Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Από Γεωθερμικές Πηγές

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η αξιοποίηση των γεωθερμικών πεδίων χαμηλής και μέσης ενθαλπίας στην Ελλάδα, και ιδιαίτερα στο νησί της Ικαρίας, με τη χρήση δυαδικών κύκλων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ORC). Στην περιοχή δεν έχουν διενεργηθεί μέχρι σήμερα μελέτες ώστε να γνωρίζουμε το ακριβές μέγεθος του γεωθερμικού δυναμικού, ωστόσο η ύπαρξη του μας είναι γνωστή από τις επιφανειακές εκδηλώσεις, όπως είναι οι θερμές πηγές στην περιοχή του Αγ. Κήρυκου. Για αυτόν το λόγο και οι θερμοκρασίες που εξετάζονται σε αυτήν την εργασία καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα των πεδίων χαμηλής και μέσης ενθαλπίας.Η παρούσα διπλωματική χωρίζεται σε δύο μέρη, το θεωρητικό (κεφάλαια 1,2 και 3) και στο υπολογιστικό μέρος (κεφάλαια 4,5,6 και 7).Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται ορισμένα βασικά στοιχεία γύρω από τη γεωθερμική ενέργεια καθώς και οι τύποι των συνηθέστερων γεωθερμικών συστημάτων ικανών για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται μία σύντομη παρουσίαση των συνηθέστερων συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπως και η κατάσταση της γεωθερμίας μέχρι σήμερα στην Ελλάδα. Τέλος, γίνεται αναφορά στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των γεωθερμικών σταθμών παραγωγής ενέργειας και γίνεται σύγκριση με άλλους τρόπους παραγωγής ενέργειας.Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θερμοδυναμική ανάλυση των δυαδικών σταθμών παραγωγής. Επίσης, γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοσή τους όπως είναι η πίεση ατμοποίησης και η επιλογή του εργαζόμενου μέσου. Τέλος, αναφέρεται ο δυαδικός κύκλους Kalina και οι αρχές λειτουργίας του.Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το κόστος των γεωθερμικών προγραμμάτων. Συγκεκριμένα, αναλύεται το κόστος της κύριας επένδυσης σε κόστος εξερεύνησης, κόστος επιβεβαίωσης και κόστος ανάπτυξης του γεωθερμικού πεδίου. Στο κόστος της ανάπτυξης γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στον τρόπο υπολογισμού του κόστους της γεώτρησης καθώς και του συστήματος παραγωγής και συλλογής του ατμού. Τέλος, αναλύεται το κόστος Λειτουργίας & Συντήρησης (Λ&Σ).Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελέτη της επίδρασης της πίεσης ατμοποίησης στον θερμοδυναμικό κύκλο, καθώς και η επιλογή του εργαζόμενου. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται η συμπεριφορά του κύκλου σε μεταβολή της πίεσης ατμοποίησης από τα 20bar έως τα 35bar για εργαζόμενο μέσο R134a. Επίσης, συγκρίνονται τρία διαφορετικά εργαζόμενα μέσα για τέσσερις θερμοκρασίες γεωρευστού και επιλέγεται το καταλληλότερο ανά θερμοκρασία γεωρευστού.Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελέτη του συστήματος ψύξης της εγκατάστασης. Συγκεκριμένα, μελετάται η ετήσια διακύμανση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας συναρτήσει της θερμοκρασίας της θάλασσας. Στη συνέχεια γίνεται υπολογισμός της απαιτούμενης επιφάνειας του συμπυκνωτή.Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται εκτενής οικονομική ανάλυση των γεωθερμικών προγραμμάτων για όλες τις θερμοκρασίες γεωρευστού και για όλα τα εργαζόμενα μέσα. Επίσης, γίνεται αξιολόγηση των επενδύσεων με τη χρησιμοποίηση τεσσάρων οικονομικών δεικτών όπως είναι αυτοί της Καθαρής Παρούσας Αξίας (NPV), του Εσωτερικού Βαθμού Απόδοσης (IRR), της έντοκης περιόδου αποπληρωμής (DPB) και του Κανονικοποιημένου Κόστους της Παραγόμενης Ενέργειας (LCOE) για δύο χρηματοδοτικά προγράμματα.Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται οικονομική ανάλυση ευαισθησίας για δύο παράγοντες που συμβάλλουν στη διαμόρφωση του κόστους ενός γεωθερμικού προγράμματος. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται η οικονομική βιωσιμότητα των επενδυτικών προγραμμάτων μεταβάλλοντας το κόστος του συστήματος παραγωγής ενέργειας και συλλογής του ατμού καθώς και της τιμής της γεωθερμικής βαθμίδας, και κατ’ επέκταση του κόστους γεώτρησης του πεδίου.Τέλος, στο όγδοο κεφάλαιο αναφέρονται συνοπτικά τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παρούσα διπλωματική εργασία.