ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑusers.uoa.gr/~atzanis/Geothermy/Lecture_1_Geothermal_Systems.pdf · Τα ρευστά βασαλτικά μάγματα

ΕΙΣΑΓΩΓΗΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΣΤΑΣΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΑΠΟΑΠΟ

ΔρΔρ. . ΑΑ. . ΤΖΑΝΗΤΖΑΝΗΕΠΙΚΟΥΡΟΕΠΙΚΟΥΡΟ

ΚΑΘΗΓΗΤΗΚΑΘΗΓΗΤΗ

ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ

ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΠΡΟΓΡΑΜΜΑΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ

ΓΕΩΛΟΓΙΑΣΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

ΗΠΙΕΣΗΠΙΕΣ

ΜΟΡΦΕΣΜΟΡΦΕΣ

ΕΝΕΡΓΕΙΑΣΕΝΕΡΓΕΙΑΣΔΙΑΛΕΞΗΔΙΑΛΕΞΗ

ΙΙ

2

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ


: : ΟΡΙΣΜΟΙΟΡΙΣΜΟΙ

ΚΑΙΚΑΙ

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ

ΙΙΠεριοχέςΠεριοχές

στιςστις

οποίεςοποίες

ηη

θερμικήθερμική

ενέργειαενέργεια

τηςτης

ΓηςΓης

είναιείναι

επαρκώςεπαρκώς

συγκεντρωμένησυγκεντρωμένη

ώστεώστε

νανα

δημιουργείδημιουργεί

εκμεταλλεύσιμηεκμεταλλεύσιμη

ενεργειακήενεργειακή

πηγήπηγή. .

Ταξινομούνται

βάσει

των

γεωλογικών, υδρολογικών

και

θερμικών

τους

χαρακτηριστικών.

• Η

συγκέντρωση

της

θερμότητας

από

τα

πετρώματα

όπου

ευρίσκεται

διάχυτη,

προϋποθέτει

την

ύπαρξη

ενός

ενδιαμέσουενδιαμέσου

ρευστούρευστού

που

να

την

συλλέγεισυλλέγει

καικαι

νανα

τηντην μεταφέρειμεταφέρει,

δημιουργώντας

υπό

τις

κατάλληλες

συνθήκες

έναν

γεωθερμικό

ταμιευτήρα

ή

συλλέκτη.

••

ΗΗ

κυκλοφορίακυκλοφορία

τουτου




δυνατήδυνατή

λόγωλόγω

τωντων

διαφορώνδιαφορών πυκνότηταςπυκνότητας

μεταξύμεταξύ

τωντων

ψυχρότερωνψυχρότερων

ανωτέρωνανωτέρων

μαζώνμαζών

τουτου

ενδιάμεσουενδιάμεσου


πουπου

κατεισδύουνκατεισδύουν

προςπρος

τοντον

συλλέκτησυλλέκτη

καικαι

τωντων

θερμότερωνθερμότερων

μαζώνμαζών

πουπου ανέρχονταιανέρχονται

προςπρος

τηντην

επιφάνειαεπιφάνεια

λόγωλόγω

άνωσηςάνωσης. .

•

Η

κυκλοφορία

και

συγκέντρωση

του

γεωθερμικού

ρευστού

διευκολύνεται, όταν

εκτός

από

υψηλό

πορώδες, υπάρχει

και

υψηλή

υδραυλική

αγωγιμότητα.

•• ΤαΤα

γεωθερμικάγεωθερμικά

συστήματασυστήματα

χαρακτηρίζονταιχαρακτηρίζονται

απόαπό

θετικέςθετικές

γεωθερμικέςγεωθερμικές

ανωμαλίεςανωμαλίες, , οιοι

σπουδαιότερεςσπουδαιότερες

τωντων

οποίωνοποίων

συνδέονταισυνδέονται

μεμε

πρόσφατηπρόσφατη

μαγματικήμαγματική

δραστηριότηταδραστηριότητα

3

ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ


: : ΟΡΙΣΜΟΙΟΡΙΣΜΟΙ

ΚΑΙΚΑΙ

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ

ΙΙΙΙ•

Διαφορετικοί

τύποι

γεωθερμικών

συστημάτων

δημιουργούνται

από

συνδυασμούς

διαφορετικών

κατά

τόπους

παραγόντων

(ενθαλπία, η

κατανομή

της

υδραυλικής αγωγιμότητας, το

βάθος

του

ταμιευτήρα

κ.λ.π.)

•

Αναλόγως

του

γεωλογικού

περιβάλλοντος

και

του

καθεστώτος

μεταφοράς

της θερμοκρασίας

υπάρχουν

:

••

ΜεταφορικάΜεταφορικά

((convectiveconvective) ) γεωθερμικάγεωθερμικά

συστήματασυστήματα..••

ΥδροθερμικάΥδροθερμικά


εντόςεντός

πετρωμάτωνπετρωμάτων

υψηλούυψηλού

πορώδουςπορώδους

καικαι

/ / ήή

διαπερατότηταςδιαπερατότητας, ,

συνδεδεμένασυνδεδεμένα

μεμε

πρόσφατεςπρόσφατες

αβαθείςαβαθείς

μαγματικέςμαγματικές

διεισδύσειςδιεισδύσεις

καικαι

νεαρούςνεαρούς

πλουτωνίτεςπλουτωνίτες..••

ΚυκλοφορικάΚυκλοφορικά




χαμηλούχαμηλού

πορώδουςπορώδους, , ρηξιγενούςρηξιγενούς

υδραυλικήςυδραυλικής

διαπερατότηταςδιαπερατότητας, , σεσε

περιοχέςπεριοχές

υψηλήςυψηλής

ωςως

καικαι

κανονικήςκανονικής

περιφερειακήςπεριφερειακής

θερμικήςθερμικής

ροήςροής..••

ΜεταδοτικάΜεταδοτικά

((conductiveconductive) ) γεωθερμικάγεωθερμικά

συστήματασυστήματα..

••

ΥδροφόροιΥδροφόροι

ορίζοντεςορίζοντες

χαμηλήςχαμηλής

ενθαλπίαςενθαλπίας


ιζημάτωνιζημάτων

υψηλούυψηλού

πορώδουςπορώδους

/ / διαπερατότηταςδιαπερατότητας, , σεσε



ωςως

ελαφρώςελαφρώς



ροήςροής,,

συμπεριλαμβανομένων

και

των

λεγομένωνλεγομένων

««γεωπεπιεσμένωνγεωπεπιεσμένων»»

ζωνώνζωνών.•

ΘερμάΘερμά

ΞηράΞηρά

ΠετρώματαΠετρώματα

με

συνθήκες

υψηλής

θερμοκρασίας, -

χαμηλής

διαπερατότητας.

4

Σχηματική

αναπαράσταση

ενός

ηπειρωτικού

ηφαιστείου

και

της

θέσης

του

σχετικού

υδροθερμικού

συστήματος.

Ο

ηπειρωτικός

φλοιός

έχει

τυπικά

πάχη

30 –

40 km. Μερικά

τήγματα

στον

Άνω

Μανδύα

και

σε

βάθη

~ 100 km

παράγουν

βασαλτικό

μάγμα

(45 –

52% σε

SiO2

), που

ανέρχεται

μέχρι

την

βάση

του

φλοιού

και

λιμνάζει

σε

μαγματικούς

θαλάμους

επί

μακρόν. Αυτό

προκαλεί

μερική

τήξη

των

τοιχωμάτων

του

θαλάμου

με

αρχικά

προϊόντα

ρυολιθικής

σύστασης, 70-80% SiO2

. Περαιτέρω

τήξη

παράγει

μάγματα

ενδιάμεσης

σύστασης, 70% -

52% SiO2

. Η

απώλεια


από

τον

αρχικό

μαγματικό

θάλαμο

επιφέρει

μερική

κρυστάλλωση. Το

υπόλοιπο

κλάσμα

τήγματος

καθίσταται

προοδευτικά

πλουσιότερο

σε

SiO2

και

ανέρχεται

μέσω

του

φλοιού

δι’

αγωγών

σωληνοειδούς

μορφής

και

φλεβοειδών

διαρρήξεων, συσσωρευόμενο

σε

θαλάμους

του

μέσου

και

ανωτέρου

φλοιού. Τα

περιεχόμενα

πτητικά

συστατικά

(Η2

Ο, CO2

και

SO2

), διαλελυμμένα

στις

συνθήκες υψηλής πίεσης του κατωτέρου φλοιού, διαφεύγουν

σχηματίζοντας

φυσαλίδες

στις

χαμηλότερες

πιέσεις

του

μέσου

και

ανωτέρου

φλοιού. Η

άνοδος

των

φυσαλίδων

πιέζει

έτι

περαιτέρω

τους

μαγματικούς

θαλάμους. Η

άνοδος

του

μάγματος

και

η

πρόσθετη

πίεση

επάγουν

μικροσεισμικότητα

στα

εύθραυστα

ανώτερα

10-15 km

του

φλοιού. Το

μάγμα

μπορεί

επίσης

να

διασταλεί

ελαφρώς, προκαλώντας

αντίστοιχη

διόγκωση

της

επιφάνειας

της

Γης. Όταν

η

πίεση

υπερβεί

μία

κρίσιμη

τιμή, το

μάγμα

διαρρηγνύει

το

φλοιό

και

εκχέεται

στην

επιφάνεια, εκκινώντας

έτσι

ένα

ηφαιστειακό

παροξυσμό.

ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΑΗΠΕΙΡΩΤΙΚΑ

ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΗΦΑΙΣΤΕΙΑ

5

ΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΑΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΑ

ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΑΜΕΤΑΦΟΡΙΚΑ


II

•• ΧαρακτηρίζονταιΧαρακτηρίζονται

απόαπό

φυσικήφυσική


τουτου



–

το

πλείστο

της


μεταφέρεται

από

τα

ρευστά

και

μικρό

ποσοστό

άγεται

μέσω

της

μάζας

των

πετρωμάτων.•

Τα

υδροθερμικά

συστήματα

εντός

πετρωμάτων

υψηλού

πορώδους

και

διαπερατότητας

περιλαμβάνουνπεριλαμβάνουν

σχεδόνσχεδόν

όλαόλα

τατα



υπόυπό

εκμετάλλευσηεκμετάλλευση

γιαγια

παραγωγήπαραγωγή ενέργειαςενέργειας. Η

πηγή


αντιπροσωπεύεται

από

πρόσφατες

μαγματικές

διεισδύσεις με

τυπικές

θερμοκρασίες

700°-

1200°C και

υπερθερμαίνουν

τα

περιβάλλοντα

πετρώματα προκαλούντα

και

έξαρση

της

επιφανειακής

θερμικής

ροής.

•• ΛόγωΛόγω

προϊούσαςπροϊούσας

ψύξηςψύξης

τωντων

μαγματικώνμαγματικών

διεισδύσεωνδιεισδύσεων, , σημαντικήσημαντική

υπερβάλλουσαυπερβάλλουσα

θερμότηςθερμότης

διατηρείταιδιατηρείται

επίεπί

γεωλογικώςγεωλογικώς

σύντομοσύντομο

χρονικόχρονικό

διάστημαδιάστημα

((παροδικήπαροδική

θέρμανσηθέρμανση).).••

ΜόνονΜόνον

οιοι

τεταρτογενείςτεταρτογενείς


((απόαπό

101044--101066

έτηέτη) ) τουτου

ανωτέρουανωτέρου

φλοιούφλοιού

(<10Km) (<10Km) είναιείναι

ακόμηακόμη θερμικώςθερμικώς

ενεργέςενεργές

σήμερασήμερα. .

•• ΓεωθερμικέςΓεωθερμικές

ανωμαλίεςανωμαλίες

μεγάληςμεγάλης

διαρκείαςδιαρκείας

μάλλονμάλλον

οφείλονταιοφείλονται

σεσε

όξινεςόξινες, , παράπαρά

σεσε

βασαλτικέςβασαλτικές

διεισδύσειςδιεισδύσεις::

Τα

ρευστά

βασαλτικά

μάγματα

ανέρχονται

ταχύτερα

στην

επιφάνεια, αποδεσμεύοντας

μεγάλα

ποσά

θερμότητας. Αντιθέτως, τα

ιξώδη

όξινα

μάγματα

βραδύνουν

και

πολύ

συχνά

παγιδεύονται

ώστε

να

δημιουργούν

μακροβιότερες

πηγές

θερμότητος

(μερικά

Μέτη). Μόνον

όπου

η

μαγματική

δραστηριότητα

είναι

συνεχής, οι

αβαθείς

βασαλτικοί

θάλαμοι

δυνατόν

να

παρέχουν

σημαντικό

γεωθερμικό

δυναμικό

(π.χ. Ισλανδία).

6

ΤοΤο

υδροθερμικόυδροθερμικό

σύστημασύστημα

τηςτης

KraflaKrafla. Από

τους

Gislason

et

al, (1978).




IIII ΑπλοποιημένηΑπλοποιημένη

εικόναεικόνα

υδροθερμικούυδροθερμικού

συστήματοςσυστήματος, (, (KraflaKrafla, , ΙσλανδίαΙσλανδία))..

HH

ευρύτερηευρύτερη

περιοχήπεριοχή

τηςτης

καλδέραςκαλδέρας

τηςτης

KraflaKrafla.. ΑπεικονίζονταιΑπεικονίζονται

τατα

ίχνηίχνη

τωντων

ενεργώνενεργών

διαρρήξεωνδιαρρήξεων

τηςτης

ΜεσατλαντικήςΜεσατλαντικής

ΡάχηςΡάχης. . ΑπόΑπό

τοντον

KK. . SaemundsonSaemundson

((OrkustofnunOrkustofnun).).

7

•• ΣταΣτα

περισσότεραπερισσότερα


ηη

υγρήυγρή

καικαι

αέριοςαέριος

φάσηφάση

συνυπάρχουνσυνυπάρχουν

((διφασικάδιφασικά

συστήματασυστήματα), ), καικαι

ηη

διάκρισηδιάκριση


σημαντικήσημαντική

μόνονμόνον

απόαπό

τηντην

άποψηάποψη

τουτου

τρόπουτρόπου εκμετάλλευσηςεκμετάλλευσης. .

•

Εικόνες

από

τον

Fournier R.O., Application of water geochemistry to geothermal exploration and reservoir engineering, in L. Rybach

and L.J.P. Muffler (eds), Geothermal systems, Wiley, 109-143, 1981.




IIIIΙΙ

ΣυνθήκεςΣυνθήκες

σεσε


ατμούατμού ΣυνθήκεςΣυνθήκες

σεσε

υγρόυγρό


8

• Επιφανειακές

εκδηλώσεις

ατμίδωνατμίδων, , θερμώνθερμών

πηγώνπηγών, , ηφαιστείωνηφαιστείων

ιλύοςιλύος

κ.λ.π.

•• ΓεωθερμικέςΓεωθερμικές

βαθμίδεςβαθμίδες

μέχριμέχρι

καικαι

200200°°C/Km,C/Km,

ιδίως

στα

αδιαπέρατα

καλύμματα

των

ταμιευτήρων

(όπου

η

θερμότητα

μεταδίδεται

δι’

αγωγής). ••

ΔυνατέςΔυνατές

καικαι



θερμοβαθμίδαςθερμοβαθμίδας, , συνήθωςσυνήθως

ενδεικτικέςενδεικτικές

τωντων

ζωνώνζωνών

κατείσδυσηςκατείσδυσης

ψυχρούψυχρού

ύδατοςύδατος

προςπρος

τοντον

ταμιευτήραταμιευτήρα

: : ΗΗ

κλίμακακλίμακα

τέτοιωντέτοιων

οριζοντίωνοριζοντίων

μεταβολώνμεταβολών

τηςτης

θερμοβαθμίδαθερμοβαθμίδα

ενδεικτικήενδεικτική

τηςτης

πλευρικήςπλευρικής

έκτασηςέκτασης

τωντων

συστημάτωνσυστημάτων..

•• ΣυνήθειςΣυνήθεις

οιοι

αρνητικέςαρνητικές

ανωμαλίεςανωμαλίες

βαρύτηταςβαρύτητας

λόγωλόγω

ελλείμματοςελλείμματος

μάζηςμάζης

πουπου

συνεπάγεταισυνεπάγεται

τοτο

μεγάλομεγάλο

κλάσμακλάσμα

ατμούατμού

στονστον

ταμιευτήραταμιευτήρα, , ηη

σχετικάσχετικά

χαμηλήχαμηλή

πυκνότηταπυκνότητα

τωντων

όξινωνόξινων

πετρωμάτωνπετρωμάτων καικαι

ηη

ελαττωμένηελαττωμένη

πυκνότηταπυκνότητα

εξεξ


θερμοκρασίαςθερμοκρασίας.

•

Σπανιότερα

φαινόμενα

πυριτίωσης

εξ

αυτοσφραγισμού

των

διαπερατών

ζωνών, που

αυξάνουν

την

πυκνότητα

και

ενίοτε

καλύπτουν

τοπικές

αρνητικές

ανωμαλίες

υπεράνω

ζωνών μεταφοράς.

•• ΤαμιευτήρεςΤαμιευτήρες

καικαι

οιοι

αγωγοίαγωγοί

κυκλοφορίαςκυκλοφορίας

παρουσιάζουνπαρουσιάζουν

χαμηλέςχαμηλές

ειδικέςειδικές

αντιστάσειςαντιστάσεις

λόγω

υψηλής

θερμοκρασίας

/ αλατότητας

του

γεωθερμικού

ρευστού

και

υψηλού

ποσοστού

ορυκτών της

αργίλου.

• Οι

μαγματικές

διεισδύσεις

και

η

κυκλοφορία

των

ρευστών

παράγουν

μικροσεισμούςμικροσεισμούς

και

νανοσεισμούςνανοσεισμούς

δια

των

οποίων

εντοπίζονται

με

σεισμολογικές

μεθόδους.

•• ΑνωμάλωςΑνωμάλως


ταχύτητεςταχύτητες

προκαλούνπροκαλούν

καθυστέρησηκαθυστέρηση

τωντων

τηλεσεισμικώντηλεσεισμικών

κυμάτωνκυμάτων

ΡΡ

καικαι

ανώμαληανώμαλη

απόσβεσηαπόσβεση

τωντων

κυμάτωνκυμάτων

ΡΡ

καικαι

κυρίωςκυρίως

τωντων

SS.

ΓΕΩΦΥΣΙΚΑΓΕΩΦΥΣΙΚΑ

ΙΧΝΗΙΧΝΗ

ΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΩΝΥΔΡΟΘΕΡΜΙΚΩΝ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

9

ΑΤΜΙΔΕΣΑΤΜΙΔΕΣ

ΚΑΙΚΑΙ

ΦΟΥΜΑΡΟΛΕΣΦΟΥΜΑΡΟΛΕΣ

ΘΕΡΜΟΠΙΔΑΚΕΣΘΕΡΜΟΠΙΔΑΚΕΣ

((ΓΚΑΫΖΕΡΓΚΑΫΖΕΡ))

ΘΕΡΜΕΣΘΕΡΜΕΣ ΠΗΓΕΣΠΗΓΕΣ

ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΗΦΑΙΣΤΕΙΑ

ΙΛΥΟΣΙΛΥΟΣ

10

ΜΕΡΙΚΑΜΕΡΙΚΑ

ΓΕΩΦΥΣΙΚΑΓΕΩΦΥΣΙΚΑ

ΠΕΔΙΑΠΕΔΙΑ

ΣΤΗΝΣΤΗΝ

KRAFLAKRAFLA

ΧάρτηςΧάρτης

βαρυτικώνβαρυτικών

ανωμαλιώνανωμαλιών

BouguerBouguer

τηςτης περιοχήςπεριοχής

KraflaKrafla. . ΑπόΑπό

ton G. ton G. JohnsenJohnsen

((OrkustofnunOrkustofnun). ).

ΟριζοντιογραφικήΟριζοντιογραφική

αποτύπωσηαποτύπωση

τηςτης ειδικήςειδικής

αντίστασηςαντίστασης

σεσε

βάθοςβάθος

600600mm, ,

στοστο

γεωθερμικόγεωθερμικό

πεδίοπεδίο

τηςτης

KraflaKrafla. . ΑπόΑπό

τηντην

RR. . KarlsdottirKarlsdottir

((OrkustofnunOrkustofnun).).

11

ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΚΑ


ΣΥΣΤΗΜΑΤΑΣΥΣΤΗΜΑΤΑ••

ΔυνατόνΔυνατόν

νανα

συνδέονταισυνδέονται

μεμε

μαγματισμόμαγματισμό, , αλλάαλλά

απαντώνταιαπαντώνται

καικαι

σεσε


ελεύθερεςελεύθερες

προσφάτουπροσφάτου

μαγματικήςμαγματικής

δραστηριότηταςδραστηριότητας,,

ωςως

αποτέλεσμααποτέλεσμα

βαθιάςβαθιάς

κατείσδυσηςκατείσδυσης

καικαι


μετεωρικούμετεωρικού ύδατοςύδατος

σεσε





ροήςροής. .

••

ΟιΟι




ροήςροής

παρουσιάζουνπαρουσιάζουν

γεωτεκτονικέςγεωτεκτονικές

ιδιαιτερότητεςιδιαιτερότητες

ωςως

εξαρτώμενεςεξαρτώμενες

απόαπό

ανώμαλεςανώμαλες

θερμικέςθερμικές

διεργασίεςδιεργασίες

στηνστην

βάσηβάση

τηςτης

λιθόσφαιραςλιθόσφαιρας

((εκτεταμένηεκτεταμένη

λέπτυνσηλέπτυνση

τουτου

φλοιούφλοιού, , ήή

εκτεταμένεςεκτεταμένες

βασικέςβασικές

μαγματικέςμαγματικές


λόγωλόγω

επεκτατικούεπεκτατικού

τεκτονισμούτεκτονισμού

ηπειρωτικήςηπειρωτικής

κλίμακαςκλίμακας, , ήή

περιπτώσειςπεριπτώσεις

ηπειρωτικώνηπειρωτικών

θερμώνθερμών

κηλίδωνκηλίδων). ). ••

ΠροϋποτίθεταιΠροϋποτίθεται

ηη

παρουσίαπαρουσία

θραυσιγενώνθραυσιγενών


((διαρρήξειςδιαρρήξεις, , διακλάσειςδιακλάσεις

κκ..λλ..ππ.) .) επαρκούςεπαρκούς


διαπερατότηταςδιαπερατότητας, , ώστεώστε

νανα

διευκολύνεταιδιευκολύνεται

ηη


τουτου

ρευστούρευστού..••

ΗΗ

εκφόρτισηεκφόρτιση

τωντων


ρευστώνρευστών


εντοπισμένηεντοπισμένη, (, (διασταυρώσειςδιασταυρώσεις

ρηγμάτωνρηγμάτων

καικαι

ρηξιγενώνρηξιγενών

ζωνώνζωνών), ), αλλάαλλά

ηη

τροφοδοσίατροφοδοσία

γίνεταιγίνεται

απόαπό

εκτεταμένηεκτεταμένη

περιοχήπεριοχή..••

ΗΗ

θερμοκρασίαθερμοκρασία

τουτου


εξαρτάταιεξαρτάται

πρωτίστωςπρωτίστως

απόαπό

τοτο

μέγεθοςμέγεθος

τηςτης



ροήςροής

καικαι

απόαπό

τοτο


μέχριμέχρι

τοτο

οποίοοποίο

κυκλοφορείκυκλοφορεί. . ••

ΟΟ

χρόνοςχρόνος

παραμονήςπαραμονής

τουτου



τουτου

συστήματοςσυστήματος


τηςτης

τάξηςτάξης

101022--101033

ετώνετών..••

ΥπόΥπό

κανονικέςκανονικές

συνθήκεςσυνθήκες, , οιοι

μεγαλύτερεςμεγαλύτερες

θερμοκρασίεςθερμοκρασίες

συναντώνταισυναντώνται

σεσε

μικρότεραμικρότερα

βάθηβάθη, , σεσε


υψηλότερηςυψηλότερης


ροήςροής. . ••

ΗΗ

υψηλήυψηλή

περιφερειακήπεριφερειακή

ροήροή

θερμότηταςθερμότητας

έχειέχει

τηντην

δυνατότηταδυνατότητα

νανα

συντηρήσεισυντηρήσει

κυκλοφορικάκυκλοφορικά

καικαι

υδροθερμικάυδροθερμικά


εφόσονεφόσον

τατα

ανώτεραανώτερα

χιλιόμετραχιλιόμετρα

τουτου

φλοιούφλοιού


διερρηγμέναδιερρηγμένα

σεσε

βαθμόβαθμό τέτοιοτέτοιο, , ώστεώστε

νανα

επιτρέπουνεπιτρέπουν

τηντην


ρευστώνρευστών. . ΤέτοιαΤέτοια



έχουνέχουν

σχετικάσχετικά

περιορισμένοπεριορισμένο

χρόνοχρόνο

ζωήςζωής

(10(104 4 --

101055

έτηέτη). ).

12

ΜΕΤΑΔΟΤΙΚΑΜΕΤΑΔΟΤΙΚΑ


••

ΧαρακτηρίζονταιΧαρακτηρίζονται

απόαπό

θερμικόθερμικό

καθεστώςκαθεστώς

πουπου

οφείλεταιοφείλεται

σεσε

αγωγήαγωγή

τηςτης


μέσωμέσω τωντων


μόνονμόνον..

••

ΤοΤο

ενδιάμεσοενδιάμεσο

ρευστόρευστό, , είτεείτε


παρόνπαρόν

όπωςόπως

στηνστην

περίπτωσηπερίπτωση

τωντων

βαθέωνβαθέων

υδροφόρωνυδροφόρων οριζόντωνοριζόντων, , είτεείτε

παρέχεταιπαρέχεται

τεχνητώςτεχνητώς, , όπωςόπως

σταστα

ΘερμάΘερμά

ΞηράΞηρά

ΠετρώματαΠετρώματα. . ΗΗ


εμποδίζεταιεμποδίζεται

απόαπό

τιςτις


αντιθέσειςαντιθέσεις

θερμοκρασίαςθερμοκρασίας

στηνστην

πρώτηπρώτη


καικαι

απόαπό

τηντην χαμηλήχαμηλή

διαπερατότηταδιαπερατότητα

στηνστην

δεύτερηδεύτερη..

••

ΚοινόΚοινό

χαρακτηριστικόχαρακτηριστικό

τωντων

μεγάλωνμεγάλων

ιζηματογενώνιζηματογενών

λεκανώνλεκανών


ηη

παρουσίαπαρουσία

εκτεταμένωνεκτεταμένων υδροφόρωνυδροφόρων

οριζόντωνοριζόντων,,

πολλάκις

σε

αρκετά

διαφορετικά

επίπεδα, εντός

στρωμάτων

υψηλού

πορώδους

και

διαπερατότητας. Αυτοί

δυνατόν

να

περιέχουν

παλαιά

(στάσιμα) ρευστά

ή

να τροφοδοτούνται

από

γειτονικές

ορεινές

περιοχές.

••

ΟιΟι

θερμοκρασίεςθερμοκρασίες

είναιείναι, , συνήθωςσυνήθως, , χαμηλότερεςχαμηλότερες

τωντων

150150°°C (C (χαμηλήχαμηλή

ενθαλπίαενθαλπία).).••

ΟιΟι

γεωπεπιεσμένοιγεωπεπιεσμένοι

ταμιευτήρεςταμιευτήρες


ειδικήειδική


υδροφορέωνυδροφορέων

παγιδευμένωνπαγιδευμένων

μεταξύμεταξύ

στρωμάτωνστρωμάτων

αδιαπέρατωναδιαπέρατων

αργιλικώναργιλικών

σχιστόλιθωνσχιστόλιθων



αγωγιμότηταςαγωγιμότητας, , μεμε

πίεσηπίεση ενδοπορικώνενδοπορικών

ρευστώνρευστών

υπερβαίνουσαυπερβαίνουσα

τηντην

υδροστατικήυδροστατική

((τυπικώςτυπικώς

τηςτης

τάξηςτάξης

100100ΜΡΜΡa).a).

Σε

αντίθεση

με

τις

"φυσιολογικές" ιζηματογενείς

περιοχές

όπου

τα

ενδοπορικά

ρευστά αποβάλλονται

κατά

την

διάρκεια

της

διαγενετικής

συμπίεσης, οι

γεωπεπιεσμένες

ζώνες

αποτελούναποτελούν

είδοςείδος

παγίδωνπαγίδων

θερμότηταςθερμότητας. Ευρίσκονται

συνήθως

σε

μεγάλα

βάθη

(3-7Km) και περιέχουν

σημαντικές

ποσότητες

φυσικού

αερίου.

13

ΗΗ

ΛΕΚΑΝΗΛΕΚΑΝΗ

ΤΗΣΤΗΣ

ΠΑΝΝΟΝΙΑΣΠΑΝΝΟΝΙΑΣ

--

ΟΥΓΓΑΡΙΑΟΥΓΓΑΡΙΑΑΑ. . ΣχηματισμόςΣχηματισμόςΓΓ. . ΓεωισόθερμεςΓεωισόθερμες

στοστο


τωντων

1000 1000 μέτρωνμέτρων

((OttlikOttlik

et al., 1981)et al., 1981)

ΒΒ. . ΔομήΔομή φλοιούφλοιού

καικαι

πηγέςπηγές θερμότηταςθερμότητας

((StegenaStegena

et al., 1975)et al., 1975)

14

ΘΕΡΜΑΘΕΡΜΑ

ΞΗΡΑΞΗΡΑ

ΠΕΤΡΩΜΑΤΑΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

((ΘΞΠΘΞΠ))

••

ΣεΣε

όλεςόλες

τιςτις

««φυσιολογικέςφυσιολογικές»»


τωντων

ηπείρωνηπείρων

υπάρχειυπάρχει

άφθονηάφθονη

θερμικήθερμική

ενέργειαενέργεια, , σεσε

αρκετάαρκετά μεγάλαμεγάλα

βάθηβάθη,,

προσπελάσιμαπροσπελάσιμα

μεμε

τηντην

σημερινήσημερινή

τεχνολογίατεχνολογία

γεωτρήσεωνγεωτρήσεων..

••

ΣταΣτα

βάθηβάθη

αυτάαυτά

τατα

φυσικάφυσικά

ενδιάμεσαενδιάμεσα

ρευστάρευστά

απουσιάζουναπουσιάζουν

λόγωλόγω

τηςτης

πολύπολύ

μικρήςμικρής

διαπερατότηταςδιαπερατότητας καικαι

ηη

εξαγωγήεξαγωγή

ενέργειαςενέργειας

απαιτείαπαιτεί

τηντην

δημιουργίαδημιουργία

τεχνητώντεχνητών

συνθηκώνσυνθηκών



ρευστούρευστού..••

ΟιΟι

σπουδαιότερεςσπουδαιότερες

αρχικέςαρχικές

συνθήκεςσυνθήκες

--

προαπαιτούμεναπροαπαιτούμενα

γιαγια

τηντην

παραγωγήπαραγωγή

ενέργειαςενέργειας



≥≥

200200°°C C καικαι

διαπερατότηταδιαπερατότητα

≤≤1010--66

darcydarcy. . •

Ένα

ΘΞΠ

δυνατόν

να

χαρακτηρίζεται

κυρίως

από

την

φυσική

(αρχική) του

διαπερατότητα

και

την

ενθαλπία. ••

ΟΟ

προσδιορισμόςπροσδιορισμός

τηςτης

φυσικήςφυσικής

διαπερατότηταςδιαπερατότητας

συναρτήσεισυναρτήσει

τουτου

βάθουςβάθους

απόαπό

επιφανειακέςεπιφανειακές

μετρήσειςμετρήσεις

γίνεταιγίνεται

μεμε

σεισμικέςσεισμικές

καικαι

βαθιέςβαθιές

ηλεκτρικέςηλεκτρικές

καικαι

ηλεκτρομαγνητικέςηλεκτρομαγνητικές

διασκοπήσειςδιασκοπήσεις

((ηη

ηλεκτρικήηλεκτρική

αγωγιμότητααγωγιμότητα

τωντων

στερεώνστερεών


εξαρτάταιεξαρτάται

σχεδόνσχεδόν

αποκλειστικάαποκλειστικά

απόαπό

τοτο

κλάσμακλάσμα

ύδατοςύδατος

πουπου

περιέχουνπεριέχουν, , οπότεοπότε

ηη

ανίχνευσηανίχνευση



ειδικήςειδικής

αντίστασηςαντίστασης

υποδεικνύειυποδεικνύει

ύπαρξηύπαρξη



διαπερατότηταςδιαπερατότητας).).

••

ΤοποθεσίεςΤοποθεσίες

κατάλληλεςκατάλληλες

γιαγια

εκμετάλλευσηεκμετάλλευση

ΘΞΠΘΞΠ•

Στην

περιφέρεια

περιοχών

προσφάτων

μαγματικών

διεισδύσεων

(και

των

πιθανών

συμπαρομαρτούντων

υδροθερμικών

συστημάτων). ••

ΣεΣε

παλαιούςπαλαιούς

μεγάλουςμεγάλους

πλουτωνίτεςπλουτωνίτες, καλυμμένουςκαλυμμένους

μεμε

παχέαπαχέα

στρώματαστρώματα

θερμομονωτικώνθερμομονωτικών

ιζημάτωνιζημάτων..

ΕάνΕάν

ηη

ραδιενεργόςραδιενεργός

παραγωγήπαραγωγή


στουςστους

((γρανιτικούςγρανιτικούς

κυρίωςκυρίως) ) πλουτωνίτεςπλουτωνίτες


44--88μμW/mW/m33, , ηη


θαθα

φθάσειφθάσει

τουςτους

200200°°C C σεσε


55--6Km, 6Km, σεσε




ροήςροής.

15

•• ΥδραυλικήΥδραυλική

θραύσηθραύση

τωντων


πετρωμάτωνπετρωμάτων, ,

ώστεώστε

νανα

δημιουργούνταιδημιουργούνται

οιοι

επιφάνειεςεπιφάνειες ανταλλαγήςανταλλαγής

θερμότηταςθερμότητας. .

1.1. ΨυχρόΨυχρό

ύδωρύδωρ

εγχέεταιεγχέεται

διαδια

τωντων

γεωτρήσεωνγεωτρήσεων. .

2.2. ΠροκαλείταιΠροκαλείται

ηη

διαδια

συστολήςσυστολής

θραύσηθραύση

τωντων

πετρωμάτωνπετρωμάτων. . 3.3.

ΣυλλέγεταιΣυλλέγεται

ηη

θερμότηταθερμότητα

καικαι

τοτο

ρευστόρευστό

αντλείταιαντλείται

απόαπό

άλλεςάλλες

γεωτρήσειςγεωτρήσεις. .

ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ

ΘΞΠΘΞΠ

16

ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΕΥΡΩΠΑΪΚΟ

ΚΕΝΤΡΟΚΕΝΤΡΟ

ΕΡΕΥΝΩΝΕΡΕΥΝΩΝ

ΘΞΠΘΞΠ

: : SOULTZSOULTZ--SOUSSOUS-- FORFORÉÉTT, , ΑΛΣΑΤΙΑΑΛΣΑΤΙΑ

((http://http://www.soultz.netwww.soultz.net//))

17

ΘΞΠΘΞΠ

((συνέχειασυνέχεια))

18

ΘΞΠΘΞΠ

((συνέχειασυνέχεια))

Documents

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑusers.uoa.gr/~atzanis/Geothermy/Lecture_1_Geothermal_Systems.pdf · Τα ρευστά βασαλτικά μάγματα