Η γεωθερμία είναι μία φυσική, ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία πηγάζει από το εσωτερικό
της γης και είναι αξιοποιήσιμη σε ποικίλες τεχνολογίες μετατροπής ενέργειας. Τα χαρακτηριστικά
του γεωθερμικού ρευστού καθορίζουν και το πεδίο εφαρμογών αυτού. Έτσι,
τα γεωθερμικά ρευστά υψηλής ενθαλπίας χρησιμοποιούνται στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής
και της παραγωγής καυσίμων, ενώ τα ρευστά μέσης και χαμηλής ενθαλπίας
μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές θέρμανσης, κλιματισμού και παραγωγής
άλλων χρήσιμων προϊόντων. Μία χαρακτηριστική εφαρμογή της γεωθερμίας αποτελούν
οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, οι οποίες χρησιμοποιούν τις γεωθερμικές γεωτρήσεις
ως «πηγές» ή «δεξαμενές» θερμότητας, ώστε να επιτύχουν θέρμανση ή ψύξη χώρων αντίστοιχα.
Στην παρούσα εργασία μελετάται η χρήση γεωθερμικών πόρων υψηλής και μέσης ενθαλπίας
στους τομείς της ηλεκτροπαραγωγής, της θέρμανσης και του κλιματισμού χώρων,
αλλά και της παραγωγής καυσίμων. Παράλληλα αναλύονται οι βασικές αρχές των
αντλιών θερμότητας με ιδιαίτερη έμφαση στις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, οι οποίες
αξιοποιούν πόρους αβαθούς γεωθερμίας σε εφαρμογές θέρμανσης και κλιματισμού.
Στο πλαίσιο αξιολόγησης των γεωθερμικών πηγών, γίνεται προσομοίωση βασικών κύκλων
γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και συμπαραγωγής. Από την ανάλυση αυτή
προκύπτουν οι θερμοδυναμικές ιδιότητες του εργαζόμενου μέσου κάθε κύκλου, καθώς
και βασικά ενεργειακά μεγέθη, όπως η ισχύς των στροβίλων, η συναλλασσόμενη θερμική
ισχύς στους εναλλάκτες θερμότητας και η καταστροφή της εξέργειας σε κάθε συνιστώσα
του σταθμού. Μέσω της ενεργειακής και της εξεργειακής ανάλυσης, γίνεται σύγκριση μεταξύ
των διαφορετικών σταθμών και προκύπτουν σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με
την απόδοση και την ωφέλιμη ισχύ κάθε εγκατάστασης. Ταυτόχρονα, τονίζεται η ενσωμάτωση
διαφορετικών γεωθερμικών μονάδων σε σταθμούς συμπαραγωγής, με σκοπό την
περαιτέρω αξιοποίηση του θερμικού φορτίου των γεωθερμικών ρευστών και την αύξηση
του βαθμού απόδοσης της συνολικής εγκατάστασης.
(EL)
Geothermal energy is a natural, renewable source of energy that comes from the earth’s
interior and can be used in a variety of energy conversion technologies. The characteristics
of the geothermal fluid determine its scope of application. Thus, high enthalpy geothermal
fluids are used in the field of power and fuel production, while medium and low enthalpy
fluids can be used in heating and air conditioning, as well as in the extraction of other
useful commodities. A typical application of geothermal energy is geothermal heat pumps,
which use geothermal wells as heat sources or heat reservoirs to achieve space heating
or cooling, respectively.
In the current thesis the use of high and medium enthalpy geothermal resources in the
fields of power generation, heating, air conditioning and fuel production is studied. What
is more, the basic principles of heat pumps are analyzed with special emphasis on ground
source heat pumps, which utilize geothermal energy in heating and air conditioning applications.
In the context of geothermal resources’ evaluation, typical problems on thermodynamic
cycles of geothermal power plants and cogeneration plants are simulated. From this
analysis the thermodynamic properties of each cycle’s working medium are calculated,
as well as basic energy quantities, such as the turbines’ power output, the heat rate
exchanged in the heat exchangers and the exergy destruction rate in each component
of the station. Through energy and exergy analysis, a comparison between the different
plants is made and important conclusions about each station’s efficiency and power
output are drawn. At the same time, the integration of different geothermal units in cogeneration
plants is emphasized, in order to further utilize the geothermal fluids’ thermal load
and to increase the plant’s overall efficiency.
(EN)
National Technical University of Athens
