Γεωθερμία και γεωθερμικά πεδία.

(1)

Α.Τ.Ε.Ι. ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

ΚΑΒΑΛΑ 2014

(2)

ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ

Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ

ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

(3)

(4)

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΚΑΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

ΚΑΒΑΛΑ 2014

(5)

Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 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 Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου 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 Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. 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

ΚΟΥΡΤΙΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΙΔΟΥ ΕΛΠΙΔΑ

(6)

Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία διαρθρώνεται σε πέντε συνολικά κεφάλαια, μέσα από τα οποία γίνεται εκτενής ανάλυση του θέματος που πραγματεύεται.

Το πρώτο κεφάλαιο είναι εισαγωγικό και σε αυτό αναλύονται οι μορφές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ο ρόλος και η σημασία τους, η σύνδεση τους με τις βασικές αρχές της βιωσιμότητας και της αειφορίας, ενώ παράλληλα γίνεται ανάλυση και της υφιστάμενης κατάστασης της ενέργειας σε παγκόσμια επίπεδο.

Κύριο θέμα του δευτέρου κεφαλαίου είναι η γεωθερμία. Εδώ δίνεται ο ορισμός και τα βασικά χαρακτηριστικά της, παρουσιάζεται ο τρόπος εκμετάλλευσης της και οι εφαρμογές της, καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της. Παραθέτονται στοιχεία για μεγάλα γεωθερμικά συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής διεθνώς και ορίζεται το νομοθετικό πλαίσιο που διέπει την εκμετάλλευση της.

Η αξιοποίηση της γεωθερμίας στα κτίρια είναι το θέμα του τρίτου κεφαλαίου.

Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται αναλυτικά τα συστήματα που διαμορφώνουν τις γεωθερμικές εγκαταστάσεις στα κτίρια, η λειτουργία και συνδεσμολογία αυτών, καθώς και οι στόχοι που εξυπηρετούν. Στην τελευταία υπό-ενότητα του κεφαλαίου παραθέτονται παραδείγματα αυτών των συστημάτων σε δημόσια κτίρια και λοιπές εγκαταστάσεις.

Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μελέτη περίπτωσης για το Αρίστηνο της Αλεξανδρούπολης. Εδώ παραθέτονται στοιχεία που σχετίζονται με την γεωλογία της περιοχής, το γεωθερμικό δυναμικό της, τις δυνατότητες της, καθώς και δημοσιευμένα στοιχεία ερευνών.

Τα συνολικά συμπεράσματα που προκύπτουν γενικά από την εξέταση του ζητήματος της γεωθερμίας και τη μελέτη του γεωθερμικού δυναμικού της περιοχής του Αρίστηνου του Δήμου Αλεξανδρούπολης, συγκεντρώνονται και παρουσιάζονται στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο της εργασίας.

ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Προστασία περιβάλλοντος

(7)

ABSTRACT

The present Diploma Thesis is structured in five chapters in which there is an extensive analysis of the subject it examines.

The First chapter is introductory and it analises of forms of alternative energy sources, their role and importance, their connection to the basic principles of sustainability while there is parallel analysis of the existing situation of l energy on a global level.

The main subject of the second chapter is geothermal energy. Its definition and basic characteristics are given here, exploitation and ways of application are presented as well as its advantages and disadvantages. Information is listed about large geothermic plants globally and the legislative framework that defines its exploitation.

Utilization of geothermal Energy in buildings is the subject of the third chapter. In this unit the systems that form the geothermal installations in buildings, the operation and their fittings are presented analytically as well as the aims they serve.In the last sub-unit of the chapter, examples of these systems in public buildings and other installations are listed.

In the fourth chapter there is a study of the geothermal field of Aristino,

Alexandroupoli.Elements that are related to the geology of the region, its geothermal dynamic and potential are listed as well as published research.

The overall results that emerge generally from the study of the issue of geothermal energyand its potential in region of Aristino, Alexandroupoli are gathered and presented in the last chapter of the Project.

SUBJECT AREA: Environmental protection

(8)

(9)

Αφιερωμένη στους γονείς και σε όλα τα αγαπημένα μας πρόσωπα

(10)

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον κύριο Ιωάννη Φαλέκα για την παροχή πληροφοριών επάνω στην μελέτη της

περίπτωσης του γεωθερμικού πεδίου Αρηστίνου Αλεξανδρούπολης, καθώς επίσης και τον κύριο Δημήτριο Μαρμάνη για την εμπιστοσύνη και την στίριξή του

(11)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Συντομογραφίες και συμβολισμοί………..……….…...4

Κατάλογος πινάκων...5

Κατάλογος εικόνων……….…5

Κατάλογος γραφημάτων…..……….……….…..6

Εισαγωγή……….7

Δομή Πτυχιακής Εργασίας………...…...8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1^ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.) 1.1 Γενικά στοιχεία………...….9

1.2 Περιβάλλον και Α.Π.Ε………...10

1.3 Αρχές Βιωσιμότητας και αειφορίας………...11

1.4 Κατανομή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας……….…..13

1.5 Εξελίξεις και προβλήματα στον τομέα των Α.Π.Ε………...……….14

1.6 Παγκόσμια ενεργειακή κατάσταση………..…….15

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 Ιστορικά στοιχεία……….…..…17

2.2 Ορισμός και βασικά χαρακτηριστικά………18

2.3 Θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος……….20

2.3.1 Γεωθερμικοί εναλλάκτες……….…….21

2.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα……….…..23

2.5 Ταξινόμηση γεωθερμικών συστημάτων………24

2.6 Εφαρμογές της γεωθερμικής ενέργειας……….…25

2.7 Ελληνικά δεδομένα………26

2.8 Νομοθετικό πλαίσιο………...……28

2.9 Διεθνείς έρευνες……….………28

2.10 Μεγάλα γεωθερμικά συγκροτήματα ηλεκτροπαραγωγής………29

2.11 Γεωθερμία στην γεωργία………..30

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3^οΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΣΤΑ ΚΤΙΡΙΑ 3.1 Κτίρια μηδενικής κατανάλωσης………32

3.2 Βιοκλιματική αρχιτεκτονική και βιοκλιματικός σχεδιασμός………..…..32

3.3 Γεωθερμική εγκατάσταση σε κτίρια………..34

3.4 Αντλίες θερμότητας………...…37

3.5 Δίκτυα κλειστού και ανοιχτού κυκλώματος………..38

3.6 Εσωτερικές μονάδες κτιρίων – επιλογή συστήματος γεωθερμίας………40

(12)

3.7 Κτιριακά παραδείγματα……….……42

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4^οΜΕΛΕΤΗ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗΣ – ΑΡΙΣΤΗΝΟ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΥΠΟΛΗΣ 4.1 Γενικά στοιχεία………...48

4.2 Γεωλογία περιοχής………..………...…50

4.2.1 Γεωθερμικό ενδιαφέρον……….…..51

4.3 Γεωθερμικό πεδίο περιοχής………...52

4.4 Στοιχεία ερευνών………...54

4.4.1 Ανάλυση παραγωγικών γεωτρήσεων………..57

4.4.2 Αποτελέσματα ερευνών………...58

4.5 Διαχείριση γεωθερμικού πεδίου Αρίστηνου Δ. Αλεξανδρούπολης………..59

4.6 Χρήσεις του γεωθερμικού ρευστού………...59

4.7 Προτεινόμενες εφαρμογές………..………...60

4.8 Διανομή θερμικής ενέργειας……….….62

4.9 Μέτρα προστασίας και ασφάλειας……….64

4.10 Οφέλη από την αξιοποίηση της γεωθερμίας στην περιοχή μελέτης………65

4.11 Κολυμβητήριο Αλεξανδρούπολης………65

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5^οΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 5.1 Συμπεράσματα………...71

5.2 Προτάσεις………..72

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ………....….74

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ……….77

(13)

ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ ΚΑΙ ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ ΑΘ………Αντλία Θερμότητας

ΑΠΕ……….Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Γ.Α.Θ………Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας Γ.Π………Γεωθερμικό Πεδίο

Δ.Ε………Δημοτική Ενότητα Ε.Ε………Ευρωπαϊκή Ένωση

ΕΣΥΕ………Εθνική Στατιστική Υπηρεσία Ελλάδος

ΙΓΜΕ………Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών ΚΑΠΕ………..Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών & Εξοικονόμησης Ενέργειας Κ.Ε.Θ………Κεντρικός Εναλλάκτης Θερμότητας

ΚΚΜ………Κεντρικές Κλιματιστικές Μονάδες ΜΓΒ……….Μέση Γεωθερμική Βαθμίδα

ΜΙΤ………..Massachusetts Institute of Technology Ο.Σ…….…………..Οπλισμένο Σκυρόδεμα

Π.Δ………...Προεδρικό Διάταγμα Π.Ε………...Περιφερειακή Ενότητα

ΤΙΠ………...Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου Υ.Α………..Υπουργική Απόφαση

ΥΠΕΚΑ…………...Υπουργείο Περιβάλλοντος Ενέργειας & Κλιματικής Αλλαγής

(14)

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ

Πίνακας 2.1 Ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών…..……….21

Πίνακας 2.2 Αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών…22 Πίνακας 2.3 Αριθμός και μήκος γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους………...…22

Πίνακας 3.1 Δημοτικό Κολυμβητήριο Δ. Ήλιδας………43

Πίνακας 3.2 Δημοτικά κτίρια στο Δήμο Μήλου………..45

Πίνακας 3.3 Ετήσια εξοικονόμηση στα δημοτικά κτίρια του Αϊ Στράτη……….46

Πίνακας 4.1 Μόνιμος πληθυσμός βάσει απογραφής 2011………...48

Πίνακας 4.2 Γεωθερμικό Πεδίο χαμηλής Θερμοκρασίας Αρίστηνου Αλεξανδρούπολης……….52

Πίνακας 4.3 Θερμοκρασίες στην περιοχή μελέτης βάσει του γεωθερμομέτρου……….56

Πίνακας 4.4 Προϊόντα, παραπροϊόντα & υποπροϊόντα παραγωγικών γεωτρήσεων…...57

Πίνακας 4.5 Δημοτικά κτίρια Αρίστηνου και Άνθειας Αλεξανδρούπολης……….60

Πίνακας 4.6 Απαιτούμενες συνθήκες εσωτερικών χώρων κολυμβητηρίου………66

Πίνακας 4.7 Δαπάνες γεωθερμίας εκ του συνολικού προϋπολογισμού……….….69

Πίνακας 4.8 Επιπλέον δαπάνες εκ του συνολικού προϋπολογισμού……….….70

(15)

(16)

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ

Εικόνα 2.1 Η παλαιότερη πισίνα με τροφοδότηση εκ θερμής πηγής (3^ο αι. π.Χ.)……...17

Εικόνα 2.2 Δημόσια λουτρά με χρήση θερμών πηγών στην Αγγλία (1^ος αι. μ.Χ.)……..18

Εικόνα 2.3 Η θερμοκρασία στη γη………...19

Εικόνα 2.4 Ηλεκτροπαραγωγή από γεωθερμία………26

Εικόνα 2.5 Γεωθερμικές περιοχές στην Ελλάδα (2009)……….…..27

Εικόνα 2.6 Χάρτης περιοχής δραστηριοποίησης των ‘’The Geysers’’………29

Εικόνα 2.7 Εγκαταστάσεις συγκροτήματος γεωθερμικών μονάδων ‘’The Geysers’’….30 Εικόνα 3.1 Κύκλος βίο-οικολογικής αρχιτεκτονικής………...33

Εικόνα 3.2 Μέρη γεωθερμικού συστήματος………35

Εικόνα 3.3 Γεωθερμικό σύστημα κλιματισμού σε κατοικία………36

Εικόνα 3.4 Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας………...…38

Εικόνα 3.5 Κατασκευή οριζόντιου γεωεναλλάκτη κλειστού κυκλώματος………..39

Εικόνα 3.6 Κατακόρυφο και οριζόντιο κλειστό γεωθερμικό σύστημα………....39

Εικόνα 3.7 Κλειστό οριζόντιο και κωνικό σύστημα……….…40

Εικόνα 3.8 Σύστημα ανοιχτού κυκλώματος………...40

Εικόνα 3.9 Ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης και ψύξης………41

Εικόνα 3.10 Μονάδες εξαναγκασμένης ανακυκλοφορίας αέρα (fan coil units)………..41

Εικόνα 3.11 ‘’Πράσινο’’ Κτίριο Jason στη Λευκωσία………..………….…..43

Εικόνα 4.1 Τοπογραφικός χάρτης Δήμου Αλεξανδρούπολης………..49

Εικόνα 4.2 Δήμοι Π.Ε. Έβρου……….49

Εικόνα 4.3 Αριστήνο Αλεξανδρούπολης……….50

Εικόνα 4.4 Διάγραμμα ροής του γεωθερμικού ρευστού………...…63

Εικόνα 4.5 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση υψηλής θερμοκρασίας...63

Εικόνα 4.6 Εκμετάλλευση γεωθερμικής ενέργειας για ζήτηση χαμηλής θερμοκρασίας.64 Εικόνα 4.7 Λειτουργία των αντλιών θερμότητας κατά τη χειμερινή περίοδο…………..67

Εικόνα 4.8 Λειτουργία των αντλιών θερμότητας κατά τη θερινή περίοδο……...……..68

Εικόνα 4.9 Σενάρια εξοικονόμησης ενέργειας με χρήση ΑΠΕ………...69

(17)

(18)

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΓΡΑΦΗΜΑΤΩΝ

Γράφημα 1.1 Διείσδυση ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο………...10 Γράφημα 1.2 Βιώσιμη ανάπτυξη (Στόχος της Οδηγίας 2001/42/ΕΚ)………...…12

(19)

Εισαγωγή

Η παραγωγή ενέργειας με στόχο την ικανοποίηση των ανθρώπινων αναγκών αποτελεί μια πολύ σημαντική οικονομική και κοινωνική δραστηριότητα. Το κόστος της ενέργειας αυτής έχει αποτελέσει αντικείμενο ποικίλων μελετών και ερευνών διαχρονικά, καθώς η αποτελεσματική διαχείριση της διαμορφώνεται από την επίτευξη του καλύτερου δυνατού αποτελέσματος με το ελάχιστο κόστος.

Η διαρκώς αυξανόμενη όμως κατανάλωση ενέργειας και η αναζήτηση νέων φιλικών προς το περιβάλλον ενεργειακών πηγών, έθεσαν τις βάσεις για το πλαίσιο της ενεργειακής κρίσης. Βέβαια, η υφιστάμενη ενεργειακή κρίση αποτελεί κυρίως πετρελαϊκή κρίση, λόγω του ότι το πετρέλαιο καλύπτει περίπου το 60% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας.

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν λύση στο θέμα της ενεργειακής κρίσης.

Πολλές χώρες όπως η Γερμανία, η Ισπανία, η Δανία κ.α. έχουν προχωρήσει πολύ στην ανάπτυξη και αξιοποίηση αυτών των πηγών. Οι δυνατότητες που έχουν οι Α.Π.Ε. για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι αξιόλογες και λόγω του ότι συνδυάζουν πολλά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα απαιτείται η άμεση αξιοποίηση τους.

Η γεωθερμία που στηρίζεται στην άντληση θερμότητας από τα βάθη της γης προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, περικλείει ένα πλήθος δυνατοτήτων με ελάχιστες επιπτώσεις στο περιβάλλον και την κοινωνία, συγκριτικά με τις υπόλοιπες εναλλακτικές μορφές ενέργειας. Η αξιοποίηση της έχει καταγραφεί και ιστορικά, καθώς υπάρχουν αναφορές για τη χρήση των θερμών πηγών από τους αρχαίους Έλληνες και άλλους πληθυσμούς.

Στην Ελλάδα, ενώ έρευνες έχουν αποδείξει τη δυναμική των γεωθερμικών πεδίων, ακόμη δεν έχει προχωρήσει επαρκώς η αξιοποίηση τους. Σε πολλές δε περιπτώσεις είναι αξιοσημείωτη η αντίδραση των τοπικών κοινωνιών λόγω ελλιπούς ενημέρωσης και πληροφόρησης.

(20)

Κουρτίδης Νικόλαος Έτος: 2014

Παπαϊωαννίδου Ελπίδα -20-

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1^ο ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (Α.Π.Ε.)

1.1 Γενικά στοιχεία

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) ορίζονται σύμφωνα με την Οδηγία 2001/77/ΕΚ, οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δηλαδή: η αιολική, η ηλιακή, η γεωθερμική, η ενέργεια κυμάτων, η παλιρροϊκή ενέργεια, η υδραυλική ενέργεια, τα αέρια τα εκλυόμενα από χώρους υγειονομικής ταφής, από εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού και τα βιοαέρια (ΥΠΕΚΑ).

Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αντίθετα από τις προερχόμενες πηγές ενέργειας από τα ορυκτά καύσιμα βρίσκονται σε σταθερή προσφορά και δεν υπόκεινται στο νόμο της εξάντλησης (Φαναριώτης, 2009).

Οι Α.Π.Ε. που αξιοποιούνται κυρίως για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι: ο ήλιος, ο αέρας, το νερό, η βιομάζα, η κυματική ενέργεια και η εκπεμπόμενη θερμότητα από τη γη. Η διαχρονικότητα της ασφάλειας στη χρήση και η συμβολή στην προστασία του περιβάλλοντος καθορίζουν την ποιότητα των εναλλακτικών ενεργειακών πηγών (Φαναριώτης, 2009).

Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα τους είναι (ΚΑΠΕ):

α) πρακτικά ανεξάντλητες ενεργειακές πηγές

β) αξιόλογη η συμβολή τους στη μείωση της εξάρτησης από συμβατικούς ενεργειακούς πόρους

γ) συμβολή στη σταθεροποίηση ή και μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων θερμοκηπίου

δ) εγχώριες πηγές ενέργειας, γεωγραφικά διάσπαρτες

ε) συνεισφορά στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας

ζ) συμβολή στη διαμόρφωση ενός αποκεντρωμένου ενεργειακού συστήματος η) κάλυψη ενεργειακών αναγκών σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο

θ) κάλυψη μεγάλου φάσματος ενεργειακών αναγκών των χρηστών

ι) χαμηλό (συνήθως) λειτουργικό κόστος ανεπηρέαστο από τις διεθνείς οικονομικές διακυμάνσεις

κ) δημιουργία νέων θέσεων εργασίας, αναζωογόνηση υποβαθμισμένων περιοχών

Το πρόβλημα που διαμορφώνεται όμως με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, εντοπίζεται στο γεγονός πως ενώ παρουσιάζουν αξιόλογα περιβαλλοντικά

(21)

πλεονεκτήματα, έχουν συμπληρωματικό ρόλο στο πρόβλημα αυτό και δεν είναι δυνατό (τουλάχιστον για τα επόμενα χρόνια) να επιλύσουν από μόνες τους το ενεργειακό πρόβλημα. Εξαιτίας των περιορισμένων αποδόσεων και του σχετικά υψηλού τους κόστους δε σημείωσαν μέχρι σήμερα την ανάπτυξη που αναμενόταν (Φαναριώτης, 2009).

Σύμφωνα με δημοσιευμένα στοιχεία του ΥΠΕΚΑ, σε εθνικό επίπεδο η διείσδυση των ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο παρουσιάζεται αναλυτικά στο ακόλουθο γράφημα 1.1. (ΥΠΕΚΑ).

Γράφημα 1.1 Διείσδυση ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο.

(Πηγή: http://www.ypeka.gr/?tabid=285)

1.2 Περιβάλλον και Α.Π.Ε.

Στη σημερινή εποχή περισσότερο από κάθε άλλη υπάρχει μια έντονη στροφή σε οτιδήποτε αφορά την προστασία του περιβάλλοντος. Όλοι οι κλάδοι της ανθρώπινης δραστηριοποίησης οφείλουν να λαμβάνουν το περιβάλλον ως βασικό συντελεστή κάθε ενέργειας.

Οι παρεμβάσεις του ανθρώπου διαχρονικά δημιούργησαν πολλά προβλήματα και καταστροφές στο περιβάλλον. Μια εκ των παρεμβάσεων αυτών σχετίζεται με τις μεγάλες ποσότητες ενέργειας, που απαιτούνται στη σύγχρονη κοινωνία για κάλυψη ποικίλων αναγκών όπως θέρμανση, ηλεκτρισμό, μεταφορές κ.α.

(22)

Για τη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος από την παραγωγή ενέργειας έχουν ορισθεί πολλές λύσεις μέχρι σήμερα, οι σημαντικότερες εκ των οποίων αφορούν τις ΑΠΕ. Αναμφίβολα οι ΑΠΕ έχουν και αυτές ορισμένες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όμως κρίνονται γενικά μικρότερου βαθμού (Κούκος, 2012).

Η ανάδειξη των παγκόσμιων περιβαλλοντικών ζητημάτων ήταν αυτή που οδήγησε στη μελέτη και αξιοποίηση των ΑΠΕ. Για πολλές χώρες οι πηγές αυτές αποτελούν κύρια εγχώρια πηγή ενέργειας με προοπτικές περαιτέρω ανάπτυξης. Η συνεισφορά τους στο ενεργειακό ισοζύγιο είναι σημαντική, συμβάλλοντας έτσι στη μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο και παράλληλα στη στήριξη της ασφάλειας που σχετίζεται με τον ενεργειακό εφοδιασμό. Η αξιοποίηση των ΑΠΕ δεν επιβαρύνει το περιβάλλον, αντιθέτως το προστατεύει καθώς δε συμβάλει στην παραγωγή ρύπων και αποβλήτων (ΚΑΠΕ).

Μελέτες και έρευνες που έχουν πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα, έχουν αποδείξει πως ο ενεργειακός τομέας είναι αυτός που σε μεγάλο βαθμό ευθύνεται για την περιβαλλοντική ρύπανση. Συγκεκριμένα, περίπου το 95% της ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχει αποδοθεί στην παραγωγή, το μετασχηματισμό καθώς και τη χρήση των συμβατικών καυσίμων.

Μια εκ των χωρών που διαθέτει σημαντικό δυναμικό ΑΠΕ είναι και η Ελλάδα, για την οποία και μπορούν να αποτελέσουν μια αξιόλογη εναλλακτική ενεργειακή λύση (ΚΑΠΕ).

Γενικά, οι δυνατότητες εκμετάλλευσης των Α.Π.Ε. προσδιορίζονται από τις εναλλακτικές ενεργειακές πηγές που μπορούν να υποκαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα, με τον ίδιο βαθμό απόδοσης, με ανταγωνιστικό επίπεδο τιμών και κυρίως με φιλική συμπεριφορά προς το περιβάλλον. Το περιβάλλον είναι η βασική παράμετρος για την επιλογή χρήσης των Α.Π.Ε. (Φαναριώτης, 2009).

1.3 Αρχές Βιωσιμότητας και αειφορίας

Το Διεθνές Συνέδριο του ΟΗΕ για το Περιβάλλον που πραγματοποιήθηκε στη Στοκχόλμη το 1972, έθεσε τις βάσεις για την αειφόρο ανάπτυξη, θέτοντας το περιβάλλον στην πολιτική ατζέντα. Επίσης η Διεθνής Σύσκεψη του ΟΗΕ για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη στο Ρίο το 1992, όρισε μια στρατηγική για την αντιμετώπιση των περιβαλλοντικών ζητημάτων και των αναπτυξιακών προκλήσεων, με στόχο μια παγκόσμια προσπάθεια για αειφόρο ανάπτυξη. Προϊόν της Διάσκεψης αυτής ήταν η

(23)

Agenda 21 περί ενός βιώσιμου σχεδίου ανάπτυξης. Ακολούθως το έτος 2002 στο Γιοχάνεσμπουργκ, η Διεθνής Διάσκεψη του ΟΗΕ ανέλυσε την μετά το Ρίο πρόοδο και διαμόρφωσε ένα πιο εξελιγμένο Σχέδιο Υλοποίησης (Παναγιωτακόπουλος, 2007).

Συνολικά οι Διεθνείς αυτές συσκέψεις είχαν ως βάση το όραμα της αειφόρου ανάπτυξης σε όλους τους τομείς δραστηριοποίησης του ανθρώπου. Εξάλλου οι τρεις βασικοί παράγοντες δημιουργίας του περιβαλλοντικού προβλήματος είναι: ο πληθυσμός, η κατανάλωση και η τεχνολογία παραγωγής αγαθών και υπηρεσιών, δηλαδή το σύνολο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων (Παναγιωτακόπουλος, 2007).

Βάσει του ορισμού που δίνει ο Παναγιωτακόπουλος (2007): «Μια ανάπτυξη είναι αειφόρος όταν λαμβάνει υπόψη της: α) τους κοινωνικούς, οικολογικούς και οικονομικούς παράγοντες, β) τους έμβιους και άβιους πόρους και γ) τα μακροπρόθεσμα και βραχυπρόθεσμα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των εναλλακτικών δράσεων».

Δηλαδή είναι σημαντικό η ανάπτυξη να ικανοποιεί τις ανάγκες της παρούσας γενιάς, χωρίς όμως να διακινδυνεύει η δυνατότητα των μελλοντικών γενιών να ικανοποιήσουν τις δικές τους. Βιώσιμη ανάπτυξη λοιπόν είναι η ανάπτυξη που επιζεί, ενώ αειφόρος αυτή που επιζεί καλά.

Γράφημα 1.2 Βιώσιμη ανάπτυξη (Στόχος της Οδηγίας 2001/42/ΕΚ).

(24)

(http://www.day-after.gr/datafiles/file/Presentation134.jpg)

1.4 Κατανομή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Εξετάζοντας την διαχρονική πορεία της κατανομής των διαφόρων μορφών ΑΠΕ παρατηρούνται λογικές διακυμάνσεις. Συγκεκριμένα για το έτος 2005 η εν λόγω κατανομή ήταν¹:

1) 66,1% βιομάζα

2) 22,2% υδραυλική ενέργεια 3) 5,5% αιολική ενέργεια 4) 5,5% γεωθερμική ενέργεια 5) 0,7% ηλιακή ενέργεια

Βάσει της Ευρωπαϊκής Οδηγίας 28/2009 σχετικά με την προώθηση των ΑΠΕ ορίζεται ως στόχος η συμμετοχή της παραγόμενης ενέργειας από ΑΠΕ σε ποσοστό 20%

έως το 2020. Το αντίστοιχο ποσοστό αύξησης σε κάθε χώρα της Ε.Ε. ορίζεται στο 5,5%

με βάση τα επίπεδα του έτους 2005 και η υπολειπόμενη αύξηση διαμορφώνεται βάσει του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος ανά κάτοικο (ΤΕΕ, 2011).

Οι σημαντικότερες δυσκολίες για την επίτευξη του προαναφερόμενου στόχου εντοπίζονται στα ακόλουθα:

 υψηλό επενδυτικό κόστος και μη συνυπολογισμός του εξωτερικού κόστους (ιδίως σχετικά με τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία ή στο περιβάλλον)

 προβλήματα συνδεόμενα με τις διαδικασίες εγκατάστασης, καθώς και τον αποκεντρωμένο χαρακτήρα των περισσότερων εφαρμογών ΑΠΕ

 αδιαφανείς διατάξεις ως προς την πρόσβαση στο δίκτυο

 ανεπαρκής ενημέρωση των προμηθευτών -πελατών -εγκαταστατών

Αξίζει να τονισθεί πως το μερίδιο των ΑΠΕ παρουσιάζει σημαντική αύξηση στο σύνολο των διαθέσιμων καυσίμων συμβάλλοντας αξιόλογα στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην Ε.Ε. Σύμφωνα με εκτιμήσεις της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, ο στόχος του 20% θα οδηγήσει σε μείωση 600-900 εκατ. τόνων CO2 ετησίως και

1 http://europa.eu/legislation_summaries/energy/renewable_energy/l27065_el.htm

(25)

συνεπώς εξοικονόμηση περίπου 150- 200 δις ευρώ, εφόσον η τιμή ανά τόνο του CO2

ανέρχεται σε 25 ευρώ¹.

1.5 Εξελίξεις και προβλήματα στον τομέα των Α.Π.Ε.

Παρά το γεγονός πως στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας η ‘’πρώτη ύλη’’ παρέχεται δωρεάν, εν τούτοις οι βιομηχανίες που ασχολούνται με την αξιοποίηση τους διαθέτουν μεγάλα χρηματικά ποσά προς εύρεση τρόπων εκμετάλλευσης της ενέργειας αυτής και μετατροπής της σε ηλεκτρική. Αναμφίβολα οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν μπορούν να ανταγωνιστούν ακόμη σε απόδοση και τιμές τα ορυκτά καύσιμα. Έτσι απαιτείται η ανάγκη ειδικών κυβερνητικών παρεμβάσεων προς διευκόλυνση της αξιοποίησης των ΑΠΕ.

Ακόμη και η ίδια η φύση των εναλλακτικών πηγών ενέργειας δημιουργεί μια σειρά προβλημάτων, που επιδρούν στη λειτουργία του συστήματος μεταφοράς της παραγόμενης ενέργειας. Ειδικά οι βιομηχανίες παραγωγής ενέργειας που στηρίζονται στην εκμετάλλευση του αέρα και του ήλιου, υπόκεινται σε αναγκαστικές διακοπές λόγω των υφιστάμενων ατμοσφαιρικών συνθηκών (νηνεμία, νέφωση κ.α.).

Αναμφίβολα τις δύο τελευταίες δεκαετίες η αλλαγή των δεδομένων είναι εμφανής.

Τα κόστη για ορισμένες ΑΠΕ μειώνονται σε διεθνές επίπεδο στο πλαίσιο των νέων εφαρμοζόμενων τεχνολογιών και του αυξημένου ενδιαφέροντος των κυβερνήσεων, προς ενίσχυση των προσπαθειών στροφής στη χρήση των ΑΠΕ (Φαναριώτης, 2009).

Η εξέλιξη των ΑΠΕ θα μπορούσε να είναι ακόμη πιο θετική αν στο κόστος των ορυκτών καυσίμων συμπεριλαμβανόταν και το περιβαλλοντικό κόστος. Βέβαια πολλοί ειδικοί και κυρίως οικονομολόγοι υποστηρίζουν πως το κόστος των ορυκτών καυσίμων δε θα πρέπει να εξετάζεται με απόλυτα ενεργειακά κριτήρια, καθώς οι οικονομικές επιπτώσεις της χρήσης τους στο περιβάλλον και την κοινωνία είναι πολύ σημαντικές.

Ωστόσο η περιορισμένη απόδοση (λόγω του κόστους και της περιορισμένης αξιοποίησης) είναι ένα ακόμη σημαντικό εμπόδιο στην ανάπτυξη των ΑΠΕ (Φαναριώτης, 2009).

Γενικά η θέση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σταδιακά αναβαθμίζεται λόγω:

 των κινδύνων από την υπερκατανάλωση των ορυκτών καυσίμων

 της απαιτούμενης σταθεροποίησης της ενεργειακής ασφάλειας

(26)

 του συνεχώς αυξανόμενου κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας

 της εξέλιξης και ανάπτυξης των σχετικών τεχνολογιών

1.6 Παγκόσμια ενεργειακή κατάσταση

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν μια λύση για το μέλλον της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης. Η υφιστάμενη όμως ενεργειακή κατάσταση χαρακτηρίζεται από (Gardel, 1981, Mc Veigh, 1984):

1) συνεχή αύξηση ως προς τη ζήτηση ενέργειας.

Ειδικότερα η ζήτηση της ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει με πολύ μεγάλο ρυθμό, συγκριτικά με τη ζήτηση στον υπόλοιπο ενεργειακό τομέα.

2) αναζήτηση και εύρεση νέων ενεργειακών πηγών και περισσότερο αποδοτικών μεθόδων προς μετατροπή της ενέργειας.

3) ανησυχία για την περιβαλλοντική ρύπανση κατά την παραγωγή ενέργειας 4) ανησυχία για την εξάντληση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων.

H κατανάλωση ενέργειας διαφοροποιείται σημαντικά από χώρα σε χώρα, εξαρτώμενη από παράγοντες όπως (ΚΕΠΕ, 1991):

α) υφιστάμενο επίπεδο οικονομικής και κοινωνικής ανάπτυξης β) αποδοτικότητα ενεργειακού τομέα

γ) επίπεδο ενεργειακής αυτοδυναμίας δ) κλιματολογικές συνθήκες

Κύριος στόχος κάθε χώρας είναι σήμερα η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και ιδίως του πετρελαίου και σε κάθε περίπτωση ο έλεγχος και η ορθή διαχείριση της, λαμβανομένης υπόψη της παγκόσμιας ενεργειακής κρίσης. Αποδεδειγμένα ο ορθότερος τρόπος συγκράτησης της κατανάλωσης είναι αναμφίβολα η αύξηση της ενεργειακής απόδοσης και γενικά η εξοικονόμηση ενέργειας (Τσατήρης, 2002).

Το πετρέλαιο παραμένει βέβαια κύρια πηγή ενέργειας καθώς καλύπτει το 38% των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών, ενώ ακολουθεί ο άνθρακας (26%) και το φυσικό αέριο (21%). Η πλειοψηφία των χωρών παγκοσμίως εξαρτάται σε ποσοστό άνω του 75%

από εισαγωγές πετρελαίου για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών. Βάσει όμως των

(27)

σημερινών αποθεμάτων και της υφιστάμενης ζήτησης, το υπάρχον πετρέλαιο θεωρείται πως επαρκεί για ακόμη 40 χρόνια περίπου (Τσατήρης, 2002).

Το φυσικό αέριο θεωρείται επίσης πως και αυτό έχει ένα χρονικό ορίζοντα ζωής 60 ετών (ακόμη). Η αύξηση της κατανάλωσης του οφείλεται στην αντίστοιχη αύξηση της ζήτησης του από χώρες της Κ. Ευρώπης, της Ασίας και της Ν. Αμερικής. Όσον αφορά τα καταγεγραμμένα αποθέματα στερεών καυσίμων, βάσει των ισχυόντων ρυθμών παραγωγής και κατανάλωσης υπολογίζεται πως επαρκούν για ακόμη 235 έτη (OECD, 1990).

Στην Ελλάδα, η ενεργειακή κατάσταση χαρακτηρίζεται από μεγάλη σπατάλη ενέργειας. Συγκεκριμένα, το 78,4% της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε λιγνιτικές μονάδες, το 14,2% από θερμικούς σταθμούς με χρήση υγρών καυσίμων και το υπόλοιπο ποσοστό από υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Συνολικά το ενεργειακό ισοζύγιο που καλύπτεται από εγχώριες ενεργειακές πηγές φτάνει το 43,3% (Στούρνας, κ.α., 2000).

(28)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2^ο ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ 2.1 Ιστορικά στοιχεία

Η γεωθερμική ενέργεια και γενικά τα θερμά νερά ήταν γνωστά στην αρχαιότητα και θεωρούνταν εξαιρετικές οι θεραπευτικές τους ιδιότητες. Τα Ασκληπιεία και πολλοί άλλοι ιεροί χώροι δε βρίσκονταν τυχαία κοντά σε θερμές πηγές. Τα Ομηρικά Έπη καθώς και γραπτά του Ηροδότου, του Παυσανία, του Στράβωνα, του Αριστοτέλη κ.α.

μαρτυρούν τη σημαντικότητα των θερμών πηγών για τους αρχαίους Έλληνες. Η χρήση του νερού των θερμών πηγών για ιαματικούς και θρησκευτικούς σκοπούς αποτυπώθηκε και σε πολλά αγγεία που έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα. Γνωστές ήταν επίσης οι ‘’Θέρμες του Ηρακλή’’ (Τσιλιγκιρίδης, 2007).

Στην Κίνα, την Ιαπωνία και την Αμερική υπάρχουν επίσης πολλές μαρτυρίες στον κλάδο της τέχνης που αποδεικνύουν τη χρήση των φυσικών θερμών ρευστών από τους αρχαίους λαούς. Αξίζει να επισημανθεί πως οι Ετρούσκοι και οι Ρωμαίοι συγκεκριμένα χρησιμοποιούσαν τις θερμές πηγές για τη θέρμανση των κατοικιών τους. Ο Γαλήνος το 2^ο αιώνα μ.Χ. δημιούργησε και τα πρώτα θερμοκήπια από τα οποία παρήγαγε φρούτα εκτός εποχής (Τσιλιγκιρίδης, 2007).

Η παλαιότερη πισίνα που έχει εντοπισθεί χρονολογείται από τον 3^ο αιώνα π.Χ. και αποδίδεται στη δυναστεία των Qin. Πρόκειται για μια πέτρινη πισίνα που βρέθηκε στο όρος Lisan της Κίνας και στηριζόταν η τροφοδότηση της σε θερμή πηγή της περιοχής.

Πρόκειται ουσιαστικά για την πρώτη μορφή ‘’spa’’ (Τσιλιγκιρίδης, 2007).

Εικόνα 2.1 Η παλαιότερη πισίνα με τροφοδότηση εκ θερμής πηγής (3^ο αι. π.Χ.)

(29)

Η κατασκευή των πρώτων δημόσιων θερμών λουτρών (εικόνα 2.2) με χρήση θερμών πηγών έγινε τον 1^ο αιώνα μ.Χ. στη σημερινή πόλη Bath της Αγγλίας. Η κατασκευή τους οφείλεται στους Ρωμαίους, όπου με την κατάκτηση ενός τμήματος της Αγγλίας δημιούργησαν αυτά τα λουτρά όχι μόνο προς δημόσια χρήση αλλά και ως χώρους προσκυνήματος αφιερωμένους στη θεά Minerva. Παράλληλα χρησιμοποίησαν τις θερμές πηγές της περιοχής και για την επιδαπέδια θέρμανση των χώρων. Η χρήση των συγκεκριμένων λουτρών είχε κάποιο κόστος και αυτό αποτελεί την πρώτη εμπορική χρήση της γεωθερμικής ενέργειας (Τσιλιγκιρίδης, 2007).

Εικόνα 2.2 Δημόσια λουτρά με χρήση θερμών πηγών στην Αγγλία (1^ος αι. μ.Χ.).

Αρκετούς αιώνες αργότερα – τον 14^ο αιώνα- η γεωθερμία αξιοποιήθηκε για θέρμανση στην περιοχή Claudes-Aigues της Γαλλίας. Ακολούθως στις αρχές του 19^ου αιώνα χρησιμοποιήθηκε υπέρθερμος ατμός προς παραγωγή βορικού οξέος και θέρμανση κτιρίων στο Larderello της Ιταλίας. Στην περιοχή αυτή το 1904 πραγματοποιήθηκε η πρώτη προσπάθεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της χρήσης φυσικών ατμών και στέφθηκε με επιτυχία.

2.2 Ορισμός και βασικά χαρακτηριστικά

Η θερμότητα που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της γης αποτελεί τη γεωθερμική ενέργεια, που είτε βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια της γης είτε όχι. Πρόκειται για μια ήπια και ανανεώσιμη ενεργειακή πηγή. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα αποτελεί απόδειξη της ύπαρξης θερμότητας στο εσωτερικό της γης. Η περιεχόμενη θερμότητα στα

(30)

διάφορα στρώματα του εσωτερικού της γης αποτελεί την αιτία των ποικίλων γεωλογικών φαινομένων σε παγκόσμιο επίπεδο.

Εικόνα 2.3 Η θερμοκρασία στη γη

Μέσω της διάνοιξης ειδικών φρεάτων προσεγγίζονται αυτές οι πηγές θερμότητας και πραγματοποιείται άντληση της ενέργειας και ακολούθως αξιοποίηση της. Στο μεγαλύτερο ποσοστό οι αναδυόμενες θερμοκρασίες είναι υψηλές και η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (Φαναριώτης, 2009).

Τα γεωθερμικά πεδία που αξιοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας χαρακτηρίζονται ως χαμηλής, μέσης και υψηλής ενθαλπίας. Ιδιαίτερα στα κτίρια, οι εφαρμογές στοχεύουν στην εκμετάλλευση της χαμηλής ενθαλπίας μέσω της χρήσης γεωθερμικών αντλιών θερμότητας (ΤΕΕ, 2011).

H γεωθερμική ενέργεια περιλαμβάνει την παγίδευση της ενέργειας των υπόγειων θερμικών ταμιευτήρων σε περιοχές με ενεργή ηφαιστειότητα. Ο ατμός αντλείται μέσω του εδάφους σε τουρμπίνες που θέτουν σε λειτουργία τις ηλεκτρικές γεννήτριες. Στην Ελλάδα η μεγαλύτερη γεωθερμική εγκατάσταση βρίσκεται στη Μήλο και λειτουργεί υπό την αιγίδα της ΔΕΗ (Camp & Daugherty,1998).

Γενικά η θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού δεν είναι σταθερή αλλά ποικίλει από περιοχή σε περιοχή και κυμαίνεται μεταξύ 25-350^οC. Οι υψηλές θερμοκρασίες των γεωθερμικών ρευστών αξιοποιούνται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Αντίθετα οι χαμηλότερες θερμοκρασίες αξιοποιούνται για τη θέρμανση κτιρίων, θερμοκηπίων, κτηνοτροφικών μονάδων κ.α.

Συνεπώς, κάνοντας λόγο για γεωθερμία γίνεται αναφορά στη θερμική ενέργεια του φλοιού της γης και την ενέργεια της λάβας των ηφαιστείων η οποία δεν προέρχεται από

(31)

το φλοιό της γης. «Η θερμική ενέργεια του φλοιού της γης προέρχεται από τη διάπυρη μάζα του εσωτερικού της, που βρίσκεται σε υγρή ή ημιυγρή κατάσταση κάτω από το φλοιό της και έχει πάχος 15-16 χλμ» (Τσατήρης, 2002).

Αξίζει να επισημανθεί πως η γεωθερμία δεν είναι ουσιαστικά ανανεώσιμη μορφή ενέργειας, αλλά συμπεριλαμβάνεται στις εναλλακτικές μορφές ενέργειας, καθώς το γεωθερμικό δυναμικό θεωρείται ανεξάντλητο εξαιτίας των τεράστιων αποθεμάτων θερμότητας (Τσατήρης, 2002).

Βάσει του θερμοκρασιακού της επιπέδου η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να έχει διάφορες χρήσεις.

Α) Η Υψηλής Ενθαλπίας (>150 °C) είναι κατάλληλη για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Β) Η Μέσης Ενθαλπίας (80-150 °C) χρησιμοποιείται για θέρμανση ή ξήρανση αγροτικών προϊόντων και ξυλείας, ή και για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Γ) Η Χαμηλής Ενθαλπίας (25-80 °C) είναι κατάλληλη κυρίως για θέρμανση χώρων και θερμοκηπίων, για ιχθυοκαλλιέργειες ή παραγωγή γλυκού νερού.

2.3 Θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος

Όσο απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια του εδάφους και αυξάνεται το βάθος αυξάνεται αντίστοιχα και η θερμοκρασία του εδάφους. Αυτός ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας ως προς το βάθος από την επιφάνεια της γης αποτελεί τη γεωθερμική βαθμίδα, η οποία κυμαίνεται μεταξύ 5-70^ο C/ km με μέση τιμή 1^ο C ανά 30m. Λόγω των πολύ υψηλών θερμοκρασιών που επικρατούν στο εσωτερικό της γης, υπάρχει μια συνεχής ροή θερμότητας προς το φλοιό.

Η θερμοκρασιακή κατανομή στο υπέδαφος καθορίζει τις εφαρμογές της κανονικής γεωθερμίας. Τα θερμικά χαρακτηριστικά εδαφών και πετρωμάτων επηρεάζονται από ορισμένες γεωλογικές παραμέτρους, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο πλαίσιο της εγκατάστασης συστημάτων θέρμανσης ή ψύξης χώρων μέσω της κανονικής γεωθερμίας.

Οι σημαντικότερες εξ’ αυτών είναι (ΤΕΕ, 2011):

α) τα φυσικά χαρακτηριστικά των εδαφών και των πετρωμάτων β) η πραγματική πυκνότητα ή το ειδικό βάρος

γ) η φαινόμενη πυκνότητα ή το βάρος ανά μονάδα όγκου δ) το πορώδες του εδάφους

(32)

ε) η υγρασία του εδάφους

ζ) η ογκομετρική περιεκτικότητα σε νερό η) η ειδική θερμότητα

θ) η ειδική θερμική αγωγιμότητα ι) η ειδική θερμική διαχυτότητα

Η μέση ειδική θερμοχωρητικότητα των εδαφών αποτελεί το άθροισμα των θερμοχωρητικοτήτων των συστατικών που αποτελούν το έδαφος. Αν ms, mw, ma και mo

είναι οι μάζες σε kg των στερεών συστατικών του εδάφους, του εδαφικού νερού, του αέρα που περιέχεται στο έδαφος και της οργανικής ύλης αντίστοιχα και cs, cw, ca και co η ειδική θερμότητα των προαναφερθέντων τότε (ΤΕΕ, 2011):

C = ms x cs + mw x cw + ma x ca + mo x co

Ορισμένες ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών του εδάφους παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα 2.1.

Πίνακας 2.1 Ενδεικτικές τιμές των θερμικών ιδιοτήτων ορισμένων υλικών Υλικό Φαινόμενη

πυκνότητα (*10³ kg/m³)

Ειδική θερμότητα

(J/kg/K)

Θερμοχωρητικότητα (*10³ J/m³/K)

Θερμική αγωγιμότητα

(W/m/K)

Χαλαζίας 2,65 733 1942 8,4

Εδάφη 2,65 733 1942 2,9

Εδάφη με οργανική ύλη

1,30 1926 2503 0,25

Νερό 1,00 4186 4186 0,6

Πάγος 0,90 2093 1883 2,5

Αέρας 0,0012 1005 1,20 0,026

(Πηγή: TEE, 2011)

2.3.1 Γεωθερμικοί εναλλάκτες

Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες αποτελούν συστήματα που αποβάλλουν ή απορροφούν ανάλογα θερμότητα από μια πηγή θερμότητας, μέσω της κυκλοφορίας του νερού ή κάποιου άλλου ρευστού, σε σωληνώσεις που ξεκινούν από τη γη και φτάνουν στο χώρο

(33)

που πρόκειται να θερμανθεί ή να ψυχθεί. Οι γεωθερμικοί εναλλάκτες διακρίνονται σε ανοικτού και κλειστού κυκλώματος².

Η επιλογή του κατάλληλου μεγέθους τους εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους και τις ενεργειακές απαιτήσεις. Στον ακόλουθο πίνακα 2.2 παραθέτονται αριθμητικά δεδομένα για τις αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών σε διαφόρους τύπους εδάφους προς θέρμανση και ψύξη.

Πίνακας 2.2 Αναμενόμενες αποδόσεις των κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών

Υλικά Ειδική θερμική απόδοση

Για 1800h λειτουργίας (W/m)

Για 2400h λειτουργίας (W/m)

Αμμοχάλικο, άμμος, ξηρό <25 <20

Αμμοχάλικο, άμμος, υγρό 65-80 55-65

Αμμοχάλικο και άμμος με ισχυρό ρεύμα υπόγειου νερού

80-100 80-100

Άργιλος, loam, υγρασία 35-50 30-40

Ασβεστόλιθος 55-70 45-60

Ψαμμίτης 65-80 55-65

Όξινος βράχος (π.χ. γρανίτης) 65-85 55-70 Όξινος βράχος (π.χ. βασάλτης) 40-65 35-55 (ΤΕΕ, 2011)

O απαιτούμενος αριθμός και το μήκος των γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους προσδιορίζονται από τους γερμανικούς κανονισμούς DIN. Στον πίνακα 2.3 παρουσιάζονται ορισμένες εκ των τιμών αυτών.

2 http://www.energyhomes.gr/material/pages/nrginfo/geoenallaktes.html

(34)

Πίνακας 2.3 Αριθμός και μήκος γεωθερμικών εναλλακτών βάσει της θερμικής αγωγιμότητας του εδάφους

Θερμική αγωγιμότητα (W/m/K)

Αριθμός U-tube Ενεργό μήκος U-tube (m)

Ολικό μήκος (m)

0,952 16 60,67 970

1,211 15 57,32 860

1,471 14 57,01 798

1,730 12 61,59 739

2,076 12 57,32 688

2,336 12 54,88 659

2,595 10 64,63 646

(ΤΕΕ, 2011)

2.4 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Σε περιοχές όπου υπάρχει διαθέσιμη η γεωθερμική ενέργεια, αυτή γενικά είναι φθηνή και καθαρή, δε ρυπαίνει το περιβάλλον και οι απαιτούμενες εγκαταστάσεις έχουν μικρό κόστος επένδυσης (Camp & Daugherty,1998).

To βασικότερο όμως πλεονέκτημα της έναντι των υπολοίπων ΑΠΕ είναι πως αποτελεί μια παροχή ενέργειας καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους, που δεν παρουσιάζει διακυμάνσεις και δίνει τη δυνατότητα πλήρους ανάκτησης και εκμετάλλευσης της υφιστάμενης υπεδαφικής θερμότητας . Όσον αφορά τον κλάδο της ηλεκτροπαραγωγής, ο ετήσιος συντελεστής απασχόλησης είναι σημαντικά υψηλότερος (0,98 ή 98%) συγκριτικά με τον αντίστοιχο της αιολικής ενέργειας (0,25-0.40) και των φωτοβολταικών (0,15-0,18).

Συνολικά τα πλεονεκτήματα διαμορφώνονται ως εξής:

 χαμηλό κόστος

 υψηλή απόδοση (3-5 φορές αποδοτικότερο το γεωθερμικό σύστημα από ένα συμβατικό)

 ανεξαρτησία από το πετρέλαιο θέρμανσης