως, σε κτιριακό συγκρότημα που αποτελείται από 4 ξενώνες και το κτίριο των λουτρών. Το σύστημα περιλαμβάνει γεωτρήσεις παραγωγής και επανεισαγωγής, κεντρικό πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας, υπόγειες σωληνώσεις τηλεθέρμανσης και ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης.
Άλλη εφαρμογή, μικρότερης κλίμακας, αποτελεί η θέρμανση του γυμνάσιου των Θερμών Ξάνθης αξιοποιώντας θερμότητα από τις γειτονικές θερμές πηγές με σύστημα σπειροειδούς εμβαπτιζόμενου εναλλάκτη και φαν-κόϊλς. Θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών: Επειδή με τη θερμότητα τα φυτά μεγαλώνουν γρηγορότερα και γίνονται μεγαλύτερα, τα θερμαινόμενα θερμοκήπια και εδάφη χρησιμοποιούνται για αύξηση της παραγωγής και την πρωίμιση καλλιεργειών. Επειδή οι απαιτούμενες ποσότητες ενέργειας είναι μεγάλες, η γεωθερμία, λόγω του μικρού κόστους της, αποτελεί την ιδανική μορφή ενέργειας για αγροτικές εφαρμογές. Οι αντίστοιχες εφαρμογές στην Ευρωπαϊκή Ένωση υπερβαίνουν τα 350 ΜW(th) (1999), 60% από τα οποία είναι εγκατεστημένα στην Ουγγαρία. Στην Ελλάδα, η θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών με γεωθερμία είναι διαδεδομένη στους νομούς Σερρών (Νιγρίτα και Σιδηρόκαστρο), Θεσσαλονίκης (Λαγκαδάς, Νέα Απολλωνία) και Ξάνθης (Νέο Εράσμιο), καθώς και στη Ν. Λέσβο (Πολύχνιτος), με 32 ΜW(th) συνολική εγκατεστημένη ισχύ. Θερμά λουτρά: σε γεωθερμικό νερό απευθείας, ή σε θερμαινόμενες με γεωθερμία πισίνες, είναι δημοφιλή σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες με συνολική εγκατεστημένη ισχύ περί τα 350 ΜW(th) (1999). Στην Ελλάδα τα θερμά και ιαματικά λουτρά είναι επίσης αρκετά διαδομένα, σχεδόν σε όλη τη χώρα όπου απαντώνται θερμές πηγές, με συνολική ισοδύναμη εγκατεστημένη ισχύ περί τα 35 ΜW(th).
Λοιπές θερμικές εφαρμογές: ιχθυοκαλλιέργειες, βιομηχανικές και αγροτικές εφαρμογές με συνολική εγκατεστημένη ισχύ στην Ευρωπαϊκή Ένωση περί τα 100 ΜW(th) (1999).
1.2.3 ΧΡΗMΑΤΟΟΙΚΟΝΟMΙΚΑ ΔΕΔΟMΕΝΑ
Η χρηματοδότηση ενός γεωθερμικού έργου περιλαμβάνει δύο βασικά στοιχεία κατά την αρχική φάση της ανάπτυξης του έργου: μια υψηλή επένδυση κεφαλαίου για γεωτρήσεις που μπορεί να αποτελέσει μέχρι και το 70% του συνολικού κόστους του έργου, καθώς και ένα ασφαλιστικό πλάνο για την κάλυψη του κινδύνου μη εύρεσης του αναμενόμενου γεωθερμικού δυναμικού. Δεδομένου ότι η αξιολόγηση του γεωθερμικού δυναμικού πριν από την υλοποίηση των γεωτρήσεων υπόκειται σε μεγάλες αβεβαιότητες και τα Βελτιωμένα Γεωθερμικά Συστήματα (EGS) βρίσκονται σε μια φάση αρχικής ανάπτυξης, ο κίνδυνος μπορεί να είναι υψηλότερος σε σχέση με τις εναλλακτικές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τα οικονομικά κίνητρα που απαιτούνται για να αντιμετωπισθούν αυτές οι προκλήσεις και να διευκολυνθεί η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρώπη είναι:
• Οι μηχανισμοί στήριξης είναι ζωτικής σημασίας εργαλεία δημόσιας πολιτικής για τη γεωθερμική ενέργεια, ώστε να αντισταθμίζονται οι ανεπάρκειες της αγοράς και να μπορέσει η τεχνολογία να εξελιχθεί κατά μήκος της καμπύλης μάθησής της.
• Οι καινοτόμοι μηχανισμοί χρηματοδότησης θα πρέπει να προσαρμόζονται στις ιδιαιτερότητες των γεωθερμικών τεχνολογιών και ανάλογα με το επίπεδο ωριμότητας των αγορών και των τεχνολογιών.
• Ένα Ευρωπαϊκό Ταμείο Ασφάλισης Γεωθερμικού Κινδύνου (EGRIF) θεωρείται ως ένα ελκυστικό μέτρο δημόσιας στήριξης για την αντιμετώπιση του κινδύνου μη εύρεσης του αναμενόμενου γεωθερμικού δυναμικού.
• Κατά τον σχεδιασμό ενός μηχανισμού στήριξης οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής πρέπει να επιδιώκουν μια ολιστική προσέγγιση, η οποία να υπερβαίνει το Σταθμισμένο Κόστος Ενέργειας (LCOE) και να περιλαμβάνει το κόστος του συστήματος και όλες τις εξωτερικότητες. Ως εναλλακτική λύση, υπάρχει η δυνατότητα να πριμοδοτείται η γεωθερμική ενέργεια για τα οφέλη που παρέχει στο συνολικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, εξισορροπώντας το δίκτυο.
Προκειμένου να στηρίξει την κατάρτιση των οικονομικών μελετών προ-σκοπιμότητας για νέα έργα, το GeoElec (έργο που καλύπτει όλες τις πτυχές της μελλοντικής ανάπτυξης της γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρώπη) έχει κατασκευάσει και παρέχει διαδικτυακά δωρεάν λογισμικό για την αρχική επαλήθευση των έργων γεωθερμικής ενέργειας. Επιπλέον, το GeoElec έχει μελετήσει ζητήματα που αφορούν στην ενσωμάτωση των δικτύων και έδειξε πως η γεωθερμική ενέργεια, όντας ευέλικτη και βασικού φορτίου, μπορεί να ενσωματωθεί στο δίκτυο χωρίς τεχνικά προβλήματα και με αμελητέο κόστος
2.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΤΟ ΝΕΡΟ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΑΥΤΗ ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ
Η μεταφορά των προϊόντων της αποσάθρωσης σπάνια γίνεται μόνο με την επίδραση της βαρύτητας. Το νερό ως μεταφορικό και διαλυτικό μέσο δρα συγχρόνως ή αμέσως μετά το στάδιο της αποσάθρωσης και των βαρυτικών κινήσεων και αποτελεί τον κύριο παράγοντα διαμόρφωσης του τελικού ανάγλυφου της επιφάνειας της γης.
Αν τύχει και βρισκόμαστε στους πρόποδες μιας ορεινής περιοχής κατά τη διάρκεια μιας νεροποντής παρατηρούμε ένα λεπτό στρώμα βρόχινου νερού, την υδροστρωματοροή να καλύπτει το συνολικό ορεινό ανάγλυφο. Μετά από λίγο αρχίζουν να διαμορφώνονται ρυάκια με ορμητικά νερά τα οποία στη συνέχεια ενώνονται για να σχηματίσουν τους χείμαρρους. Διαδοχικά οι χείμαρροι αυτοί εκβάλουν σε ένα ποτάμι, η κλίση του οποίου γίνεται απότομα πιο ήπια όταν εισέρχεται αυτό στη γειτονική πεδιάδα. Εκεί μετά από λίγο η ταχύτητα και ο όγκος του νερού αυξάνουν και η κοίτη του ποταμού δεν αρκεί πλέον για να απομακρύνει το νερό με αποτέλεσμα να συμβαίνει υπερχείλιση και πλημμύρα. Τέλος μετά από μια μακρά πορεία ήπιας κλίσης το ποτάμι εκβάλει στη θάλασσα αφού πρώτα διακλαδίζεται σε μικρά ρυάκια που σχηματίζουν το δέλτα του ποταμού. Όλες αυτές οι ροές του νερού που αυλακώνουν και αποστραγγίζουν την περιοχή που παρατηρούμε συνθέτουν το υδρογραφικό δίκτυο της. Κάθε τμήμα του δικτύου αυτού, ρυάκι, χείμαρρος κτλ. έχει τη δική του περιοχή τροφοδοσίας που λέγεται λεκάνη απορροής (Εικ.2.6). Γειτονικές λεκάνες χωρίζονται από μία νοητή γραμμή που λέγεται υδροκρίτης. Για παράδειγμα η κορυφογραμμή της Πίνδου αποτελεί ένα μεγάλο υδροκρίτη δυτικά και ανατολικά του οποίου τα νερά οδηγούνται με μεγάλους ποταμούς στο Ιόνιο και στο Αιγαίο πέλαγος αντίστοιχα.
Εικόνα 2.6: Λεκάνες απορροής και υδροκρίτες
