ΤΕΙ ΑΜΘ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΑΠΕ Γεωθερμική Ενέργεια ΤΕΙ ΑΜΘ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΑΠΕ

Γεωθερμική Ενέργεια Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα που περιέχεται στο εσωτερικό της γης Προκαλεί τη δημιουργία διαφόρων γεωλογικών φαινομένων σε παγκόσμια κλίμακα Συνήθως όμως, ο όρος Γεωθερμική Ενέργεια χρησιμοποιείται σήμερα για να δηλώσει εκείνο το τμήμα της γήινης θερμότητας που μπορεί να ανακτηθεί και να αξιοποιηθεί από τον άνθρωπο

Ιστορική αναδρομή Τα ηφαίστεια, οι θερμές πηγές και άλλα επιφανειακά φαινόμενα θερμότητας, οδήγησαν τους προγόνους μας στο συμπέρασμα ότι το εσωτερικό της γης είναι ζεστό. Την περίοδο μεταξύ του 16ου και 17ου αιώνα, κατασκευάστηκαν τα πρώτα μεταλλεία που ανορύχθηκαν σε βάθος μερικών εκατοντάδων μέτρων κάτω από την επιφάνεια του εδάφους και οι άνθρωποι, με τη βοήθεια κάποιων απλών φυσικών παρατηρήσεων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία της γης αυξάνεται με το βάθος Η θερμική κατάσταση που διέπει τη γη, η θερμική ισορροπία και εξέλιξή της κατανοήθηκαν καλύτερα τον 20ο αιώνα ΠΟΥ ΟΦΕΙΛΕΤΑΙ Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΓΗΣ ? Η θερμότητα παράγεται από τη διάσπαση των μακράς διάρκειας ζωής ραδιενεργών ισοτόπων του ουρανίου (U238, U235), του θορίου (Th232) και του καλίου (Κ40), τα οποία βρίσκονται στο εσωτερικό της γης

Η θερμική ενέργεια της γης είναι απέραντη, όμως μόνο τμήμα αυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί τελικά από τον άνθρωπο Μέχρι σήμερα η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας έχει περιοριστεί σε περιοχές όπου οι γεωλογικές συνθήκες επιτρέπουν σε ένα μέσο (νερό σε υγρή ή αέρια φάση) να μεταφέρει τη θερμότητα από τις βαθιές θερμές ζώνες στην επιφάνεια ή κοντά σε αυτήν Αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχόμενου των γεωθερμικών ρευστών γινόταν ήδη από τις αρχές του 19ου αιώνα Ο γεωθερμικός ατμός χρησιμοποιήθηκε 1850 και μετά για θέρμανση βιομηχανιών κατοικιών θερμοκηπίων Το 1904, έγινε η πρώτη απόπειρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από γεωθερμικό ατμό (Ιταλία) Φλοιός, ο Μανδύας και ο Πυρήνας της γης

Η ΓΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΠΡΟΣ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΓΕΝΙΚΑ Η θερμοκρασία της γης αυξάνεται με το βάθος, και ο εσωτερικός πυρήνας της φθάνει μια μέγιστη θερμοκρασία περίπου 4000 0C. Προκαλείται έτσι μια ροή θερμότητας που απελευθερώνεται με αργό ρυθμό προς τα εξωτερικά στρώματα και τελικά στην επιφάνεια της γης (στη στεριά ή κάτω από τη θάλασσα) Στο εσωτερικό της γης διακρίνουμε τα εξής στρώματα: Εξωτερικός φλοιός της γης πάχους περίπου 30 km. Στερεός, με μέση πυκνότητα 2.700 kg/m3. Το πάχος του φλοιού εμφανίζει διακυμάνσεις, φθάνοντας έως και 70 km κάτω από τις ηπείρους αλλά μόλις 6 km κάτω από τους ωκεανούς Μανδύας έως βάθους 2.900 km, που βρίσκεται σε ημίρρευστη κατάσταση, με θερμοκρασία περί τους 1.000oC. Στη βάση του η θερμοκρασία τα φθάνει τους 3.700oC, όμως η πολύ ψηλή πίεση που επικρατεί εκεί διατηρεί τα πετρώματα σε στερεά κατάσταση Εξωτερικός πυρήνας εκτείνεται μέχρι βάθους 5.150 km. Αποτελείται από υγρό σίδηρο και η θερμοκρασία του είναι περίπου 2.200oC Εσωτερικός πυρήνας βρίσκεται μεταξύ των 5.150 km και 6.370 km έχει θερμοκρασία περί τους 4.000oC. Αποτελείται από στερεό σίδηρο και νικέλιο.

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Σε βάθος 30 km (που είναι το πάχος του εξωτερικού φλοιού) η θερμοκρασία πλησιάζει τους 1.000 oC. Ο μέσος ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος - που ορίζεται ως Γεωθερμική βαθμίδα-μετρήθηκε περίπου30 °C/km. Ο ρυθμός αυτός είναι σχετικά σταθερός με το βάθος καθόσον συμβαίνει μετάδοση θερμότητας με αγωγή και όχι με ρεύματα φυσικής κυκλοφορίας μάγματος ή ύδατος. Η αποθηκευμένη ενέργεια στο φλοιό της γης υπολογίζεται σε 1020 J/km2, ώστε η εκμετάλλευση μόλις του 0,1 % αυτής θα επέτρεπε τη λειτουργία εγκαταστάσεων ισχύος 100 MW/km2 για 30 έτη. Η γεωθερμική ενέργεια απελευθερώνεται σε όλη την επιφάνεια της γης με αργούς ρυθμούς, εκτός από περιοχές ιδιαίτερου γεωθερμικού ενδιαφέροντος που ορίζονται ως Γεωθερμικά Πεδία όπου: απελευθερώνεται με ταχύτερους ρυθμούς διαπιστώνονται υψηλότερες γεωθερμικές βαθμίδες και είναι απολήψιμη με ακόμα μεγαλύτερους από τους φυσικούς ρυθμούς ροής της

Για να σχηματισθεί ένα γεωθερμικό πεδίο πρέπει: 1. Ύπαρξη συνεχούς τροφοδοσίας ρευστών Τα γεωθερμικά συστήματα είναι ανοικτά ώστε θα πρέπει να αναπληρώνονται τα θερμά ρευστά που συνεχώς εκφεύγουν από αυτά. Γενικά τα ρευστά μπορεί να είναι: Μετεωρικά νερά, δηλαδή νερά της βροχής ή από την τήξη χιονιού ή πάγου Μαγματικά νερά, που προέρχονται από ελευθερούμενους ατμούς κατά την πήξη και κρυστάλλωση μαγματικής ύλης. Νερά που δημιουργήθηκαν με σχηματισμούς πετρωμάτων όπως θαλασσινό νερό 2. Ύπαρξη διόδων (συνήθως ρήγματα) για την κάθοδο των ρευστών τροφοδοσίας σε σημαντικά βάθη για την απόκτηση υψηλής θερμοκρασίας. 3. Ύπαρξη περατού και πορώδους πετρώματος που θα "φιλοξενεί" για σημαντικό χρόνο τα θερμανθέντα ρευστά μέχρι της τελικής διαφυγής τους από το σύστημα 4. Ύπαρξη αδιαπέρατου πετρώματος (πέτρωμα κάλυμμα) πάνω από το αποταμιευτήριο πέτρωμα. Το πέτρωμα κάλυμμα παρεμποδίζει τη διαφυγή των θερμών ρευστών προς την επιφάνεια.

Ανάλογα με την κυριαρχούσα φάση στον ταμιευτήρα τους διακρίνονται σε: 1. Γεωθερμικά πεδία νερού. Στα συστήματα αυτά το νερό της βροχής περνά στο έδαφος από επιφανειακές εκτάσεις δεκάδων ή και χιλιάδων km2 και κινείται προς τα κάτω. Σε βάθη 2-6 km το νερό θερμαίνεται από θερμά πετρώματα τα οποία με τη σειρά τους πιθανόν θερμαίνονται από άλλα τηγμένα πετρώματα. Το νερό διαστέλλεται και κινείται προς τα πάνω σε μια περιορισμένη στήλη 1-50 km2. Αν τα υπερκείμενα πετρώματα έχουν υψηλή διαπερατότητα τότε φθάνουν στην επιφάνεια και διασκορπίζονται ως εκροές θερμών πηγών. Σε αντίθετη περίπτωση εμποδίζονται στην ανοδική τους πορεία από αδιαπέραστα πετρώματα και αποθηκεύονται σε περατά πετρώματα κάτω από αυτά. 2. Γεωθερμικά πεδία ατμού. Εδώ υπάρχει συνεχής φάση ατμού που ελέγχει την πίεση στο σύστημα (περίπου σταθερή με το βάθος). Τα πεδία αυτά παράγουν ξηρό ή υπέρθερμο ατμό. 3. Θερμά ξηρά πετρώματα, στα οποία το πέτρωμα δεν έχει διαπερατότητα και επομένως δεν υπάρχουν ρευστά.

ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ στην Ελλάδα Εφαρμογές Ανάλογα με τη θερμοκρασία με την οποία μεταφέρεται στην επιφάνεια, η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για ηλεκτροπαραγωγή (θ > 80°), για θέρμανση κτιρίων, για θέρμανση θερμοκηπίων και εδαφών, για ιχθυοκαλλιέργειες και φυσικά για θερμά λουτρά. Στην Ελλάδα, γεωθερμία κατάλληλη για ηλεκτροπαραγωγή βρίσκεται σε προσιτά βάθη στα νησιά του ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου (Μήλος, Σαντορίνη, Νίσυρος), αλλά και στη Λέσβο, τη Χίο, τη Σαμοθράκη και αλλού. Γεωθερμία κατάλληλη για θέρμανση και αγροτικές εφαρμογές απαντάται σε μικρά βάθη σε πολλές περιοχές στις πεδιάδες της Μακεδονίας και της Θράκης, αλλά και πλησίον κάθε μιας από τις 56 θερμές πηγές της χώρας.

Από υπάρχουσες γεωτρήσεις σε γεωθερμικά πεδία, των πεδινών εκτάσεων της ΑΜΘ, είναι δυνατόν να αντληθούν 2500 m3/h θερμών ρευστών, με θερμοκρασίες μέχρι και 1000 C. Το εκμεταλλεύσιμο θερμοκρασιακό εύρος είναι κατά μέσω όρο 400 C. Τα ρευστά αυτά ισοδυναμούν με γεωθερμική ισχύ 100 MWt, που σημαίνει εξοικονόμηση 90.000 τόνων ισοδύναμου πετρελαίου (ΤΙΠ) το χρόνο. Μικρό μέρος της ενέργειας αυτής χρησιμοποιείται σήμερα. Θράκη, Σαμοθράκη, Λέσβος, Χίος έχουν αποδεδειγμένα μεγάλα γεωθερμικά πεδία χαμηλής και ίσως μέσης ενθαλπίας, που περιμένουν την αξιοποίησή τους. Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπιστεί δυο πολύ μεγάλα γεωθερμικά πεδία: στο Ερατεινό-Χρυσούπολης Καβάλας και στο Εράσμιο-Μαγγάνων Ξάνθης. Νερό άριστης ποιότητας μέχρι 700 C και σε πολύ οικονομικά βάθη παράγονται από γεωτρήσεις στην εύφορες αυτές πεδινές περιοχές.

Χάρτης γεωθερμικών περιοχών της Ελλάδος ( Ι.Γ.Μ.Ε.)