Γεωθερμική ενέργεια Ήπια και σχετικά ανανεώσιμη μορφή ενέργειας Ενέργεια με τη μορφή θερμότητας που μεταδίδεται από το κέντρο της γης προς την επιφάνεια της Η θερμική ενέργεια που περιέχεται στα πετρώματα και στα ρευστά της γης ορίζεται σαν «γεωθερμική ενέργεια» (ASTM E-957 (Standard Terminology Relating to Geothermal Energy) )η οποία μεταδίδεται Με μοριακή αγωγή ( με ρυθμό 0,04 - 0,06 W/m 2 ) και Με κατακόρυφη μεταφορά (oρια των λιθοσφαιρικών πλακών)λιθοσφαιρικών πλακών

Γεωθερμικά Ρευστά νερό σε υγρή ή σε αέρια κατάσταση με άλλα στερεά ή αέρια συστατικά «Προϊόν» του γεωθερμικού πεδίου με αξιοποιήσιμο το θερμοενεργειακό του περιεχόμενο «Παραπροϊόν» οι υπάρχουσες προσμίξεις, κυρίως οι πρακτικά εκμεταλλεύσιμες «Υποπροϊόν», που θεωρείται το γεωθερμικό ρευστό που απομένει αφού ληφθεί από αυτό η θερμότητα του και τα παραπροϊόντα

Γεωθερμικά πεδία

Εντοπισμός αξιοποιήσιμου γεωθερμικού πεδίου Γήινη ροή θερμότητας Κατανομή των θερμοκρασιών στο υπέδαφος Μηχανισμό κυκλοφορίας των υπόγειων θερμών ρευστών σε συνδυασμό με τις γεωλογικές συνθήκες Φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των γεωθερμικών ρευστών Καθορισμό του τύπου του ταμιευτήρα μέσα στον οποίο βρίσκονται τα γεωθερμικά ρευστά Εκτίμηση του μεγέθους του γεωθερμικού πεδίου Αξιολόγηση των γεωθερμικών πεδίων με πειραματικές γεωτρήσεις Αξιολόγηση των επιπτώσεων στο περιβάλλον από την εκμετάλλευση ενός γεωθερμικού πεδίου

γεωθερμικό πεδίο «Βεβαιωμένο», πιστοποιημένο από ερευνητικές εργασίες με υψηλό βαθμό αξιοπιστίας συντελεστής ενεργειακής απόδοσης (COP): ο λόγος της αποδιδόμενης ενέργειας προς την ηλεκτρική κατανάλωση εποχικός συντελεστής ενεργειακής απόδοσης (SPF): η απόδοση του συστήματος εκμετάλλευσης της γεωθερμικής ενέργειας την περίοδο θέρμανσης/ψύξης «Πιθανό», από προκαταρκτική έρευνα

ΧώραΙσχύς (ΜW)Ενέργεια (TJ/έτος) ΧώραΙσχύς (ΜW) Ενέργεια (TJ/έτος) Αίγυπτος1/115/15Ν.Κορέα35,8/229753/1955 Αλγερία100/561586/1723Κροατία113,9/67555/469 Αμερική (ΗΠΑ)3766/ /56552Λιθουανία21/48599/412 Αργεντινή25,7/307449/3907Μ. Βρεττανία2,9/18721/850 Αρμενία1/115/15Μεξικό164,2/ /4023 Αυστραλία34,4/ Νέα Ζηλανδία307,9/ /9552 Αυστρία255,3/ /3728Νεπάλ1,1/2,722/74 Βέλγιο3,9/118107/547Νορβηγία6/330032/25200 Βενεζουέλα0,7/0,714/14Ολλανδία10,8/141057/10699 Βουλγαρία107,2/981637/1370Ονδούρα0,7/1,917/45 Γαλλία326/ /12929Ουγγαρία472,7/ /9767 Γεωργία250/256307/659Περού2,4/2,449/49 Γερμανία397/ /12765Πολωνία68,5/281275/1501 Γουατεμάλα4,2/2,3117/56Πορτογαλία5,5/2835/386 Δανία7,4/20075/2500Ρουμανία152,4/ /1265 Ελβετία547,3/ /7715Ρωσία308,2/ /6144 ΕΛΛΑΔΑ57,1/135385/938Σερβία80/ /1410 Ιαπωνία1167/ /25698Σλοβακία132,3/ /3067 Ινδία80/ /2545Σλοβενία42/105705/1153 Ινδονησία2,3/2,343/43Σουηδία377/ /45301 Ιορδανία153,3/ /1540Σκόπια81,2/47510/601 Ισλανδία1469/ /24361Ταϊλάνδη0,7/2,515/79 Ισραήλ63,3/821713/2193Τουρκία820/ /36886 Ιταλία325,8/ /9941Τυνησία23,1/44201/364 Καναδάς377,6/ /8873Τσεχία12,5/152128/922 Καραϊβική0,11Υεμένη1/115/15 Κένυα1,3/1610/127Φιλιππίνες1/3,325/40 Κίνα2282/ /75348Φινλανδία80,5/858484/8370 Κολομβία13,3/14266/287Χιλή0,4/9,17/132 ΧρήσηΠοσοστό (%)ΧρήσηΠοσοστό (%) Θέρμανση νερού42Ιχθυοκαλλιέργειες6 Θέρμανση/ψύξη χώρων23Βιομηχανικές χρήσεις5 Αντλίες Θερμότητας12Αγροτικά ξηραντήρια1 Θέρμανση θερμοκηπίων9Άλλες χρήσεις (π.χ. αφαλάτωση) 2 Μη – ηλεκτρικές χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας το 2000(πρώτος αριθμός) και το 2010(δεύτερος αριθμός) σε διάφορες χώρες Παγκόσμια κατανομή των εφαρμογών της εκμεταλλεύσιμης θερμικής ενέργειας από γεωθερμικές μονάδες ΧρήσηMW θερμότηταςΧρήσηMW θερμότητας Άμεση θέρμανση χώρων1,5Υδατοκαλλιέργειες9,5 Θέρμανση θερμοκηπίων/εδάφους 35Ιαματικά λουτρά39 Ξήρανση αγροτικών προϊόντων 0,3Γεωθερμικές αντλίες θερμότητας 90 Κατανομή της χρήσης της γεωθερμικής ενέργειας στην Eλλάδα

γεωθερμικό πεδίο Εστία: πολύ υψηλής θερμοκρασία (>600 ο C) μαγματικής διείσδυσης σε μικρά βάθη (5-10km) ή κανονικής θερμοκρασίας των πετρωμάτων του εσωτερικού της γης (κανονική γεωθερμική βαθμίδα) Ταμιευτήρας: λεκάνη από θερμά υδατοπερατά πετρώματα προς τα κάτω και αδιαπέραστα προς τα πάνω. Ρευστό: μέσο μεταφοράς της θερμότητας ΕνθαλπίαΘερμοκρασία ( ο C)Περιγραφή Υψηλή>150Ρευστά, κυρίως μίγμα υγρού &θερμού ατμού Μέση Χαμηλή Πολύ χαμηλή<25Κανονική*, ομαλή ή αβαθής Πάρα πολύ χαμηλή<0- *η ενέργεια που συγκεντρώνεται στην περίπτωση αυτή στην περιοχή, μόνιμα ή εποχικά στην επιφάνεια, χαρακτηρίζεται από τιμές θερμοκρασίας χαμηλότερες από την μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα

Γεωθερμικά πεδία Υδροθερμικά πεδία Πεδία χαμηλής θερμοκρασίας (Τ<150°C σε βάθος ~3km) Ανοικτός ταμιευτήρας ρευστού (οριζόντιο φρεάτιο – τοπικη διήθυση νερού) Κλειστός ταμιευτήρας ρευστού Πεδία υψηλής θερμοκρασίας (Τ>150°C σε βάθος ~2km) Ανοικτός ταμιευτήρας ρευστού (μέτρια συγκέντρωση ενέργειας) Κλειστός ταμιευτήρας ρευστού (μεγάλη συγκέντρωση ενέργειας) Πεδία ατμού (Τα>200°C σε βάθος ~1.5km) Κλειστός ταμιευτήρας κάτω από αδιαπέραστο έδαφος πυριοσχιστολιθικών πετρωμάτων (μεγάλη συγκέντρωση ενέργειας)

Ξηροί βράχοι Χαμηλής θερμοκρασίας (>150°C και βάθος < 3km) Υψηλής θερμοκρασίας (<250°C και βάθος ~3km) Πιεζογεωθερμικά πεδία – πεδία αλμυρών νερών – πεδία μάγματος Πιεζοθερμικά πεδία (Τ≈ °C – υψηλή πίεση σε βάθος 6-8 km) Πεδία με ρευστό μεγάλης αλμυρότητας (Τ>300°C και βάθος ~3km) Πεδία μάγματος (Τ>500°C και βάθος ~λίγα km)

Γεωθερμική μονάδα μεταφορά θερμότητας δια μέσου του ρευστού κεφαλή της γεώτρησης με την αντλία παραγωγής και τα υπόλοιπα εξαρτήματα σύστημα μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών από τον ταμιευτήρα μέχρι την επιφάνεια του εδάφους (σωληνώσεις) εναλλάκτη θερμότητας σύστημα διάθεσης των ρευστών (απόρριψης ή επανατροφοδοσίας)

Αβαθής γεωθερμία δεν χαρακτηρίζεται σαν γεωθερμικό δυναμικό θερμοκρασίες μικρότερες των ο C σε βάθη μέχρι 150m οικιακές χρήσεις θέρμανσης/ψύξης Νερό γεωθερμικών αντλιών θερμότητας από το υπέδαφος (σε μικρά βάθη), με θερμοκρασία 10 ο -30 ο C (ανοικτό κύκλωμα) από επιφανειακά νερά (θάλασσα, λίμνες ποτάμια) με θερμοκρασία 5-25 ο C (ανοικτό κύκλωμα) από εναλλάκτες θερμότητας εδάφους, με σταθερή θερμοκρασία γύρω στους 15 ο C, (κλειστό κύκλωμα) Μετρήσεις θερμοκρασίες εδάφους σε βάθος 1 m και 15 m στο Κορωπί Αττικής (Βραχόπουλος και Παπαγεωργάκης, 1998).

Εκμετάλλευση γεωθερμικών πεδίων Γεωθερμικά πεδία με ταμιευτήρες ατμού Υγρός ή ξηρός ατμός με % αερίων Ρευστό υπο πίεση Κατα την άνοδο ελάττωση πίεσης Γεωθερμικά πεδία με ταμιευτήρες νερού Ταμιευτήρας μεγάλης χωριτικότητας Πυκνότητα ροής θερμότητας Μεγάλη παροχή νερού/πηγάδι Γεωθερμικά πεδία ξηρών βράχων Δεν έχουν την ικανότητα να μεταφέρουν θερμότητα Μικρή επιφάνεια σε σχέση με τον όγκο τους Κατασκευή τεχνητού ταμιευτήρα

Εκμετάλλευση γεωθερμικών πεδίων Πιεζοθερμικά πεδία Νερό υπο πίεση ( Atm) Εκμετάλλευση : Θερμικής ενέργειας(Τ~ °C) Υδραυλικής ενέργειας (λόγω μεγάλης πίεσης) Θερμικής ενέργειας των φυσικών αερίων που περιέχουν Γεωθερμικά πεδία μάγματος Εκμεταλλεύσιμα πεδία βάθους μέχρι 3km-> δυνατή η διάνοιξη πηγαδιών και η κυκλοφορία ρευστου μέσα σε αυτα

Πρακτικά εκμεταλλεύσιμα γεωθερμικά πεδία Εκμεταλλεύσιμα υδροθερμικά γεωθερμικά πεδία Υγρή φάση ή Αέρια φάση Ταμιευτήρα μεγάλης χωρητικότητας σε βάθος μικρότερο των 2km Πυκνότητα ροής θερμότητας τουλάχιστον κατά 50% μεγαλύτερη της μέσης κανονικής τιμής και Μεγάλη παροχή νερού Γεωθερμικά πεδία με ταμιευτήρες «ατμού» ( ο C) μίγμα νερού και υγρού ατμού υγρός ατμός, όπου παρατηρείται συνύπαρξη νερού και υδρατμού ξηρός ατμός, όπου στον ταμιευτήρα υπάρχει μόνο ατμός ή ακόμα και υπέρθερμος ατμός με θερμοκρασία τουλάχιστον κατά 20 o C μεγαλύτερη από την θερμοκρασία εξάτμισης στις συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης. μειονεκτούν σε σχέση με αυτά που στην έξοδο υπάρχει μόνο ατμός, γιατί απαιτείται σύνθετη τεχνολογία για την εκμετάλλευσή τους

Πρακτικά εκμεταλλεύσιμα γεωθερμικά πεδία Αβαθής γεωθερμική ενέργεια είναι διαθέσιμη όλο το χρόνο και εξαρτάται πολύ λίγο από τις καιρικές συνθήκες της ατμόσφαιρας και μόνο όταν η εκμετάλλευση της θερμότητας του εδάφους αφορά πολύ μικρό βάθος. συστήματα υδρόψυκτων αντλιών θερμότητας που χρησιμοποιούν την γήινη θερμότητα όταν παρέχουν θέρμανση, ή παρέχουν ψύξη χρησιμοποιώντας την γη σαν αποδέκτη θερμότητας. Γεωθερμικά συστήματα κλειστού κυκλώματος (συνδυασμός υδρόψυκτων αντλιών θερμότητας, εναλλάκτης θερμότητας εδάφους, σωληνώσεις) Γεωθερμικά συστήματα ανοικτού κυκλώματος Το χειμώνα γίνεται απόληψη θερμότητας από το έδαφος, ενώ το καλοκαίρι το σύστημα αναστρέφεται και γίνεται απόρριψη θερμότητας προς το έδαφος % εξοικονόμηση θερμικής ενέργειας

Γεωθερμικά Συστήματα Κλιματισμού Γεωθερμικός Εναλλάκτης (σύστημα απορρόφησης ή αποβολής θερμότητας) Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Κλειστού Κυκλώματος Γεωθερμικοί Εναλλάκτες Ανοιχτού Κυκλώματος Αντλία Θερμότητας (αντίστοιχη με αντλίες νερού μόνο που ανυψώνει, αντί για νερό, θερμική ενέργεια) Σύστημα που προσδίδει ή απορροφά θερμότητα από το σπίτι

Χρήση γεωθερμικής ενέργειας Άμεσα (θερμική ενεργεια) Έμμεσα (ηλεκτρική ενέργεια) Γεωθερμικά ρευστά με Τ>170°C (μεγάλο θερμικό περιεχόμενο) -> μεγάλο εύρος πρακτικών εφαρμογών – παραγωγή ηλεκτρισμού ή συμπαραγωγή Γεωθερμικά ρευστά με Τ~ °C (μέση ενθαλπία) -> ηλεκτροπαραγωγή και άλλες ηλεκτρικές χρήσεις Γεωθερμικά ρευστά με Τ παραγωγή θερμότητας

Εφαρμογές γεωθερμικής ενέργειας Παραγωγή ισχύος Απευθείας εκτόνωση σε τουρμπίνα και εξοδος στο περιβάλλον Απευθείας εκτόνωση σε τουρμπίνα με ψυγείο Έμμεση μεταβίβαση θερμότητας ατμού (περίπτωση διάβρωσης - μικρή ενθαλπία με ενδιάμεσο πτητικό ρευστό) Ομαδική θέρμανση ή ψύξη (όταν) Το ρευστο έχει Τ σταθερη Παροχή πηγαδιού σταθερη Χωρίς τρέχον κόστος παραγωγής Χωρίς διαβρωτικές ουσίες Χώρος θέρμανσης κοντα στο πεδίο

Εφαρμογές γεωθερμικής ενέργειας Βιομηχανικές χρήσεις θέρμανση/ψύξη Απόσταξη Ξήρανση Βαφή Παραγωγή ατμού Παραγωγή γλυκού νερού Παραγωγή αλάτων που περιέχονται στο γεωθερμικό ρευστό

Εφαρμογές γεωθερμικής ενέργειας Αγροτικές χρήσεις Θερμοκήπια Θέρμανση εδάφους Καλλιέργεια ψαριών και εκτροφή ζώων

Υλικα που περιέχονται στα γεωθερμικά ρευστά Αιωρούμενα κομματάκια πετρωμάτων Ορυκτά άλατα Πτητικά συστατικά (Br, Cl, Ca, Li κλπ.) Αέρια (H 2, H 2 S, CO 2 και μικρές ποσότητες CH 4, N 2, NH 3 κλπ.)

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Απαλλοτρίωση γης και αλλοίωση του φυσικού περιβάλλοντος Θόρυβος Αέριοι ρύποι και τοξικές ουσίες Στερεά και υγρά απόβλητα Μικροσεισμοί και κατολισθήσεις Στάδιο κατασκευής