Η γεωθερμία είναι εδώ και δεκαετίες μια γνώριμη μέθοδος για τη θέρμανση χώρων, αλλά η τεχνολογία γύρω από αυτήν εξελίσσεται συνεχώς. Η αξιοποίηση γεωθερμικού ρευστού για διανομή θερμότητας μέσω κλειστού κυκλώματος στους καταναλωτές έχει σημαντικά οφέλη, όπως αποδοτικότητα, οικονομία και προστασία του περιβάλλοντος
Άρθρο της κ. Μαρίας Κ. Κούκου & του κ. Μιχάλη Γρ. Βραχόπουλου* (από το έντυπο τεύχος Οκτωβρίου 2023)
Στη χώρα μας υπάρχουν πολλά βεβαιωμένα αλλά και πολλά μη βεβαιωμένα γεωθερμικά πεδία χαμηλής ενθαλπίας (θερμοκρασίας), με θερμικό δυναμικό ιδιαίτερου ενδιαφέροντος.
Γνωστά είναι κυρίως πεδία που βρίσκονται δίπλα ή σε περιοχές ιαματικών πηγών και έχουν ροές γεωθερμικών ρευστών σε επίπεδα θερμοκρασιών που κυμαίνονται από 40°C μέχρι και 90°C. Σε πολλά από αυτά, οι παροχές ρευστού είναι ικανές για παραγωγή σημαντικής ποσότητας θερμότητας που πολλές φορές φτάνει σε μερικά μεγαβάτ.
Χαρακτηριστικά τέτοια πεδία είναι αυτά που βρίσκονται στο Αρίστηνο του Δήμου Αλεξανδρούπολης και στον Πολιχνίτο του Δήμου Δυτικής Λέσβου. Σύμφωνα μάλιστα με την Ελληνική Αρχή Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (ΕΑΓΜΕ), το πεδίο στο Αρίστηνο έχει δυνατότητα παραγωγής θερμότητας μεγαλύτερης των 10 MW (το πρώτο) και μπορεί να καλύψει ανάγκες για θέρμανση παρακείμενου οικισμού 5.000 κατοίκων, ενώ το πεδίο στον Πολιχνίτο έχει δυνατότητα παραγωγής θερμότητας μεγαλύτερης των 7MW και μπορεί να καλύψει ανάγκες 200 στρεμμάτων θερμοκηπίων.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι μια ανανεώσιμη ενέργεια, η οποία προέρχεται από τα έγκατα της γης και σε πολλές περιοχές απορρέει από επιφανειακές πηγές και εκβάλλει στη θάλασσα, είτε κατευθείαν είτε μέσω παρακείμενων ρεμάτων. Αυτή η ανανεώσιμη ενέργεια σήμερα, με την εκτόξευση των ενεργειακών αναγκών και την εκτίναξη του ενεργειακού κόστους, γίνεται ιδιαίτερα σημαντική για την αντικατάσταση συμβατικών πηγών και την προστασία του περιβάλλοντος από εκροές ρύπων.
Η έρευνα για την εκμετάλλευση αυτών των πηγών έχει ξεκινήσει από τις αρχές του 20ού αιώνα, ενώ η σχετική τεχνολογία εξελίσσεται, με παραγωγή υλικών τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια για τη μεταφορά και εκμετάλλευση της θερμότητας των πεδίων.
Στην εικόνα 1 παρουσιάζονται περιοχές της Ελλάδας με γεωθερμική ενέργεια χαμηλής ενθαλπίας.
Δίκτυα τηλεθέρμανσης
Τα δίκτυα τηλεθέρμανσης χαμηλής ενθαλπίας μπορούν να λειτουργούν με θερμότητα που προέρχεται είτε από γεωθερμία είτε από βιομηχανικές διεργασίες.
Η διαφορά είναι ότι στην περίπτωση των γεωθερμικών πηγών, το γεωθερμικό ρευστό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως ρευστό μεταφοράς της ενέργειας, πλην ορισμένων ειδικών περιπτώσεων. Στην περίπτωση αυτή είναι απαραίτητη η συναλλαγή θερμότητας (μεταφορά θερμότητας) σε ρευστό κλειστού κυκλώματος (συνήθως νερό), το οποίο ρευστό παραλαμβάνει τη θερμότητα από το γεωθερμικό πεδίο και στη συνέχεια τη διανέμει στους κατά τόπους καταναλωτές. Απαιτείται, λοιπόν, ένα δίκτυο γεωθερμικού ρευστού, το οποίο να συναλλάσσει τη θερμότητα με το ρευστό διανομής.
Η μεταφορά της θερμότητας γίνεται σε ειδική εγκατάσταση που αποκαλείται «κέντρο παραγωγής θερμότητας» και αποτελείται από εναλλάκτες θερμότητας και αντλητικά συγκροτήματα διανομής. Από το κέντρο ξεκινά το δίκτυο μεταφοράς (τηλεθέρμανσης) το οποίο αναπτύσσεται στην περιοχή και δημιουργεί τοπικές διανομές προς κάθε καταναλωτή, ο οποίος επίσης συνδέεται με εναλλάκτη θερμότητας με το δίκτυο της εσωτερικής του εγκατάστασης.
Επειδή, σε κάθε συναλλαγή θερμότητας, η θερμοκρασία μεταφέρεται υποβιβασμένη κατά 5-7°C, η τελική διαθέσιμη ενέργεια είναι συνήθως κατά 10-12°C μικρότερη από τη θερμοκρασία του γεωθερμικού ρευστού.
Λόγω αυτής της ιδιαιτερότητας, κρίνεται πάντα αναγκαίο να λαμβάνεται υπόψη το τελικό επίπεδο θερμοκρασίας του ρευστού διανομής θερμότητες και να αξιολογείται η δυνατότητα συνδεσιμότητας του δικτύου με τις εσωτερικές εγκαταστάσεις των κτιρίων ή των άλλων δραστηριοτήτων.
Έτσι, σε πεδία με θερμοκρασίες γύρω στους 90°C μπορούν εν γένει να αναπτυχθούν με ασφάλεια δίκτυα τηλεθερμάνσεων, διότι τα επίπεδα των θερμοκρασιών λειτουργίας των εσωτερικών εγκαταστάσεων που έχουν δημιουργηθεί κατά το παρελθόν είναι ικανά να ανταποκριθούν.
Αντίθετα, για χαμηλότερες θερμοκρασίες απαιτείται είτε η προσαρμογή των εσωτερικών εγκαταστάσεων είτε η εξαρχής κατασκευή τους, ώστε να έχουν αυτή την ικανότητα λειτουργίας.
Λόγου χάρη, οι εσωτερικές εγκαταστάσεις με εντός του δαπέδου ή εντός του τοίχου συστήματα, ή οι εγκαταστάσεις με στοιχεία με ανεμιστήρα, μπορούν να λειτουργήσουν σε επίπεδα θερμοκρασιών περί τους 35-45°C και συνεπώς μπορεί να συνδεθούν και με γεωθερμικά ρευστά θερμοκρασίας άνω των 55°C.
Το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των έργων αυτών είναι πολύ περιορισμένο, λόγω του ότι η θερμότητα διατίθεται «δωρεάν» από τη γη μέσω συστημάτων μεταφοράς και διανομής, κάτι που καθιστά αυτές τις εφαρμογές ιδιαίτερα αποδοτικές και οικονομικές.
Παράλληλα, εξασφαλίζεται προστασία του περιβάλλοντος, λόγω της απουσίας των εκπομπών που έχουν τα συμβατικά καύσιμα. Εάν μάλιστα τα έργα συνδυαστούν με παραγωγή και διάθεση ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ (λ.χ. φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις) τότε η λειτουργία τους είναι απολύτως φιλική προς το περιβάλλον.
Προτεινόμενο δίκτυο στον Πολιχνίτο
Ένα έργο που προτείνεται για την περιοχή Πολιχνίτου Λέσβου αφορά δύο δίκτυα, τα οποία θα μπορούν να λειτουργούν σε σειρά και παράλληλα: το ένα δίκτυο να οδηγείται προς τον οικισμό με σκοπό να καλύψει ανάγκες θέρμανσης των κατοίκων, και το άλλο να αναπτύσσεται στον κάμπο της περιοχής για την ανάπτυξη παραγωγικών δραστηριοτήτων. Η συνολική δυναμική του πεδίου μπορεί να καλύψει περίπου 150-200 στρέμματα θερμοκηπίων, καθώς επίσης και άλλες δραστηριότητες μικρότερης ισχύος, με λειτουργία καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους.
Η άμεση σύνδεση των υφιστάμενων θερμοκηπιακών μονάδων με το υπό ανάπτυξη δίκτυο θα αποτελέσει ένα σημαντικό κίνητρο για την προσέλκυση επενδύσεων αυτού του τύπου, ενώ θα καλύψει και ανάγκες αποθήκευσης, επεξεργασίας και συντήρησης προϊόντων.
Το σχέδιο για την εκμετάλλευση του γεωθερμικού πεδίου του Πολιχνίτου του Δήμου Δυτικής Λέσβου» περιλαμβάνει συνοπτικά τα ακόλουθα έργα:
- Ανάπτυξη τεσσάρων παραγωγικών γεωτρήσεων άντλησης,
- Ανάπτυξη έξι γεωτρήσεων επανεισαγωγής.
- Εκσκαφές, επιχώσεις και θεμελιώσεις.
- Ανάπτυξη των δικτύων σωληνώσεων, άντλησης και επιστροφής γεωθερμικών ρευστών, καθώς και των απαιτούμενων δικτύων διανομής θερμικής ενέργειας προς τους καταναλωτές.
- Κατασκευή και θέση σε λειτουργία των σταθμών εναλλαγής θερμότητας, καθώς και των αντλιοστασίων διανομής.
- Κατασκευή και θέση σε λειτουργία υποσταθμού ηλεκτρικής ενέργειας και η διασύνδεση με το δίκτυο του ΔΕΔΔΗΕ.
- Κατασκευή του συνόλου των απαιτούμενων δικτύων ηλεκτροδότησης εξοπλισμού, του συνόλου των απαιτούμενων δικτύων αυτοματισμών, των προβλεπόμενων φρεατίων, καθώς και των συλλεκτών διανομής θερμικής ισχύος εντός του οικισμού.
- Αποκατάσταση των τελικών επιφανειών (δρόμων, πεζοδρομίων κλπ.), καθώς και δικτύων Οργανισμών Κοινής Ωφέλειας που θα προκύψουν μετά την ολοκλήρωση της τοποθέτησης των σωληνώσεων διανομής.
- Προμήθεια, τοποθέτηση και θέση σε λειτουργία του συνόλου του απαιτούμενου ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού.
- Διενέργεια δοκιμών λειτουργίας.
- Αποκατάσταση πιθανών βλαβών έως την αποδεκτή από τον κύριο του έργου ολοκλήρωση της κατασκευής.
Οι ανωτέρω εγκαταστάσεις, οι πορείες των προτεινόμενων οδεύσεων δικτύων και τα λοιπά χαρακτηριστικά του έργου παρουσιάζονται στην εικόνα 2.
Το δίκτυο παραγωγής και διάθεσης της θερμότητας μέσω του σχεδιασμού αφορά την πλήρη ανάπτυξη και εκμετάλλευση του γεωθερμικού πεδίου και τη σύνδεσή του με τα κεντρικά δίκτυα και τις εν δυνάμει καταναλώσεις. Χωρίζεται σε δύο βασικά μέρη, από τα οποία το πρώτο αφορά το δίκτυο τηλεθέρμανσης του οικισμού, ενώ το δεύτερο αφορά το δίκτυο τηλεθέρμανσης θερμοκηπίων και υποστήριξης άλλων δραστηριοτήτων στην περιοχή του κάμπου. Παράλληλα, αναπτύσσεται και το δίκτυο άντλησης και επανέγχυσης του γεωθερμικού ρευστού με τρόπο ώστε να προστατεύεται το περιβάλλον και η βιωσιμότητα του πεδίου.
*Η κ. Μαρία Κ. Κούκου είναι χημικός μηχανικός PhD, επίκουρη καθηγήτρια στο ΕΚΠΑ και αναπληρώτρια διευθύντρια του Εργαστηρίου Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Ερευνών. O κ. Μιχάλης Γρ. Βραχόπουλος είναι μηχανολόγος μηχανικός PhD, καθηγητής στο ΕΚΠΑ και διευθυντής του Εργαστηρίου Ενεργειακών και Περιβαλλοντικών Ερευνών.
