ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Transcript

1 ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΟΥΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ιπλωµατική εργασία του φοιτητή Ιωάννη Βούλγαρη Επιβλέπων καθηγητής Μπακιρτζής Αναστάσιος Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧ. Η/Υ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧ. Η/Υ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

2 Ευχαριστώ θερµά τον καθηγητή κ. Αναστάσιο Μπακιρτζή για την ευκαιρία που µου έδωσε να ασχοληθώ µε το ενδιαφέρον θέµα της µετατροπής πρωτογενών µορφών ενέργειας σε ηλεκτρική καθώς και για τις χρήσιµες συµβουλές του κατά την εκπόνηση της διπλωµατικής µου εργασίας. 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 4 2. ΑΝΘΡΑΚΑΣ ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΛΙΓΝΙΤΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ ΑΗΣ ΑΠΟ ΟΣΗ - ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΜΟΝΑ ΕΣ ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΘΡΑΚΑ ΑΛΛΟΘΕΡΜΙΚΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΛΙΓΝΙΤΩΝ ΕΝΤΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ- ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ Η ΨΥΞΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΠΑΡΚΑ ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ (FUEL CELLS) ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΑΝΑΛΩΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΣΥΝΤΗΞΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΑΠΕ) Υ ΡΟ ΥΝΑΜΙΚΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ Υ ΡΟΑΝΤΛΗΤΙΚΑ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ ΜΙΚΡΑ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ Υ ΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Η.Ε. ΜΕ ΗΛΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΑΙΟΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 60 2

4 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟ ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΚΕΑΝΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΥΜΑΤΩΝ) ΚΟΣΤΟΣ- ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ - ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ - ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΩΝ Υ ΑΤΩΝ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ- ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΙΑΤΑΡΑΞΗ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ- ΕΞΑΝΤΛΗΣΗ ΑΠΟΘΕΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕΤΡΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Η.Ε. ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α ΕΗ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ Η.Ε ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΑΝΑΦΟΡΕΣ 103 3

5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σαν ενέργεια ορίζεται η ικανότητα ενός σώµατος να παράγει έργο λόγω της κίνησης, της θέσης ή της κατάστασής του. Για να πραγµατοποιήσει η ανθρωπότητα τις κάθε φύσης δραστηριότητές της, από την αρχή ακόµα της οργάνωσής της σε µικρές οµάδες, είχε ανάγκη από πηγές που θα µπορούσαν να καλύψουν τις λίγες αρχικά απαιτήσεις της σε ενέργεια. Αυτές οι πηγές ήταν τα καυσόξυλα, η δύναµη των οικιακών ζώων, η κοπριά τους, η κινητική ενέργεια των ποταµών και του αέρα, και βέβαια η ίδια η δύναµη του ανθρώπου. Με την βιοµηχανική επανάσταση όµως, οι ανάγκες για ενέργεια αυξάνονται και αρχίζουν οι πρώτες αναζητήσεις για νέες πηγές. Οι πρώτες πηγές που εξυπηρετούν την αυξηµένη ζήτηση είναι ο λιθάνθρακας, το πετρέλαιο και η εντατικότερη εκµετάλλευση των υδατοπτώσεων. Η έρευνα για πρακτική αξιοποίηση του ηλεκτρισµού έρχεται να δώσει µια νέα διέξοδο στο πρόβληµα αυτό. Το 1882 αρχίζουν την λειτουργία τους οι πρώτες µονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο Λονδίνο (60 kw) και στη Νέα Υόρκη (60 kw) µε συνεχή τάση 110 V περίπου. Με την καθιέρωση του εναλλασσόµενου ρεύµατος και της ανύψωσης της τάσης µεταφοράς γίνεται δυνατή η µεταφορά σε µεγάλες αποστάσεις από τις µονάδες παραγωγής, και έτσι δίνεται νέα ώθηση στην εξάπλωση του ηλεκτρισµού. Μετά τον β παγκόσµιο πόλεµο η αύξηση της ζήτησης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι τέτοια, ώστε ο ηλεκτρισµός σήµερα να θεωρείται σαν είδος πρώτης ανάγκης, και η οργάνωση της καθηµερινής µας ζωής αλλά και όλων σχεδόν των οικονοµικών δραστηριοτήτων να είναι πλήρως εξαρτηµένη από αυτόν. Οι πρώτες γεννήτριες ήταν εµβολοφόροι ατµοκινητήρες που χρησιµοποιούσαν για καύσιµο τον λιθάνθρακα. Με την εµφάνιση του, το πετρέλαιο της Μ. Ανατολής αντικαθιστά σε µεγάλο βαθµό τον λιθάνθρακα, σαν πιο φθηνή πηγή ενέργειας. Το 1973, η πρώτη πετρελαϊκή κρίση έρχεται να ταράξει τα νερά, καθώς το βασικό καύσιµο εκείνης της περιόδου αυξήθηκε διεθνώς στα 15$ το βαρέλι, από 2-3$ που πωλούνταν για αρκετά χρόνια. Η ανησυχία όµως σχετικά µε την επάρκεια των αποθεµάτων του και την πλήρη εξάρτηση των περισσότερων χωρών από τις πετρελαιοπαραγωγικές χώρες γενικεύεται µε την δεύτερη πετρελαϊκή κρίση το Οι βιοµηχανικά ανεπτυγµένες χώρες έστρεψαν τις προσπάθειές τους στον περιορισµό της εξάρτησης αυτής µε δύο τρόπους: α) µε την λήψη µέτρων εξοικονόµησης και ορθολογικής χρήσης της ενέργειας και β) µε την έρευνα για νέες πηγές που θα υποκαθιστούσαν το πετρέλαιο. Τα ίδια αυτά µέτρα υπαγορεύονται και από µία ακόµη ανάγκη που έγινε κατανοητή µόλις τα τελευταία χρόνια: την προστασία του περιβάλλοντος, του οποίου η µόλυνση έχει φθάσει σε ανησυχητικά επίπεδα λόγω των έντονων δραστηριοτήτων του ανθρώπου. Το φαινόµενο του θερµοκηπίου, που δηµιουργείται από την συσσώρευση CO 2 στα ανώτερα στρώµατα της ατµόσφαιρας, είναι ένα από τα βασικότερα περιβαλλοντικά προβλήµατα στα οποία καλείται η ανθρωπότητα να βρει λύση. 4

6 Στην εργασία αυτή εξετάζονται οι πηγές ενέργειας που µετατρέπονται σε ηλεκτρική. Συγκεκριµένα, παρουσιάζονται οι τρόποι που πραγµατοποιείται αυτή η µετατροπή µέχρι σήµερα, καθώς και νέες µέθοδοι, βελτιωµένες ως προς την αποδοτικότητα ή ως προς την φιλικότητά τους προς το περιβάλλον, που βρίσκονται αυτή την εποχή υπό έρευνα. Κάθε πηγή εξετάζεται ξεχωριστά ως προς την ύπαρξη αποθεµάτων και την δυνατότητα πρόσβασης σ αυτά, την απόδοσή της (θερµική και οικονοµική), και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την χρησιµοποίησή της. Για κάθε πηγή µας απασχολεί κατά κύριο λόγο η δυνατότητα εφαρµογής τους στον ελληνικό χώρο, καθώς και η µέχρι τώρα κατάσταση. Παρουσιάζονται συγκριτικοί πίνακες της πορείας του ελληνικού συστήµατος σε αντιπαραβολή µε την παγκόσµια κατάσταση. Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την ηλεκτροπαραγωγή αναλύονται ξεχωριστά και εξετάζονται τρόποι αποφυγής τους ή µείωσης και τα µέτρα που η διεθνής κοινότητα θεωρεί αναγκαία για τον σκοπό αυτό. Γίνεται τέλος µια αναφορά στο καθεστώς που ισχύει στην Ελλάδα για την ηλεκτροπαραγωγή. Με νόµο 2773/1999 αρχίζει η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα, που θα ευνοήσει την αξιοποίηση των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας και την διανεµηµένη παραγωγή. 5

7 2. ΑΝΘΡΑΚΑΣ Ο άνθρακας µαζί µε το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο είναι τα τρία ορυκτά καύσιµα (fossil fuels). Ο άνθρακας (γαιάνθρακας) είναι ένα σκληρό, µαύρο, πετρώδες υλικό. Αποτελείτε από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο και θείο. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι άνθρακα: ο ανθρακίτης, ο λιθάνθρακας και ο λιγνίτης. Ο ανθρακίτης είναι ο πιο σκληρός και περιέχει περισσότερο άνθρακα πράγµα που του δίνει µεγαλύτερη θερµογόνο δύναµη. Αντίθετα, ο λιγνίτης είναι ο µαλακότερος και µε την µικρότερη περιεκτικότητα άνθρακα αλλά και µε υψηλή περιεκτικότητα υγρασίας. Ο λιθάνθρακας είναι κάπου ενδιάµεσα. Σήµερα, σε πολλές χώρες και στην Ελλάδα υπάρχουν και κοιτάσµατα τύρφης (peat) που είναι ο πρόδροµος των γαιανθράκων. Προκειµένου να αξιολογηθεί συνολικά ένα κοίτασµα, δεν αρκεί να είναι γνωστή µόνο η ποσότητα του ανακτήσιµου άνθρακα, αλλά και η σύσταση και τα φυσικά και χηµικά χαρακτηριστικά του, εφόσον αυτά καθορίζουν το ενεργειακό περιεχόµενό του. Τα συστατικά του άνθρακα παρουσιάζονται στη λεγόµενη άµεση ανάλυσή του οµαδοποιηµένα σε τέσσερις κατηγορίες: 1)Πτητικά, τα οποία είναι οργανικής σύστασης, 2)Τέφρα, δηλαδή κυρίως άλατα και οξείδια, τα οποία εµφανίζονται ως υπόλειµµα µετά την καύση, 3)Υγρασία (όπως συλλέγεται στο ορυχείο), και 4)Μόνιµος άνθρακας (ορίζεται ως το υπόλοιπο, αφού προσδιοριστούν τα τρία προηγούµενα). Η ανάλυση των ορυκτών στα βασικά συστατικά τους και η θερµογόνος τους δύναµη παρουσιάζεται στον Πίνακα 2.1. Η σύσταση του κάθε κοιτάσµατος µας δίνει, όπως φαίνεται στον Πίνακα, και µια εικόνα για την θερµογόνο δύναµή του. Οι τιµές που δίνονται στον Πίνακα για κάθε µορφή άνθρακα είναι ενδεικτικές και στην πραγµατικότητα διαφέρουν από κοίτασµα σε κοίτασµα. Πίνακας 2.1: Περιεκτικότητα % κατά βάρος ανθρακικών κοιτασµάτων[1] Βασικά συστατικά κοιτάσµατος θερµογόνος δύναµη C H N S H2O MJ/Kg ανθρακίτης ,68 λιθάνθρακας ,40-35,59 λιγνίτης ,28-18,84 τύρφη µέχρι 8,37 Η παλαιότερη γνωστή χρήση άνθρακα ήταν στην Κίνα. Άνθρακας από το ορυχείο Fu-shun στη βορειοανατολική Κίνα ίσως είχε χρησιµοποιηθεί για λιώσιµο χαλκού πριν από 3000 περίπου χρόνια. Σίγουρα, ο άνθρακας πάντως χρησιµοποιούνταν ως καύσιµο περίπου απ το 1000 π.χ.. Παρότι είναι άφθονος στα περισσότερα µέρη του κόσµου, δεν χρησιµοποιήθηκε εκτενώς ως καύσιµο µέχρι την βιοµηχανική επανάσταση. Μέχρι τη στιγµή που εµφανίστηκαν στο προσκήνιο το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, ο άνθρακας ήταν το βασικό καύσιµο της βιοµηχανίας. Το 2001 το 38% περίπου της θερµικής ενέργειας για παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσµίως προερχόταν από τον άνθρακα. [2] Στο τέλος του 2003 τα διαθέσιµα αποθέµατα κοιτασµάτων άνθρακα παγκοσµίως ήταν Εκατοµµύρια Τόνοι[3]. Όπως φαίνεται και από τον Πίνακα 2.2 και το Σχήµα 2.1, τα µεγαλύτερα κοιτάσµατα βρίσκονται στην Β. Αµερική (Η.Π.Α.), στη Ρωσία, στην 6

8 Κίνα, στην Ινδία και στην Αυστραλία. Με βάση τα αποθέµατα αυτά και την ετήσια παραγωγή άνθρακα το 2003, υπολογίζεται ότι επαρκούν για 200 περίπου χρόνια.[3] Πίνακας 2.2: Παγκόσµια αποθέµατα άνθρακα (τέλος 2003)[3] Εκατ. τόνοι άνθρακα Ποσοστό παγκόσµιων αποθεµάτων Β. Αµερική ,2% Κεντρ. & Ν. Αµερική ,2% Κίνα ,6% Ινδία ,6% Ρωσική Οµοσπονδία ,9% Γερµανία ,7% Αφρική ,6% Αυστραλία ,3% Υπόλοιπες χώρες ,8% Σύνολο ,0% 8,3% 5,6% 6,7% 14,8% 15,9% 8,6% 26,2% 2,2% 11,6% Β. Αµερική Κεντρ. & Ν. Αµερική Κίνα Ινδία Ρωσική Οµοσπονδία Γερµανία Αφρική Αυστραλία Υπόλοιπες χώρες Σχήµα 2.1: Παγκόσµια κατανοµή κοιτασµάτων άνθρακα. [3] 7

9 Πίνακας 2.3: Εγκατεστηµένη ισχύς ανθρακικών σταθµών παραγωγής Η.Ε. στην Ευρώπη [ΜW][8] ΑΥΣΤΡΙΑ ΒΕΛΓΙΟ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΑΝΙΑ ΙΣΠΑΝΙΑ ΦΙΛΑΝ ΙΑ ΓΑΛΛΙΑ Μ. ΒΡΕΤΑΝΙΑ ΕΛΛΑ Α ΙΡΛΑΝ ΙΑ ΙΤΑΛΙΑ ΛΟΥΞΕΜΒΟΥΡΓΟ ΟΛΛΑΝ ΙΑ ΠΟΡΤΟΓΑΛΙΑ , ΣΟΥΗ ΙΑ ΕΛΒΕΤΙΑ 17 ΝΟΡΒΗΓΙΑ ΒΟΥΛΓΑΡΙΑ ΚΥΠΡΟΣ ΤΣΕΧΙΑ ΕΣΘΟΝΙΑ 22 ΟΥΓΓΑΡΙΑ ΛΙΘΟΥΑΝΙΑ ΛΕΤΟΝΙΑ ΠΟΛΩΝΙΑ 20855, , ΡΟΥΜΑΝΙΑ ΣΛΟΒΕΝΙΑ ΣΛΟΒΑΚΙΑ ΤΟΥΡΚΙΑ 1370,3 5205,7 6988,9 6990, , Στον Πίνακα 2.3 [8] φαίνεται η εξέλιξη της εγκατεστηµένης ισχύος ανθρακικών σταθµών στην Ευρώπη. Παρατηρούµε ότι η εγκατεστηµένη ισχύς ανθρακικών σταθµών παρουσιάζει µια στασιµότητα ή και µείωση σε ορισµένες χώρες. Λόγω του µεγάλου όγκου του καυσίµου, τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Η.Ε.) από άνθρακα κατασκευάζονται συνήθως στον τόπο των κοιτασµάτων, κυρίως όταν πρόκειται για φτωχά σε θερµογόνο δύναµη όπως είναι ο λιγνίτης και η τύρφη. Η µετατροπή της ενέργειας των κοιτασµάτων του άνθρακα σε ηλεκτρική γίνεται σε θερµικούς σταθµούς, όπου η θερµότητα από την καύση µετατρέπεται πρώτα σε µηχανική και στην συνέχεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο τύπος του θερµικού σταθµού που χρησιµοποιείται για την παραγωγή Η.Ε. µε καύσιµο άνθρακα είναι ο ατµοηλεκτρικός (ΑΗΣ). 8

10 2.1. ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΛΙΓΝΙΤΕΣ Στην Ελλάδα βρίσκονται κυρίως λιγνίτης και τύρφη, από τα πιο φτωχά στερεά καύσιµα, ευτυχώς όµως σε µεγάλες ποσότητες. Τα συνολικά βεβαιωµένα γεωλογικά αποθέµατα λιγνίτη στη χώρα ανέρχονται σε 5 δις. τόνους, περίπου. Τα κοιτάσµατα αυτά παρουσιάζουν αξιοσηµείωτη γεωγραφική εξάπλωση στον ελληνικό χώρο. Με τα σηµερινά τεχνικο-οικονοµικά δεδοµένα τα κοιτάσµατα που είναι κατάλληλα για ενεργειακή εκµετάλλευση, ανέρχονται σε 3,2 δις τόνους, περίπου, και ισοδυναµούν µε 450 εκ. τόνους πετρελαίου [5]. Τα κυριότερα εκµεταλλεύσιµα κοιτάσµατα λιγνίτη βρίσκονται στις περιοχές Πτολεµαΐδας, Αµυνταίου και Φλώρινας µε υπολογισµένο απόθεµα 1,9 δις τόνους, στην περιοχή της ράµας µε απόθεµα 900 εκ. τόνους και στην περιοχή Ελασσόνας µε 150 εκ. τόνους. Επίσης στην Πελοπόννησο, περιοχή Μεγαλόπολης, υπάρχει λιγνιτικό κοίτασµα µε απόθεµα περίπου 250 εκ. τόνους. Στο Σχήµα 2.2 [5] φαίνονται το µεγαλύτερα κοιτάσµατα λιγνίτη στην Ελλάδα και το ποσοστό εκµετάλλευσής τους. Με βάση τα συνολικά εκµεταλλεύσιµα αποθέµατα λιγνίτη της χώρας και τον προγραµµατιζόµενο ρυθµό κατανάλωσης στο µέλλον, υπολογίζεται ότι τα αποθέµατα αυτά επαρκούν για περισσότερο από 45 χρόνια. Μέχρι σήµερα έχουν εξορυχθεί συνολικά 1,3 δισ. τόνοι λιγνίτη. Οι εξορυχθείσες ποσότητες λιγνίτη φτάνουν περίπου στο 29% των συνολικών αποθεµάτων. Tο 2003 εξορύχθησαν συνολικά 68,1 εκ. τόνοι, ενώ µόνο κατά το πρώτο εξάµηνο του 2004 παρήχθησαν 35,4 εκ. τόνοι. Έτσι, η χώρα µας κατέχει τη δεύτερη θέση σε παραγωγή λιγνίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση και την έκτη θέση παγκοσµίως. Εκτός από λιγνίτη η Ελλάδα διαθέτει και ένα µεγάλο κοίτασµα Τύρφης στην περιοχή των Φιλίππων (Ανατολική Μακεδονία). Τα εκµεταλλεύσιµα αποθέµατα στο κοίτασµα αυτό εκτιµώνται σε 4 δις κυβικά µέτρα και ισοδυναµούν περίπου µε 125 εκατ. τόνους πετρελαίου. Στο Σχήµα 2.3 [5] φαίνεται η παραγωγή λιγνίτη στη χώρα µας την τελευταία δεκαετία. 9

11 Σχήµα 2.2: Εκµεταλλεύσιµα λιγνιτικά κοιτάσµατα στην Ελλάδα. [5] Σχήµα 2.3: Παραγωγή λιγνίτη στην Ελλάδα την τελευταία δεκαετία [εκατ. τόνοι] [5] Γενικά η ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι χαµηλή. Η θερµογόνος δύναµη των κυριότερων ελληνικών κοιτασµάτων λιγνίτη φαίνεται στον Πίνακα 2.4 [4]. 10

12 Σηµαντικό συγκριτικό πλεονέκτηµα των λιγνιτών της χώρας µας είναι η χαµηλή περιεκτικότητα σε καύσιµο θείο.[5] Πίνακας 2.4: Βασικά ποιοτικά χαρακτηριστικά ελληνικών λιγνιτών[4] θερµογόνος δύναµη Κοίτασµα (kj/kg)* Τέφρα (%)** Υγρασία (%)*** Πτολεµαΐδα ,1 52,6 Αµύνταιο ,4 54,7 Μεγαλόπολη ,5 57,9 Φλώρινα ,0 42,0 ράµα ,0 59,0 Ελασσόνα ,0 41,0 *Net calorific value. **On dry basis. ***On as received basis. Για την αξιοποίηση των κοιτασµάτων στις περιοχές ράµας και Ελασσόνας βρίσκονται σε εξέλιξη τεχνικο-οικονοµικές µελέτες. Με βάση τα σηµερινά εθνικά και διεθνή ενεργειακά δεδοµένα και τα στοιχεία που αφορούν την ποσότητα και την ποιότητα του λιγνίτη των πιο πάνω κοιτασµάτων, προκύπτει ότι η εκµετάλλευσή των πιο πάνω κοιτασµάτων είναι οικονοµικά συµφέρουσα (βλ. Σχήµα 2.2). Τα υπάρχοντα αποθέµατα επαρκούν για τη λειτουργία µέχρι πέντε µονάδων των 300 MW στη ράµα και µίας µονάδας 500 MW στην Ελασσόνα.[5] 2.2. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ Οι ΑΗΣ χρησιµοποιούνται σαν εργοστάσια βάσης, επειδή έχουν σχετικά µεγάλο βαθµό απόδοσης όταν λειτουργούν σε πλήρη φόρτιση, µικρό συνολικό κόστος ανά παραγόµενη µονάδα ενέργειας αλλά κυρίως επειδή χρειάζονται πολλές ώρες και µια πολύπλοκη διαδικασία για την εκκίνησή τους. Λόγω του θερµικού τους µέρους η ρύθµιση ισχύος είναι πολύπλοκη και αργή. Το καύσιµο που χρησιµοποιούν είναι άνθρακας, λιγνίτης, τύρφη, µαζούτ και αέριο. Το Σχήµα 2.3 [6] δείχνει το απλοποιηµένο διάγραµµα µιας µονάδας. Το καύσιµο, αν είναι λιγνίτης, µεταφέρεται από την εξόρυξη µε ταινιόδροµους στην αυλή του σταθµού. Από εκεί ανάλογα µε την ισχύ που χρειάζεται ο λέβητας, µεταφέρεται στο λέβητα. Στο συγκρότηµα ενός λέβητα ανήκουν πολλοί µύλοι (6), π.χ. οκτώ που κονιορτοποιούν και ξηραίνουν το καύσιµο. Μετά, το καύσιµο υπό µορφή σκόνης άνθρακα, οδηγείται στους καυστήρες (7). Ατµοσφαιρικός αέρας προθερµασµένος από τα καυσαέρια σ ένα προθερµαντήρα (5) οδηγείται και αυτός στο λέβητα. Στο λέβητα γίνεται η καύση του κονιορτοποιηµένου άνθρακα και οι φλόγες και τα θερµά καυσαέρια αφού περάσουν από εναλλάκτες θερµότητας, σωληνώσεις (9,10,11), οδηγούνται προς την καµινάδα (1). Τα καυσαέρια, πριν µπουν στην καµινάδα, καθαρίζονται µε φίλτρα αιωρηµάτων. Το φίλτρο (3) είναι συνήθως ένα µηχανικό φίλτρο ή ένα ηλεκτροστατικό φίλτρο ή συνδυασµός των δύο. 11

13 Το κύκλωµα του ατµού λειτουργεί µε νερό απιονισµένο για να µην έχουµε επικαθίσεις αλάτων. Η τροφοδοτική αντλία (28) συµπιέζει το νερό, που έχει ήδη προθερµανθεί στους π.χ. 250 C, στην ατµογεννήτρια (9). Από την αντλία (28) µέχρι τον στρόβιλο (14) έχουµε, αν παραλείψει κανείς τις απώλειες τριβών, ενιαία πίεση π.χ. 180 bar. Στην ατµογεννήτρια (9) το νερό ατµοποιείται στους 356 C και διαχωρίζεται ο ατµός από το νερό. Ο ατµός υπερθερµαίνεται ακολούθως στον εναλλάκτη (10) στους π.χ. 540 C. Μετά τον εναλλάκτη (10) έχουµε ατµό µέγιστης ενθαλπίας. Ο ατµός µετά την υπερθέρµανση του λέγεται φρέσκος ή ζωντανός ατµός. Ακολούθως εισάγεται ο ατµός στο στρόβιλο. Ο στρόβιλος έχει συχνά τρία τµήµατα, της υψηλής (14) της µέσης (15) και χαµηλής πίεσης (16). Τα τµήµατα αυτά λέγονται στρόβιλος υψηλής, µέσης και χαµηλής πίεσης. Ο ατµός εκτονώνεται πρώτα στο τµήµα υψηλής πίεσης και ακολούθως εισάγεται διαδοχικά στα άλλα τµήµατα (15) και (16) για να εκτονωθεί εκεί. Στην έξοδο του στροβίλου χαµηλής πίεσης (16)έχουµε περίπου κενό p=0.005 bar και θερµοκρασία λίγο πάνω από την θερµοκρασία του περιβάλλοντος, π.χ. 35 C. Το κενό δηµιουργείται στο ψυγείο ή συµπυκνωτή (23). Ο ατµός που µπαίνει στο ψυγείο (23) συµπυκνώνεται πάνω στον ψυχρό εναλλάκτη θερµότητας που διαρρέεται από ψυχρό νερό. Στο ψυγείο γίνεται η αποβολή της µη χρησιµοποιηθείσας θερµότητας που πηγαίνει τελικά στον πύργο ψύξης (21). Ο πύργος ψύξης µεταφέρει ανάλογα µε τον βαθµό απόδοσης περί τα 60%-80% της θερµότητας που παράγεται από την καύση στο περιβάλλον. Αντί του πύργου ψύξης µπορεί το αποβαλλόµενο ποσό θερµότητας να οδηγηθεί σε στάσιµα ή τρεχούµενα νερά, π.χ. λίµνες, θάλασσες, ποτάµια. Σχήµα 2.4: Συγκρότηση ενός ατµοηλεκτρικού σταθµού (ΑΗΣ) [6] 1.καµινάδα 2.ανεµιστήρας ελκυσµού καπνοδόχου 3.φίλτρο 4.ανεµιστήρας αέρα καύσης 5.προθερµαντής αέρα 6.κονιορτοποιητικός µύλος άνθρακα 7.καυστήρας 8.λέβητας 9.ατµογεννήτρια 10.υπερθερµαντής ατµού 11.επαναθέρµανση ατµού 12,13.βαλβίδες ρύθµισης και ασφάλειας ΥΠ και ΜΠ 14,15,16.στρόβιλοι υψηλής, µέσης και χαµηλής πίεσης 17.γεννήτρια 18.διεγέρτρια 19.ΜΣ µονάδας 20.ΜΣ ιδιοκατανάλωσης 21.πύργος ψύξης 22.κυκλοφορητής νερού ψύξης 23.συµπυκνωτής (ψυγείο) 24.κυκλοφορητής συµπυκνώµατος 25,26.προθερµαντές νερού (ΜΠ, ΧΠ) µε αποµάστευση ατµού 27.διαχωριστής ατµού-νερού 28.ανλία τροφοδοσίας λέβητα 29.προθερµαντής νερού (ΥΠ). 12

14 Ο συµπυκνωµένος ατµός, οδηγείται µε κυκλοφορητή (24) στους εναλλάκτες που προθερµαίνουν το νερό, προθερµαντές (25, 26, 29). Προθέρµανση του νερού γίνεται από τους 35 C στην θερµοκρασία των 250 C µε αποµαστεύσεις του ατµού. Για την προθέρµανση του νερού χρησιµοποιούνται επίσης εναλλάκτες που βρίσκονται στην έξοδο του λέβητα και δεν φαίνονται στο σχήµα. Το νερό συµπιέζεται τελικά στο λέβητα στην πίεση των, π.χ. 180 bar, µε την αντλία τροφοδοσίας λέβητα που είναι και η µεγαλύτερη, µετά το στρόβιλο, µηχανή σ έναν ΑΗΣ. Πάνω σε κοινό άξονα µε τις βαθµίδες των στροβίλων βρίσκεται η γεννήτρια (17) και η διεγέρτρια της γεννήτριας (18). Η έξοδος της γεννήτριας συνδέεται στον υποσταθµό του εργοστασίου µε τις άλλες µονάδες και µε το δίκτυο. Η τάση της γεννήτριας κυµαίνεται από 6-30 kv. Αυτή ανυψώνεται στην τάση που απαιτείται για τη µεταφορά ηλεκτρικής ισχύος µε ειδικό µετασχηµατιστή (19), τον µετασχηµατιστή γεννήτριας ή µετασχηµατιστή µονάδας ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ ΑΗΣ Στους ΑΗΣ ο άνθρακας καίγεται σε ειδικούς καυστήρες, υπό µορφή σωµατιδίων που λούονται από ρεύµα οξειδωτικού αερίου, συνήθως ατµοσφαιρικού αέρα. Οι καυστήρες άνθρακα είναι τριών κυρίως τύπων: 1. Καυστήρες Σταθερής Κλίνης. Στα συστήµατα αυτά η καύση γίνεται µέσα σε ένα δοχείο το οποίο τροφοδοτείται συνεχώς µε άνθρακα σε κοκκώδη µορφή. Η στιβάδα (κλίνη) των κόκκων διαρρέεται από το οξειδωτικό αέριο, δηλαδή αέρα, που περιέχει το αναγκαίο οξυγόνο για να συντηρήσει την καύση. Το σύστηµα ανάφλεξης βρίσκεται συνήθως τοποθετηµένο στην κατώτερη περιοχή του καυστήρα. Το ρεύµα αέρα µπορεί να είναι ανερχόµενο ή κατερχόµενο. Το κατερχόµενο ρεύµα πλεονεκτεί κατά το ότι εµποδίζει την διαφυγή προς τα άνω άκαυστων πτητικών, επειδή τα παρασύρει προς τον πυθµένα, δηλαδή προς την ζώνη ανάφλεξης. 2. Καυστήρες Ρευστοποιηµένης Κλίνης. Ο άνθρακας, αφού λειοτριβηθεί µέχρι µεγέθους κόκκων 2-3 mm, διοχετεύεται σε καυστήρες όπου τα σωµατίδια καίγονται ευρισκόµενα σε αιώρηση µέσα σε ανερχόµενο ρεύµα αέρα. Λόγω της συνεχούς ανάδευσης του µίγµατος αέρα - σωµατιδίων, επιτυγχάνονται υψηλοί ρυθµοί αγωγής θερµότητας προς τα τοιχώµατα του καυστήρα. Το αποτέλεσµα είναι ότι τα συστήµατα αυτά µπορούν να λειτουργούν σε θερµοκρασίες C, που είναι χαµηλότερες από αυτές των σταθερών κλινών. Το βασικό µειονέκτηµα των ρευστοποιηµένων κλινών είναι το αυξηµένο εγκατεστηµένο κόστος, το οποίο µεταξύ των άλλων οφείλεται και στον πρόσθετο εξοπλισµό (κυρίως κυκλώνες), που απαιτείται για την παγίδευση και επαναδιοχέτευση στην τροφοδοσία των παρασυρόµενων από τον αέρα ελαφρών αλλά ατελών καµένων σωµατιδίων άνθρακα. Επίσης, η ανάγκη για χρήση συµπιεστών που επιταχύνουν το ρευστό αιώρησης, δηλαδή τον αέρα, συνεπάγεται αύξηση τόσο του εγκατεστηµένου όσο και του λειτουργικού κόστους. 3. Καυστήρες Ρεύµατος Παράσυρσης. Τα σωµατίδια του λειοτριβηµένου άνθρακα παρασύρονται στο χώρο καύσης από ρεύµα αερίου (συνήθως αέρα), το 13

15 οποίο ρέει µε ταχύτητα της τάξης των 30 m/s. Η θερµοκρασία λειτουργίας είναι σχετικά υψηλή ( C) µε αποτέλεσµα οι συγκεντρώσεις των παραγόµενων NO x να κυµαίνονται σε υψηλά επίπεδα. Το βασικό πλεονέκτηµα αυτών των καυστήρων είναι ότι επιτυγχάνουν µεγάλους ρυθµούς έκλυσης θερµότητας, µε τίµηµα όµως την επιβάρυνση του κόστους από τις ενεργοβόρες συσκευές συµπίεσης και επιτάχυνσης του φέροντος αερίου ΑΠΟ ΟΣΗ - ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ Οι µέχρι σήµερα εφαρµοζόµενες µέθοδοι που χρησιµοποιούνται για την µετατροπή της θερµογόνου δύναµης του άνθρακα λειτουργούν µε βάση τον θερµοδυναµικό κύκλο Clausius-Rankine και η απόδοσή τους είναι στην καλύτερη περίπτωση µεταξύ 39 47% [7]. Πολλοί λόγοι συνηγορούν στις προσπάθειες για βελτίωση του βαθµού απόδοσης ενός εργοστασίου παραγωγής Η.Ε: οικονοµικοί. Το κόστος της ενέργειας επηρεάζει το τελικό κόστος των προϊόντων κατά την παραγωγική διαδικασία. Ο µεγαλύτερος βαθµός απόδοσης ενός ΑΗΣ επιτρέπει την οικονοµική αξιοποίηση εγχώριων κοιτασµάτων µε µικρότερη περιεκτικότητα, όπως η τύρφη, περιβαλλοντικοί. Ο µικρός βαθµός απόδοσης σηµαίνει µεγάλη διαφυγή ενέργειας υπό µορφή θερµότητας στο περιβάλλον, απαιτεί περισσότερα καύσιµα, µε αποτέλεσµα περισσότερα καυσαέρια, και εξάντληση των µη ανανεώσιµων αποθεµάτων, εθνικοί. Η εξοικονόµηση των εγχώριων πόρων που µπορεί να επιτευχθεί από την πιο αποδοτική τους χρησιµοποίηση, καθιστά δυνατή την αποφυγή της εξάρτησης της χώρας από καύσιµα εισαγόµενα µεγαλύτερης θερµογόνου δύναµης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας διατυπώθηκαν διάφορες προτάσεις προς την κατεύθυνση της βελτίωσης του βαθµού απόδοσης. Κάποιες από αυτές εφαρµόζονται µε επιτυχία στην πράξη και τροποποιούνται συνεχώς, όπως είναι οι µονάδες συνδυασµένου κύκλου, η πρόταξη αεριοστροβίλων στις λιγνιτικές µονάδες, η συµπαραγωγή ηλεκτρισµού-θέρµανσης ή -ψύξης. Κάποιες νέες τεχνολογίες εξετάζονται ακόµη µε επιφύλαξη από τις εταιρείες παραγωγής, λόγω του µεγάλου κόστους εγκατάστασης που απαιτείται (π.χ. fuel cells), υπάρχει όµως γενικά η αισιοδοξία ότι σύντοµα η έρευνα για την ανάπτυξή τους θα εξαλείψει τις όποιες επιφυλάξεις και θα τις καταστήσει τεχνολογικά και οικονοµικά πιο προσιτές ΜΟΝΑ ΕΣ ΣΥΝ ΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Στα πλαίσια της προσπάθειας για αύξηση του θερµικού βαθµού απόδοσης των Θερµο-Ηλεκτρικών Σταθµών (ΘΗΣ), αντί της αποκλειστικής χρήσης ατµοστροβίλων, έχει προταθεί η συνδυασµένη χρήση ατµοστροβίλων και αεριοστροβίλων. Σύµφωνα µε το σχέδιο αυτό, τα θερµά καυσαέρια, αντί να χρησιµοποιούνται για ατµοπαραγωγή, διοχετεύονται απευθείας σε αεριοστροβίλους οι οποίοι δίνουν κίνηση στις ηλεκτρογεννήτριες. Παράλληλα µε τους αεριοστροβίλους λειτουργούν και ατµοστρόβιλοι. Ο ατµός παράγεται χρησιµοποιώντας τη θερµότητα, που ούτως ή άλλως θα εξέπεµπε προς τα έξω ο 14

16 καυστήρας, και η οποία σε κάθε άλλη περίπτωση θα έµενε αναξιοποίητη (waste heat). Χάρη στην τεχνολογία αυτή, το υψηλό ενεργειακό περιεχόµενο των καυσαερίων αξιοποιείται άµεσα, χωρίς παρεµβολή του σταδίου της ατµοπαραγωγής, που εισάγει ενεργειακές απώλειες. Συµπληρωµατικά χρησιµοποιείται και η θερµότητα που αλλιώς θα απορριπτόταν στο περιβάλλον. Το αποτέλεσµα είναι αυξηµένοι βαθµοί απόδοσης. Το πρόβληµα είναι ότι για την απρόσκοπτη λειτουργία των αεριοστροβίλων, απαιτείται το καυσαέριο να είναι απαλλαγµένο από αιωρούµενα σωµατίδια, πράγµα που είναι δύσκολο έως αδύνατον να επιτευχθεί όταν το καύσιµο που χρησιµοποιείται είναι άνθρακας σε στερεά µορφή. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε ένα από τα κίνητρα για την ανάπτυξη τεχνολογιών παραγωγής καυσίµου αερίου από άνθρακα ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΑΝΘΡΑΚΑ Προκειµένου να παραχθεί από άνθρακα ένα καθαρό καύσιµο κατάλληλο για τους αεριοστροβίλους των µονάδων συνδυασµένου κύκλου, µια λύση που έχει τύχει ευρείας αποδοχής είναι η αεριοποίηση του άνθρακα. Η ιδέα της παραγωγής καυσίµου αερίου από άνθρακα χρονολογείται από το 1860 περίπου. Με τον όρο αεριοποίηση εννοούµε την παραγωγή αερίου από αντίδραση του άνθρακα µε οξυγόνο και υδρατµό. Κατά την αεριοποίηση µετατρέπεται σε αέριο όλη η οργανική ύλη του άνθρακα και όχι µόνον τα πτητικά, όπως συµβαίνει στην απόσταξή του. Οι αντιδράσεις αεριοποίησης προχωρούν µε υπολογίσιµους ρυθµούς σε θερµοκρασία άνω των 815 C και είναι: C + O 2 CO 2 C + CO 2 2CO C + H 2 O CO + H 2 CO + H 2 O CO 2 + H 2 Σε θερµοκρασίες άνω των 1150 C και αυξηµένη πίεση λαµβάνει χώρα και η αντίδραση παραγωγής µεθανίου: C + 2H 2 CH 4 Έτσι το παραγόµενο αέριο είναι µίγµα µονοξειδίου του άνθρακα, διοξειδίου του άνθρακα, υδρογόνου και µεθανίου. Ως αντιδραστήρια για την αεριοποίηση χρησιµοποιούνται υδρατµοί και ατµοσφαιρικός αέρας, λόγω του οποίου στο προϊόν εµφανίζεται και µεγάλο ποσοστό αζώτου. Αν αντί αέρα χρησιµοποιηθεί καθαρό οξυγόνο, το τελικό αέριο είναι απαλλαγµένο από άζωτο, αυτή όµως η λύση είναι πολύ ακριβή και ενδιαφέρει κυρίως όταν το αέριο προορίζεται να αποτελέσει πρώτη ύλη για οργανικές συνθέσεις (syngas), και όχι για καύσιµο. Ουσίες όπως χλωρίδια και ανθρακικά άλατα του καλίου και του νατρίου, καθώς και ορισµένα οξείδια µετάλλων, καταλύουν τη διάσπαση των υδρατµών και την αντίδραση υδρατµού - άνθρακα. Μπορούν έτσι να επιφέρουν αύξηση του ρυθµού αεριοποίησης από 20 ως 60%. Η χρήση καταλυτών όµως απαιτεί την καλύτερη προετοιµασία του άνθρακα καθώς και το σχεδιασµό διεργασιών για την ανάκτηση και αναγέννησή τους. 15

17 Η αεριοποίηση είναι µια διεργασία συνολικά ενδόθερµη, χρειάζεται δηλαδή προσφορά θερµότητας για να λάβει χώρα. Η θερµότητα αυτή µπορεί να παράγεται από καύση µέρους άνθρακα ή του παραγόµενου αερίου. Αν η καύση λαµβάνει χώρα µέσα στον αντιδραστήρα αεριοποίησης (αεριογόνο) τότε έχουµε τη λεγόµενη αυτόθερµη αεριοποίηση. Αν η θερµότητα παρέχεται εξωτερικά (οπότε µπορεί να παράγεται και από κάποιο τρίτο καύσιµο), έχουµε την αλλόθερµη αεριοποίηση. Τα αεριογόνα είναι ουσιαστικά διφασικοί χηµικοί αντιδραστήρες στερεού - αερίου. Οι δυνατοί τύποι ποικίλουν από σταθερές ή ρευστοαιωρούµενες κλίνες µέχρι και περιστροφικούς κλιβάνους. Η σύσταση, και εποµένως η θερµογόνος δύναµη, του παραγόµενου αερίου, εξαρτάται από την πρώτη ύλη και τις παραµέτρους λειτουργίας του αεριογόνου. Το παραγόµενο αέριο µπορεί να περιέχει και ανεπιθύµητες προσµίξεις όπως π.χ. υδρόθειο (H 2 S), οπότε πρέπει να καθαριστεί πριν χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο. Η αεριοποίηση, λόγω του ότι συνδυάζει την καθαρή καύση και τους υψηλούς βαθµούς απόδοσης, έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος παγκοσµίως, αν και οι µεγάλες εταιρείες ηλεκτροπαραγωγής την αντιµετωπίζουν ακόµα διστακτικά, κυρίως λόγω του ότι έχουν µικρή εµπειρία στο χώρο της χηµικής τεχνολογίας. Στη χώρα µας έχει ήδη γίνει µια πολύ σοβαρή προσπάθεια για καλύτερη αξιοποίηση του εγχώριου λιγνίτη µέσω της ανάπτυξης µιας ελληνικής τεχνολογίας αεριοποίησης ΑΛΛΟΘΕΡΜΙΚΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΛΙΓΝΙΤΩΝ ΕΝΤΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του ελληνικού λιγνίτη, καθώς και η εµπειρία από την λειτουργία των ήδη υπαρχόντων αυτόθερµων αεριογόνων, οδήγησαν στη δηµιουργία των ακόλουθων κριτηρίων για την επιλογή της κατάλληλης µεθόδου αεριοποίησης του ελληνικού λιγνίτη: 1. Η µονάδα ξήρανσης λιγνίτη πρέπει να είναι και ατµοπαραγωγός για το αεριογόνο. 2. Ο αντιδραστήρας πρέπει να είναι σε θέση να δεχτεί την ευρύτερη κατανοµή µεγέθους σωµατιδίων λιγνίτη. 3. Η µέθοδος δεν πρέπει να απαιτεί την χρήση καθαρού οξυγόνου. 4. Η µέθοδος πρέπει να έχει τον απλούστερο δυνατό σχεδιασµό και τις καλύτερες προοπτικές διαθεσιµότητας. Με βάση τα ανωτέρω κριτήρια διαπιστώθηκε ότι οι αυτόθερµοι µέθοδοι αεριοποίησης, που είναι ήδη σε εµπορική εφαρµογή, παρουσιάζουν σηµαντικά µειονεκτήµατα. Για τον λόγο αυτό εξελίχτηκε µια νέα µέθοδος αξιοποιώντας τα πλεονεκτήµατα της αλλοθερµικής αεριοποίησης και την αξιόπιστη τεχνολογία των περιστροφικών κλιβάνων. Πιο συγκεκριµένα, τα σηµαντικότερα από αυτά τα πλεονεκτήµατα είναι: υνατότητα ταυτόχρονης ξήρανσης, πυρόλυσης και αεριοποίησης εντός του αεριογόνου, πράγµα που καθιστά δυνατή την τροφοδοσία του λιγνίτη στο αεριογόνο όπως είναι και χρησιµοποίηση του παραγόµενου ατµού από την 16

18 ξήρανση ως µέσο αεριοποίησης, καταργώντας έτσι την απαίτηση για χωριστή µονάδα ατµοπαραγωγής. υνατότητα χρήσης αέρα στην καύση για την παραγωγή της απαιτούµενης θερµότητας, και όχι καθαρού οξυγόνου. Η αντίδραση αεριοποίησης και καύσης στα αλλόθερµα αεριογόνα δεν λαµβάνουν χώρα µέσα στον ίδιο χώρο. Κατά συνέπεια, εκτός της αυξηµένης θερµογόνου δύναµης του παραγόµενου αερίου, συνεπάγεται και όφελος από τη µείωση του όγκου του παραγόµενου αερίου και των εγκαταστάσεων καθαρισµού. υνατότητα αξιοποίησης οποιουδήποτε καυσίµου και ανακτώµενης θερµότητας από άλλες διεργασίες για την παραγωγή της απαιτούµενης θερµότητας και τη διατήρηση του αεριογόνου στις απαιτούµενες θερµοκρασίες. Άρα, υπάρχει το επιπλέον πλεονέκτηµα της ευελιξίας στη θερµική ολοκλήρωση της αεριοποίησης και του συνδυασµένου κύκλου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σχετικά µε τον τύπο του αντιδραστήρα αλλοθερµικής αεριοποίησης, η τεχνολογία των περιστροφικών κλιβάνων παρουσιάζει σηµαντικά πλεονεκτήµατα. Ο βαθµός εκµετάλλευσης του διαθέσιµου χώρου του, αν και χαµηλός, είναι συγκρίσιµος µε αυτόν των αντιδραστήρων τύπου ρευστοστερεάς κλίνης. Πιο συγκεκριµένα, ο περιστροφικός κλίβανος προσφέρει: 1. Την δυνατότητα να επεξεργαστεί τον λιγνίτη χωρίς καµιά προκατεργασία όσον αφορά την κατανοµή του µεγέθους των σωµατιδίων του. 2. Ικανοποιητική ανάµειξη των φάσεων στο εσωτερικό του κλιβάνου, χάρη στη δυνατότητα χρησιµοποίησης πτερυγίων. 3. Μεγάλη ευελιξία στη λειτουργία του λόγω της ελεγχόµενης ατµόσφαιρας στο εσωτερικό του. Έτσι, θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί, ανάλογα µε τις συνθήκες λειτουργίας, για την ξήρανση, πυρόλυση και αεριοποίηση του άνθρακα. 4. Απλότητα στο σχεδιασµό και την κατασκευή, και ένα εξαίρετο ιστορικό λειτουργίας, κυρίως στη βιοµηχανία τσιµέντου. Ο λιγνίτης τροφοδοτείται από το σιλό αποθήκευσης στο αεριογόνο µέσω αυτόµατης ζυγιστικής διάταξης και ανέµης σταγώνωσης για την αποφυγή εισροής αέρα στο εσωτερικό του κλιβάνου µέσω της οδού τροφοδοσίας. Ο κλίβανος θερµαίνεται µε την βοήθεια εξωτερικών καυστήρων αερίου. Το παραγόµενο αέριο µετά τον καθαρισµό του σε κυκλώνα και πλυντρίδα για την κατακράτηση αιωρούµενων σωµατιδίων και υγρών παραπροϊόντων, εν µέρει ανακυκλώνεται στους καυστήρες αερίου χρησιµοποιούµενο για την θέρµανση του αεριογόνου, ενώ το υπόλοιπο είναι διαθέσιµο για χρήση. Η µέθοδος δοκιµάστηκε σε πιλοτική πειραµατική µονάδα στις εγκαταστάσεις της ΕΗ στο Μαρκόπουλο Αττικής, όπου προέκυψαν τα εξής συµπεράσµατα σχετικά µε την απόδοσή της: Η αλλοθερµική µέθοδος αεριοποίησης ελληνικών λιγνιτών εντός περιστροφικού κλιβάνου ALKiGAS απέδειξε µε επιτυχία τη δυνατότητα µετατροπής του χαµηλής ποιότητας ελληνικού λιγνίτη σε καύσιµο αέριο. Το παραχθέν αέριο σε όλη την κλίµακα των θερµοκρασιών της πειραµατικής λειτουργίας ( C), µπορεί να χαρακτηριστεί σαν ένα µέσης θερµογόνου δύναµης καύσιµο αέριο. Η θερµογόνος δύναµη του παραγόµενου αερίου κυµαίνεται µεταξύ MJ/Nm 3 [40]. Η 17