Η Αβαθής Γεωθερμία (Shallow Geothermal Energy) αποτελεί μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (ΑΠΕ), με μεγάλο δυναμικό εξοικονόμησης, που περιλαμβάνει την θέρμανση και τον κλιματισμό κτιρίων σε διάφορες εφαρμογές (κατοικίες, εμπορικά καταστήματα, βιομηχανικά κτίρια, κ.α.). Ωστόσο, ο τομέας της αβαθούς γεωθερμίας αντιμετωπίζει σήμερα σημαντικές προκλήσεις, ορισμένες από τις οποίες σχετίζονται με ρυθμιστικά εμπόδια σε διάφορα επίπεδα, τα οποία επηρεάζουν την διείσδυση των εν λόγω συστημάτων στις πόλεις.

Γράφει η Παναγιώτα Τσίτσου
Για την Τsitsos – Galletti, Μηχανικός Παραγωγής & Διοίκησης Δ.Π.Θ.

Προσπαθώντας, κανείς, να ορίσει την έννοια της αβαθούς γεωθερμίας αναγκάζεται να αναζητήσει την, γενικότερη, έννοια της γεωθερμίας. Ο επίσημος ορισμός της γεωθερμικής ενέργειας δίνεται στο άρθρο 2 (γ) της ευρωπαϊκής οδηγίας 2009/28/ΕΚ: «γεωθερμική ενέργεια είναι η αποθηκευμένη ενέργεια υπό μορφή θερμότητας κάτω από τα στερεό φλοιό της γης». Ο όρος «αβαθής» αναφέρεται κανονικά σε ένα βάθος μέχρι 400 m (και στις περισσότερες πραγματικές περιπτώσεις σε βάθη που δεν ξεπερνούν τα 100 m).

Γενικά πάντως, μπορεί με ασφάλεια να ειπωθεί ότι, η Αβαθής Γεωθερμία στην Ευρώπη αναφέρεται πάντα σε βάθη μικρότερα των 500 m, ή και σε ορισμένες περιπτώσεις και σε ακόμη μικρότερα.

Πλεονεκτήματα:

  • Πολύ χαμηλότερα κόστη λειτουργίας σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα. (άμεση μείωση 30-60 % στη λειτουργία της θέρμανσης και 20-50 % στην λειτουργία της ψύξης)
  • Χρησιμοποιεί καθαρή ανανεώσιμη ενέργεια (ήλιος). Με τη Γεωθερμική Αντλία Θερμότητας (Γ.Α.Θ) δεν πραγματοποιείται καύση και επομένως εκπομπή καυσαερίων όπως διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα ή άλλων αερίων του θερμοκηπίου.
  • Τα συστήματα αυτά μπορούν να εγκατασταθούν είτε σε καινούργιες κατασκευές κτιρίων ή και εκ των υστέρων.
  • Οι Γ.Α.Θ προσφέρουν χαμηλή στάθμη θορύβου σε σχέση με τις Α.Θ αέρος που χρησιμοποιούν ανεμιστήρα.
  • Έχουν μακρά διάρκεια ζωής και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Ο κύριος εξοπλισμός που φυλάσσεται εσωτερικά του κτιρίου τυπικά έχει διάρκεια ζωής 25 έτη (π.χ. εν συγκρίσει με συμβατικές μονάδες AC που διαρκούν 15 ή και λιγότερα έτη).

Μειονεκτήματα:

  • Αυξημένο κόστος σχεδιασμού, εξοπλισμού και εγκατάστασης σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα.
  • Η μελέτη και εγκατάσταση, για ένα αποτελεσματικό σύστημα, είναι αναγκαίο να γίνουν από ειδικευμένους επαγγελματίες.
  • Οι εγκαταστάσεις αβαθούς γεωθερμίας δεν παύουν να αφορούν ένα σχετικά νέο τεχνολογικό πεδίο. Συνεπώς υπάρχουν λίγοι εξειδικευμένοι μηχανικοί για τις εγκαταστάσεις πράγμα που δημιουργεί έναν λιγότερο ανταγωνιστικό περιβάλλον για τα κόστη σχεδιασμού και εγκατάστασης που παραμένουν αρκετά υψηλά.
  • Η χρήση συστημάτων αβαθούς γεωθερμίας προκαλεί διατάραξη του φυσικού περιβάλλοντος και μπορεί να απαγορεύεται η χρήση της σε συγκεκριμένες περιοχές

Αβαθής Γεωθερμία και Αντλία Θερμότητας

Σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα ψύξης και θέρμανσης (πετρέλαιο και φυσικό αέριο), η αβαθής γεωθερμία μπορεί να επιτύχει εξοικονόμηση ενέργειας μέχρι 70 % και επομένως αποτελεί μία από τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες που μπορούν να ωφελήσουν τα μέγιστα στον τομέα της θέρμανσης.

 

Σχήμα 1. Η συνολική ενέργεια ενός γεωθερμικού συστήματος
Πηγή: Μαρούδης, 2014

Στην Ευρώπη, τα μερίδια εγκατεστημένης ισχύος συστημάτων γεωθερμικής ενέργειας (με φθίνουσα σειρά) αντιστοιχούν στην αβαθή γεωθερμία 63%, στα συστήματα απ’ ευθείας χρήσης 30% και, τέλος, στα συστήματα παραγωγής ηλεκτρισμού, Σχήμα 2. Η προτίμηση της αβαθούς γεωθερμίας σε σχέση με τα άλλα γεωθερμικά συστήματα έχει, όπως θα περίμενε κανείς, δημιουργήσει πληθώρα τεχνολογικών συστημάτων και εφαρμογών που σκοπό έχουν την εκμετάλλευση της αβαθούς γεωθερμικής ενέργειας για τη θέρμανση και ψύξη των χώρων αλλά και για την παραγωγή ΖΝΧ.

Για την εκμετάλλευση της ενέργειας που είναι αποθηκευμένη σε μικρά εδαφικά βάθη χρησιμοποιούνται γεωθερμικά συστήματα που ως κεντρική μονάδα χρησιμοποιούν την αντλία θερμότητας.

Σχήμα 2. Μερίδιο εγκατεστημένης ισχύος ανάλογα με τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας στην Ευρώπη το 2012. Πηγή: Florence Jaudin, BRGM Γαλλία, 2013

Οι αντλίες θερμότητας που χρησιμοποιούνται για τις γεωθερμικές εγκαταστάσεις κατηγοριοποιημένες με βάση την πηγή και τον αποδέκτη ενέργειας είναι οι εδάφους-νερού, οι νερού-νερού ή οι εδάφους-αέρα. Το γεωθερμικό σύστημα αξιοποιεί τη σταθερή θερμοκρασία μιας πηγής όπως αυτή του εδάφους ή των υπόγειων υδάτων προκειμένου το μεν χειμώνα να απορροφά τη θερμότητα της πηγής και να την απορρίπτει στην κτιριακή εγκατάσταση, θερμαίνοντας την, το δε καλοκαίρι απάγοντας την πλεονάζουσα θερμότητα από την κτιριακή εγκατάσταση και απορρίπτοντας την στην προαναφερθείσα πηγή (έδαφος, υπόγεια ύδατα, λίμνη κ.λπ.).

Παρακάτω παρουσιάζεται σχηματικά η αρχή λειτουργίας μια γεωθερμικής αντλίας θερμότητας κατά τη λειτουργία της θέρμανσης, Σχήμα 3. Τόσο η ισχύς όσο και ο βαθμός απόδοσης τους είναι σχεδόν πάντα σταθεροί εφόσον η θερμοκρασία του υπεδάφους ή του νερού στο υπέδαφος παραμένουν σταθερά καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους.

Σχήμα 3. Αρχή λειτουργίας γεωθερμικής Α/Θ Πηγή: Πίτσος, 2013

  1.  Το διάλυμα νερού και αντιπηκτικού ρευστού που κυκλοφορεί στο βρόχο του γεωεναλλάκτη απορροφά την θερμική ενέργεια από το έδαφος, ή τον υδάτινο πόρο.
  2. Στον εξατμιστή, η απορροφούμενη ενέργεια από τον γεωεναλλάκτη μεταδίδεται στο ψυκτικό ρευστό (R407) που κυκλοφορεί στο κλειστό κύκλωμα της Α/Θ. To ψυκτικό ρευστό από την αύξηση της θερμοκρασίας αλλάζει φάση και από υγρός ατμός μετατρέπεται εξολοκλήρου σε κορεσμένο ατμό.
  3. Στη διάταξη του συμπιεστή, αυξάνεται η πίεση του ψυκτικού ρευστού και ως αποτέλεσμα αυξάνεται και η θερμοκρασία του μετατρέποντας το ρευστό σε υπέρθερμο ατμό.
  4. Στο συμπυκνωτή, η θερμότητα από το ψυκτικό ρευστό μεταδίδεται στο εργαζόμενο μέσο που κυκλοφορεί (νερό) στο δίκτυο διανομής θερμότητας των εσωτερικών θερμαινόμενων χώρων μέσω της διαδικασίας συμπύκνωσης.
  5. Το ψυκτικό ρευστό, αφού έχει αφαιρεθεί από αυτό η πλειονότητα της θερμικής του ενέργειας, οδηγείται στη βαλβίδα εκτόνωσης όπου εκτονώνεται ισενθαλπικά η πίεση του και συνεπώς μειώνεται και η θερμοκρασία του. Tο ψυκτικό μέσο στη συνέχεια ρέει προς τον εξατμιστή επαναλαμβάνοντας τον θερμοδυναμικό κύκλο.

Όλα τα συστήματα των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας αποτελούνται από τρία κύρια μέρη:

  • Tον γεωεναλλάκτη, σύστημα σωληνώσεων τοποθετημένο στο έδαφος ή σε κάποια υδάτινη πηγή που απορροφά ή απορρίπτει θερμική ενέργεια.
  • Tη γεωθερμική αντλία θερμότητας, εδάφους-νερού, νερού-νερού ή εδάφους-αέρος,
  • Kαι το σύστημα διανομής θερμότητας στην κτιριακή εγκατάσταση, δηλαδή το δίκτυο διανομής της θερμότητας με τις κατάλληλες τερματικές μονάδες. ®

Βιβλιογραφία
Florence Jaudin, BRGM Γαλλία, (2013). Γενική Έκθεση της παρούσας κατάστασης του ρυθμιστικού πλαισίου για την αβαθή γεωθερμία. Επισκόπηση της νομοθεσίας της αβαθούς γεωθερμίας στην Ευρώπη. [online] Florence Jaudin, Alexandra Latham, Sophie Bezelgues, Adeline Poux, Luca Angelino, σ.σ.5-12. Διαθέσιμο στο: http://regeocities.eu/wp-content/uploads/2012/12/d2.2-EL.pdf
Μαρούδης, Β. (2014). Πρακτικές Εφαρμογές Γεωθερμίας σε Κτηριακές Εγκαταστάσεις της Ελλάδας. Προπτυχιακό Επίπεδο. Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης, Πολυτεχνείο Κρήτης.