Από την αρχαιότητα, η γεωθερμική ενέργεια συνηθιζόταν να χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους για την προσωπική τους καθαριότητα αλλά και για θέρμανση. Ακόμα και στις μέρες μας, σε αρκετά μέρη του κόσμου οι θερμές πηγές χρησιμοποιούνται για ζεστά μπάνια και αρκετοί άνθρωποι υποστηρίζουν την άποψη ότι τα καυτά μεταλλικά νερά έχουν φυσικές θεραπευτικές δυνάμεις. Η χρησιμοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι νέα επινόηση. Πρώτη φορά χρησιμοποιήθηκε από μια ομάδα Ιταλών το 1904 (Varet, 1982).
Αυτή η ομάδα Ιταλών, χρησιμοποίησε τον ατμό που πηγάζει μέσα από τη γη, για να κινήσει μια γεννήτρια με τη βοήθεια στροβίλου. Η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος ενέργειας την οποία εκμεταλλεύεται ο άνθρωπος πλέον σε πολλές χώρες του κόσμου, όπως οι ΗΠΑ, η Ισλανδία, η Ιταλία, η Νέα Ζηλανδία, η Ιαπωνία, οι Φιλιππίνες, το Μεξικό, η Ρωσία κ.ά. Στην Ισλανδία, όπου η ατμόσφαιρά της είναι από τις πιο καθαρές του κόσμου, το 70% του πληθυσμού χρησιμοποιεί για θέρμανση την ενέργεια των θερμών πηγών και των θερμοπιδάκων της χώρας. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 η παγκόσμια παραγόμενη ισχύς από γεωθερμικές μονάδες (οι μισές από τις οποίες βρίσκονται στις ΗΠΑ), ξεπερνούσε τα 5.000 μεγαβάτ. Στις ΗΠΑ βρίσκεται και μία από τις μεγαλύτερες γεωθερμικές εγκαταστάσεις στον κόσμο, η μονάδα GΕΥSΕR της Καλιφόρνια, που περιλαμβάνει 20 γεωθερμικούς σταθμούς συνολικής ισχύος 2.000 μεγαβάτ.
Οι έρευνες για την ύπαρξη γεωθερμικής ενέργειας στην χώρα μας άρχισαν το 1970 και ως το 1980 είχε να κάνει με περιοχές στις οποίες υπήρχαν ενδείξεις για υψηλή ενθαλπία. Βρέθηκαν τα γεωθερμικά πεδία της Μήλου και της Νισύρου και προέκυψαν πολλά ή λιγότερα στοιχεία για πιθανά πεδία στην Κίμωλο, Πολύαιγο, Σαντορίνη, Κω και Λέσβο.
Γεωθερμικά πεδία
Η θέρμανση του υπεδάφους και το φαινόμενο διάπυρο υλικό που υπάρχει στο εσωτερικό της γης, προκύπτει να κινείται προς την επιφάνεια. Αυτό ωστόσο εμφανίζεται σε περιοχές όπου έχει υπάρξει σχετικά πρόσφατη ηφαιστειακή δραστηριότητα. Η θερμότητα αυτή συμβαίνει πολλές φορές να μεταφέρεται σε τυχόν υδάτινους σχηματισμούς που υπάρχουν στην γύρω περιοχή, και σαν αποτέλεσμα τα νερά ζεσταίνονται και κυκλοφορούν μέσα από τα πετρώματα, φθάνοντας έτσι πολλές φορές μέχρι και την επιφάνεια, αφού εμπλουτίζονται από τα άλατα που έχουν τα πετρώματα, ενώ κάποιες άλλες φορές, τα νερά εγκλωβίζονται σε μη υδροπερατά πετρώματα και αποκτούν θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 350°C.
Η θερμική ροή εμφανίζεται :
- Κατά τη βύθιση λιθοσφαιρικών πλακών.
- Στα ηπειρωτικά βυθίσματα.
- Στις ηπειρωτικές περιοχές διόγκωσης.
Καθώς τα ωφέλη της γεωθερμικής ενέργειας είναι πολλά και αποτελεί φυσικό επίγειο πλούτο, είναι σκόπιμο να αντιμετωπίζεται σοβαρά και με ιδιαίτερο αναπτυξιακό χαρακτήρα τόσο σε τοπικό όσο και σε εθνικό επίπεδο.
Γεωθερμικό σύστημα
Εκεί όπου υπάρχει κρυμμένη η γεωθερμική ενέργεια, μέσα στη γη, λέγεται γεωθερμικό σύστημα. Φυσικά, συγκεντρώνοντας και κάποια συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Τα συστήματα αυτά, τις πιο πολλές φορές υπάρχουν σε περιοχές με κανονική ή λίγο μεγαλύτερη από τη μέση γήινη γεωθερμική βαθμίδα και κυρίως γύρω από τα όρια των τεκτονικών πλακών, όπου εκεί η βαθμίδα αυτή μπορεί να είναι πολύ πιο υψηλή της μέσης τιμής.
Με πιο χαμηλές θερμοκρασίες που δεν ξεπερνούν τους 100°C συνήθως απαντώνται τα γεωθερμικά συστήματα της πρώτης περίπτωσης, από την άλλη στα γεωθερμικά συστήματα της δεύτερης περίπτωσης οι θερμοκρασίες μπορεί να καλύπτουν ένα πιο ευρύ φάσμα, από σχετικά χαμηλές μέχρι και μεγαλύτερες, της τάξεως των 400°C.
Το γεωθερμικό σύστημα περιγράφεται ως ένα σύστημα που βρίσκεται σε περιορισμένο χώρο στον ανώτερο φλοιό της γης. Το σύστημα στο εσωτερικό του περιέχει κινούμενο νερό, το οποίο μεταφέρει θερμότητα από μια πηγή σε μια δεξαμενή θερμότητας, η οποία συνήθως είναι μια ελεύθερη επιφάνεια. Έτσι λοιπόν ένα γεωθερμικό σύστημα αποτελείται από τρία στοιχεία τα οποία είναι τα εξής: την εστία θερμότητας, τον ταμιευτήρα και το γεωθερμικό ρευστό, το οποίο λειτουργεί ως μέσο μεταφοράς της θερμότητας (Ellis&Mahon,1977).
Γεωθερμικοί πόροι
Ως γεωθερμικός πόρος αναφέρεται η ποσότητα της θερμικής ενέργειας που βρίσκεται αποθηκευμένη κάτω από την επιφάνεια της γης σε κάποιο προσβάσιμο βάθος και μπορεί να ανακτηθεί με ανταγωνιστικό κόστος σε σχέση με τις άλλες μορφές ενέργειας. Το διάστημα στο οποίο ένας ωφέλιμος όσο και προσβάσιμος γεωθερμικός πόρος μπορεί να ανακτηθεί στο σχετικά άμεσο μέλλον με νόμιμο και οικονομικά συμφέροντα τρόπο, είναι τα 100 χρόνια. Ο οικονομικά επωφελής γεωθερμικός πόρος αποτελεί μέρος του ωφέλιμου και προσβάσιμου πόρου. Οι γεωθερμικοί πόροι αυτοί λέγονται και αποθέματα και αναφέρονται στην ποσότητα της γεωθερμικής ενέργειας μιας περιοχής, η οποία συγκριτικά με άλλες πηγές ενέργειας, μπορεί να αξιοποιηθεί με ανταγωνιστικό κόστος. Στον παρακάτω πίνακα δίνεται μια εκτίμηση του παγκόσμιου γεωθερμικού δυναμικού (Lindal, 1992).
Γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης – ψύξης
Με τον αυστηρά επιστημονικό όρο γεωθερμία νοείται η αποθηκευμένη κάτω από την επιφάνεια της γης (στο υπέδαφος, σε υπόγεια νερά, ατμό ή θερμό αέρα) θερμική ενέργεια με θερμοκρασίες από 25 – 350 °C. Καθώς πρόκειται για μια ανεξάντλητη και καθαρή πηγή ενέργειας, αξιοποιείται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε αγροτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες, για αφαλάτωση θαλασσινού νερού, θερμά λουτρά και πολλά άλλα.
Από το 2004 και μετά τα γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης-ψύξης κερδίζουν όλο και περισσότερους οπαδούς. Όπως εξηγούν οι ειδικοί, τα συγκεκριμένα συστήματα εκμεταλλεύονται τη σταθερή θερμοκρασία του υπεδάφους (17-18 βαθμούς Κελσίου) σε συγκεκριμένο βάθος και με την κυκλοφορία του νερού προσφέρουν θέρμανση τον χειμώνα και ψύξη το καλοκαίρι.
Oι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας αποτελούν μια τυποποιημένη, φιλική προς το περιβάλλον και αξιόπιστη τεχνολογία για θέρμανση, ψύξη και παροχή ζεστού νερού χρήσης, η οποία εμφανίζει σημαντικά οικονομικά πλεονεκτήματα και μπορεί να παίξει αποτελεσματικό ρόλο στην ορθολογική χρήση ενέργειας και στην αντιμετώπιση των κλιματικών αλλαγών. Αυτό αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο από τους Ευρωπαίους πολίτες, που υιοθετούν την τεχνολογία σε αυξανόμενους αριθμούς.
Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, αξιοποιούν την πανταχού διαθέσιμη θερμική ενέργεια του εδάφους, συνδυάζοντας μια αντλία θερμότητας με έναν γεωεναλλάκτη.
Ο γεωεναλλάκτης περιλαμβάνει σωλήνες τοποθετημένες σε τάφρους μέσα στο έδαφος, ή σε γεωτρήσεις, όπου κυκλοφορεί νερό σε κλειστό κύκλωμα. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, η γεωθερμική αντλία θερμότητας αφαιρεί θερμότητα από το έδαφος και την προσθέτει στο σύστημα θέρμανσης του κτηρίου. Αυτή η διεργασία αναστρέφεται κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού προκειμένου να παρέχει ψύξη. Τα καταλληλότερα συστήματα θέρμανσης-ψύξης γι’ αυτόν το σκοπό είναι το ενδοδαπέδιο, τα αερόθερμα και η παροχή αέρα μέσω αεραγωγών.
Παράλληλα, στην πιο ευρεία χρήση του όρου γεωθερμία, εντάσσουμε σήμερα και τη θερμική ενέργεια του εσωτερικού της γης με θερμοκρασία μικρότερη από 25 °C, που προέρχεται κυρίως από την αποθήκευση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Στις περιπτώσεις αυτές το βάθος εκμετάλλευσης συνήθως είναι μικρότερο από 150m και για το λόγο αυτό χαρακτηρίζεται και ως αβαθής γεωθερμία, που ως επί το πλείστον χρησιμοποιείται για παραγωγή ψύξης, θέρμανσης και ζεστού νερού χρήσης σε οικιακές και λοιπές κτιριακές εγκαταστάσεις.
Η αβαθής γεωθερμία πλεονεκτεί στο ότι είναι διαθέσιμη παντού και είναι αρκετά εύκολη στην αξιοποίηση και αδειοδότησή της. Ένα σύστημα εκμετάλλευσης αβαθούς γεωθερμίας για οικιακές εφαρμογές αποτελείται από τρία βασικά μέρη: τη γεωθερμική αντλία θερμότητας, τον γεωθερμικό εναλλάκτη και την εσωτερική εγκατάσταση θέρμανσης και ψύξης του κτιρίου, που συνηθέστερα είναι ενδοδαπέδιο σύστημα ή σύστημα με fan coils.
Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας κάνουν πράξη την αξιοποίηση της γεωθερμικής ενέργειας
Πλεονεκτήματα των Γεωθερμικών Συστημάτων
- Οικονομία ενέργειας: Συνδυάζοντας την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο έδαφος με την ασφαλή ηλεκτρική ενέργεια, τα συστήματα Γεωθερμίας μπορούν να επιτύχουν οικονομία στο κόστος λειτουργίας έως 70%.
- Άνεση: Τα Γεωθερμικά συστήματα ζεσταίνουν και ψύχουν κατοικίες και κάθε είδους κτίρια με τέτοιο τρόπο ώστε ελαχιστοποιούνται τα σημεία του κτιρίου όπου η θερμοκρασία διαφέρει της ιδανικής.
- Σταθερή απόδοση: Στη Γεωθερμία η μέση θερμοκρασία του υπεδάφους είναι σταθερή και δεν επηρεάζεται από τις συνθήκες περιβάλλοντος.
- Καθαρό Περιβάλλον: Τα Γεωθερμικά συστήματα ελαχιστοποιούν τις επιπτώσεις στο περιβάλλον λόγω έλλειψης λεβητοστασίου, καμινάδας, δεξαμενής καυσίμου.
- Ευελιξία: Τα Γεωθερμικά συστήματα έχουν υψηλό βαθμό απόδοσης και είναι αξιόπιστα σε ακραίες συνθήκες θέρμανσης και ψύξης. Πολλές διαφορετικές εφαρμογές μπορούν να εκμεταλλευτούν την τεχνολογία των Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας.
Γεωθερμικά Συστήματα & Περιβάλλον
Ο κλιματισμός των χώρων είναι υπεύθυνος για το περίπου 20% της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με CO2. Η γεωθερμία μειώνει τις εκπομπές αυτές στο 1/3 μηδενίζοντας μάλιστα τη συγκέντρωσή τους στο οικιστικό περιβάλλον. Από όλες τις τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας είναι εκείνη που μπορεί να εφαρμοστεί αμεσότερα και αποτελεσματικότερα στον κτιριακό τομέα, σε πλήρη συμφωνία με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής.
