ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ ΑΧΕΠΑ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία µε θέµα: ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΟ ΟΣΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΟ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ ΑΧΕΠΑ Εκπόνηση ιπλωµατικής εργασίας Λουκαδοπούλου M. Ευγενία Α.Ε.Μ.: 5784 Επιβλέπων καθηγητής Ντοκόπουλος Πέτρος ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2

3 Μελέτη Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού Θερµότητας Υψηλής Απόδοσης για το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης και το Νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ Η παρούσα διπλωµατική εργασία είναι πρωτότυπη και εκπονήθηκε αποκλειστικά και µόνο για την απόκτηση του διπλώµατος του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Μηχανικού Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά τον κ.πέτρο Ντοκόπουλο για την πολύτιµη καθοδήγηση του καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας, καθώς τον κ.παπαγιάννη για τις εύστοχες παρατηρήσεις και υποδείξεις του. Ακόµα, ευχαριστώ τους κ.σταθόπουλο και κ.σκαρπέτη της εταιρείας MARAC και τον κ.minev Daniel της General Electric για τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις προσφορές των µηχανών που µου παρείχαν, καθώς και τον κ.χρόνη (διοικητικό στέλεχος ΑΠΘ) για τα στοιχεία των καταναλώσεων φυσικού αερίου που µου διέθεσε. Θεσσαλονίκη, εκέµβριος 2009 Ευγενία Λουκαδοπούλου

4 ΣΥΝΟΨΗ Αντικείµενο της διπλωµατικής εργασίας αποτελεί η οικονοµοτεχνική µελέτη µιας εγκατάστασης συµπαραγωγής ηλεκτρισµού-θερµότητας υψηλής απόδοσης για τα κτίρια της Πανεπιστηµιούπολης του Αριστοτέλειου Πανεπιστήµιου Θεσσαλονίκης και το Νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ. Α. Στόχος Στόχος της εργασίας είναι η διαστασιολόγηση και η µελέτη απόδοσης του συστήµατος, σε συνδυασµό µε τη µελέτη των οικονοµικών µεγεθών. Απώτερος σκοπός είναι η εύρεση της βέλτιστης τεχνικής και οικονοµικής λύσης και η µεγιστοποίηση του κέρδους (EBITDA-Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization) για τα δύο ιδρύµατα. Β. Παραδοχές Τα δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν αφορούσαν το έτος Χρησιµοποιήθηκαν οι µηνιαίες καταναλώσεις φυσικού αερίου των λεβητοστασίων που λειτουργούσαν, δεδοµένα που λήφθηκαν από την Εταιρεία Παροχή Αερίου (ΕΠΑ) Θεσσαλονίκης. Από το Αστεροσκοπείο του ΑΠΘ καταχωρήθηκε η ωριαία βάση δεδοµένων για τις θερµοκρασίες εξωτερικού περιβάλλοντος για το έτος Στη βάση αυτή εφαρµόστηκαν φίλτρα αποκοπής για τις εορτές και τις επίσηµες αργίες, τα σαββατοκύριακα, τις ώρες που οι εγκαταστάσεις βρίσκονταν εκτός λειτουργίας και τις καταλήψεις Η θερµοκρασία άνεσης για τον υπολογισµό της διαφοράς θερµοκρασίας εσωτερικού εξωτερικού περιβάλλοντος θεωρήθηκε 20 o C (παραµετρικός ορισµός) Έγινε ανάλυση τεσσάρων περιπτώσεων: Κεντρικό Λεβητοστάσιο ΑΠΘ / Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ / Κεντρικό Λεβητοστάσιο ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ / Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ. Τα όρια των υπολογισµών σταµατούν στο σηµείο σύνδεσης µε το δηµόσιο ηλεκτρικό δίκτυο (µετρητής ΕΗ) για την ηλεκτρική ενέργεια και στην έξοδο του εναλλάκτη καυσαερίων για τη θερµική ενέργεια. Για τον εναλλάκτη θεωρήθηκε απόδοση 90% Το δίκτυο σωληνώσεων και οι εναλλάκτες των κτιρίων δεν λήφθηκαν υπόψη. Η οικονοµική ανάλυση έγινε µε τη µέθοδο αναγωγής σε παρούσα αξία για χρονικό ορίζοντα είκοσι (20) ετών και µε επιτόκιο αναγωγής 1,5% (παραµετρικός ορισµός). Γ. Αποτελέσµατα Οι υπολογισµοί και οι καµπύλες φορτίου και διάρκειας φορτίου οδήγησαν στο ότι πρέπει να γίνει παράλληλη λειτουργία της ΣΗΘ µε τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις θέρµανσης, οι οποίες θα αναλαµβάνουν την κάλυψη των θερµικών φορτίων αιχµής. H ΣΗΘ καλύπτει περίπου το 10% του µέγιστου φορτίου (φορτίο βάσης) Έγιναν υπολογισµοί για δύο δυνατές υλοποιήσεις της εγκατάστασης. Με αεροστρόβιλο δυνατότητας παραγωγής 1,5MWel και 4MWth της Kawasaki (µοντέλο GPB15D) και µε ΜΕΚ δυνατότητας παραγωγής 3MWel και 3MWth της General Electric (µοντέλο JMS620) Η οικονοµική ανάλυση έδειξε ότι για όλες τις περιπτώσεις τα ετήσια κέρδη είναι αρνητικά (ζηµία αρνητικό EBITDA). Στην καλύτερη περίπτωση η παρούσα αξία προέκυψε (περίπτωση συνόλου λεβητοστασίων ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ µε αεροστρόβιλο), ενώ στην χειρότερη (περίπτωση κεντρικού λεβητοστασίου ΑΠΘ µε ΜΕΚ) Όλοι οι υπολογισµοί έγιναν πριν την εγκατάσταση και λειτουργία συστήµατος SCADA στο κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ. Με τη λειτουργία του συστήµατος αυτού η κατανάλωση καυσίµου µειώνεται δραµατικά και το EBITDA προφανώς προκύπτει δυσµενέστερο. ii

5 EXECUTIVE SUMMARY The present Diploma Thesis deals with the technical and financial study of a high efficiency heat and power cogeneration system (CHP) for the University Campus of Aristotle University of Thessaloniki and the AHEPA Hospital. A. Scope of the analysis Aim of the report is to conclude for the size of the CHP system and investigate its performance, in combination with the financial study. Final aim is to find the optimal technical and economic solution that maximizes the profit (EBITDA-Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization) for the two institutions. B. Input data All input data used refer to the year 2005 The monthly natural gas consumption of the existing boilers in operation has been used, all data obtained by the Natural Gas Company of Thessaloniki. From the University Meteorological Observatory the hourly data base for the ambient temperatures concerning the year 2005 has been obtained. Proper filters have been applied to the data base to eliminate official holidays, weekends, systems off-time and strikes. The indoor temperature for the calculation of the temperature differences was considered 20 o C (parametric definition) Four cases have been analyzed: Central Boiler System of AUTH / Total Boilers of AUTH / Central Boiler System of AUTH & AHEPA / Total Boilers of AUTH & AHEPA The installation was analyzed up to the point of connection with the national electrical distribution grid and in the output of exhaust gases heat exchanger for thermal energy. For the heat exchanger we consider a 90% efficiency. The piping network and buildings heat exchangers were not taken into account The economic analysis was based on the method of present value for a time period of twenty (20) years and with a reduction factor of 1,5% (parametric definition) C. Results Calculations were done for two possible installation options. With a gas turbine with a capacity of 1,5MWel and 4MWth (Kawasaki-model GPB15D) and a gas engine with a capacity of 3MWel and 3MWth (General Electric-model JMS620). The calculation results and the load and load duration curves led to the conclusion that a parallel operation of the CHP system with the existing heating installations is necessary. The economic analysis showed that for all cases the annual profits are negative (damage negative EBITDA). In the better case the present value resulted (case of total boiler system of AUTH & AHEPA with gas turbine), while in the worst case the present value resulted (case of central boilers system of AUTH with gas engine) All the calculations are based on data obtained before the installation of the SCADA system in the central boiler system of AUTH. With the operation of this system the fuel consumption decreases dramatically and EBITDA obviously results more adverse. iii

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διπλωµατική εργασία αποτελεί την οικονοµοτεχνική µελέτη µιας εγκατάστασης συµπαραγωγής ηλεκτρισµού-θερµότητας (ΣΗΘ) υψηλής απόδοσης για το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης και το νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ. Σκοπός είναι η διαστασιολόγηση και η µελέτη απόδοσης του συστήµατος, σε συνδυασµό µε τη µελέτη των οικονοµικών µεγεθών, µε απώτερο στόχο τη βέλτιστη τεχνική και οικονοµική λύση για τα δύο ιδρύµατα. Η µεθοδολογία που χρησιµοποιήθηκε είναι βασισµένη στις ωριαίες θερµοκρασίες περιβάλλοντος ενός έτους (2005) και στην κατανάλωση φυσικού αερίου της υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης για το ίδιο έτος. Με τη βοήθεια των στοιχείων αυτών, υπολογίστηκαν οι θερµικές ανάγκες των κτιρίων του πανεπιστηµίου και του νοσοκοµείου, επίσης σε ωριαία βάση. Στη βάση δεδοµένων µε τις ωριαίες θερµοκρασίες για το ΑΠΘ, εφαρµόστηκαν φίλτρα αποκοπής για τις µέρες και ώρες που το πανεπιστήµιο βρίσκεται εκτός λειτουργίας, ενώ στη βάση των θερµικών αναγκών εφαρµόστηκαν φίλτρα άνω και κάτω ορίου λειτουργίας για το σύστηµα συµπαραγωγής, αφού αυτό θα λειτουργεί παράλληλα µε το υπάρχον σύστηµα θέρµανσης που διαθέτει το πανεπιστήµιο. Στη βάση δεδοµένων µε τις ωριαίες θερµοκρασίες για το ΑΧΕΠΑ εφαρµόστηκαν διαφορετικά φίλτρα αποκοπής (κυρίως ορίων θερµοκρασίας καθώς η λειτουργία του είναι εικοσιτετράωρη). Στη βάση των θερµικών απαιτήσεων που προέκυψε, εφαρµόστηκαν τα ίδια φίλτρα άνω και κάτω ορίου λειτουργίας για το σύστηµα συµπαραγωγής, αφού και αυτό θα λειτουργεί παράλληλα µε το υπάρχον σύστηµα θέρµανσης. Η µελέτη συνεχίζεται µε το διαχωρισµό των περιπτώσεων της λειτουργίας της εγκατάστασης ΣΗΘ για την θέρµανση των χώρων µόνο του ΑΠΘ (κεντρικό λεβητοστάσιο και το κεντρικό µε όλα τα µικρότερα) ή του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ µαζί. Ο διαχωρισµός γίνεται λόγω της πρακτικής δυσκολίας που υπάρχει στην τροφοδότηση του ΑΧΕΠΑ και των µικρών λεβητοστασίων του ΑΠΘ, αφού δεν υπάρχει δίκτυο σωληνώσεων που να τα διασυνδέει µε το κεντρικό. Ωστόσο η αύξηση του θερµικού φορτίου οδηγεί στην αύξηση του συντελεστή χρήσης της εγκατάστασης, εφόσον η ισχύς των µηχανών είναι ίδια σε όλες τις περιπτώσεις, και σε λειτουργία µε πλήρες φορτίο για περισσότερες ώρες, γεγονός που οδηγεί και σε µεγαλύτερα κέρδη. Για τη µελέτη της περίπτωσης αυτής, αθροίζονται οι θερµικές ανάγκες του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ, οι οποίες υπολογίστηκαν µε τους τρόπους που αναφέραµε. Από τα διαγράµµατα λειτουργίας (καµπύλες φορτίου και καµπύλες διάρκειας φορτίου) παρατηρείται µια πολύ µικρή µέση ισχύ χρησιµοποίησης των µηχανηµάτων της εγκατάστασης σε σχέση µε τη µέγιστη ζήτηση. ηλαδή αν θα έπρεπε να καλύψουµε όλο το φορτίο µόνο µε την εγκατάσταση ΣΗΘ, θα χρειαζόµασταν µια πολύ µεγάλη ονοµαστική ισχύ προκειµένου να καλυφθεί και το µέγιστο φορτίο. Για το λόγο αυτό οδηγούµαστε στη λύση της παράλληλης λειτουργίας της ΣΗΘ µε τα υπάρχοντα λεβητοστάσια. Από τη µορφή της καµπύλης φορτίου και διάρκειας φορτίου για την περίπτωση µε τα λιγότερα θερµικά φορτία και σε συνδυασµό µε την κάλυψη ενός ποσοστού φορτίων από τα υπάρχοντα λεβητοστάσια (παράλληλη λειτουργία) καταλήγουµε στο επιθυµητό µέγεθος της µηχανής. Στη συνέχεια γίνεται η επιλογή των µηχανών (αεροστρόβιλος της Kawasaki και ΜΕΚ της General Electric) και ανάλυση της απόδοσης του συστήµατος ως προς την κατανάλωση του καυσίµου, την παραγωγή θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας για όλες τις περιπτώσεις. Τέλος, γίνεται η οικονοµική σύγκριση όλων των περιπτώσεων (κόστος εγκατάστασης, συντήρησης κτλ) και υπολογίζεται η απόσβεση του έργου για κάθε µια από αυτές. iv

7 Εκτός από τη µελέτη των στοιχείων αυτών, κάνουµε µια διερεύνηση για την εκποµπή αερίων του θερµοκηπίου (τόσο από την ΜΕΚ όσο και από τον αεροστρόβιλο) και κατά πόσο προκύπτουν περιβαλλοντικά οφέλη από την υλοποίηση µιας τέτοιας εγκατάστασης. Θα πρέπει ακόµα να αναφέρουµε ότι παρόλο που έγινε µια προσπάθεια και κάποιοι υπολογισµοί για να συµπεριληφθεί η κάλυψη των ψυκτικών αναγκών των κτιρίων στη λειτουργία του ΣΗΘ, δεν γίνεται καµία αναφορά για την περίπτωση αυτή. Τα στοιχεία που διαθέταµε και το µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε δεν ήταν ακριβές για τον υπολογισµό των ψυκτικών απωλειών, καθώς η ψύξη των χώρων σήµερα δεν πραγµατοποιείται από κεντρικό σύστηµα ψύξης, αλλά από τοπικές κλιµατιστικές µονάδες. Θα έπρεπε δηλαδή να συγκεντρωθούν άλλου είδους στοιχεία για τον υπολογισµό των ψυκτικών απωλειών, όπως κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύµατος, καταµέτρηση των κλιµατιστικών κτλ. Βέβαια, το γεγονός της µη ύπαρξης κεντρικού δικτύου ψύξης αποτελεί και από µόνο του τροχοπέδη για την πραγµατοποίηση ψύξης µέσω ΣΗΘ, λόγω αυξηµένης πολυπλοκότητας και κόστους. Από τη µελέτη προέκυψε ότι µε τα σηµερινά δεδοµένα λειτουργίας των λεβητοστασίων, το ΑΠΘ καταναλώνει ετησίως περί τις 26,5GWh µόνο για το κεντρικό του λεβητοστάσιο και άλλες 8GWh για τα µικρότερα λεβητοστάσια µε λειτουργία 40% των ωρών του έτους, ενώ το αντίστοιχο νούµερο για το ΑΧΕΠΑ είναι 1,4 GWh µε ώρες λειτουργίας 57% το χρόνο. Από τους υπολογισµούς που έγιναν, καταλήξαµε στο ότι επιλέγοντας µηχανή µε ονοµαστική θερµική έξοδο 3MW και ηλεκτρική ονοµαστική έξοδο όσο το δυνατόν µεγαλύτερη (αφού όλη θα διοχετεύεται στο δίκτυο), πετυχαίνουµε ένα βέλτιστο συνδυασµό παράλληλης λειτουργίας συµπαραγωγής και υπάρχοντος συστήµατος θέρµανσης, µε συνολική κατανάλωση που εξαρτάται από το είδος της τεχνολογίας που θα χρησιµοποιηθεί και ώρες λειτουργίας 50% του έτους. Η υλοποίηση του συστήµατος αυτού µπορεί να γίνει είτε µε αεροστρόβιλο είτε µε µηχανή εσωτερικής καύσης, µε διαφορετικά µειονεκτήµατα και πλεονεκτήµατα σε κάθε περίπτωση. Για παράδειγµα µε τη µηχανή εσωτερικής καύσης παρατηρείται πολύ µεγαλύτερη κατανάλωση καυσίµου σε σχέση µε τον Α/Σ, πετυχαίνοντας βέβαια µεγαλύτερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά µικρότερης παραγωγής θερµικής ενέργειας και µε πολύ µικρότερο ολικό βαθµό απόδοσης της εγκατάστασης. Επιπλέον, η χρήση αεροστροβίλου έχει περισσότερα περιβαλλοντικά οφέλη µε λιγότερους αποβαλλόµενους ρύπους. Από την οικονοµική ανάλυση, προέκυψαν πολύ αρνητικά αποτελέσµατα για όλες τις περιπτώσεις. Η συµπαραγωγή µε τα σηµερινά δεδοµένα για τις τιµές των ενεργειακών προϊόντων όχι µόνο δεν προκύπτει συµφέρουσα, αλλά αποβαίνει ζηµιογόνα. Ωστόσο διαπιστώθηκε ότι όταν τα φορτία είναι περισσότερα (µικρά λεβητοστάσια ΑΠΘ και ΑΧΕΠΑ) τα οικονοµικά αποτελέσµατα είναι ευνοϊκότερα. Τέλος, πρέπει να αναφέρουµε ότι η όλη µελέτη βασίστηκε στα δεδοµένα ενός µόνο έτους αποτυπώνοντας ουσιαστικά ένα στιγµιότυπο της συµπεριφοράς των λεβητοστασίων και των κτιρίων που λήφθηκαν υπόψη. Για το λόγο αυτό συγκεντρώθηκαν στοιχεία καταναλώσεων και για επόµενα έτη προκειµένου να διαπιστωθεί η σταθερότητα των θερµικών φορτίων σε συνδυασµό µε την µέση ετήσια θερµοκρασία των χειµερινών µηνών των αντίστοιχων χρόνων. Από τα στοιχεία αυτά διαπιστώθηκε ότι τα θερµικά φορτία δεν παρέµεναν σταθερά, αλλά µειώνονταν σε βάθος χρόνου. Συγκεκριµένα τις χρονιές 2005 και 2006 τα φορτία είναι της ίδιας τάξης µεγέθους µε σχεδόν ίδια µέση ετήσια θερµοκρασία. Το 2007 και 2008 το κεντρικό λεβητοστάσιο λειτούργησε µε καινούριους λέβητες και καυστήρες χωρίς όµως να παρατηρηθεί ιδιαίτερη µείωση της κατανάλωσης. Το 2009 τέθηκε σε λειτουργία σύστηµα παρακολούθησης και τηλε-ελέγχου (scada) στο κεντρικό λεβητοστάσιο πετυχαίνοντας καλύτερη διαχείριση της λειτουργίας των λεβήτων και εξαιρετικά µεγάλη µείωση της κατανάλωσης καυσίµου της τάξης του 45% (από το 2005). Τα θερµικά φορτία του ΑΧΕΠΑ και των µικρότερων λεβητοστασίων παρέµειναν σχεδόν σταθερά. Το σύστηµα αυτό πρόκειται να επεκταθεί και στα µικρότερα λεβητοστάσια του ΑΠΘ. Σε συνδυασµό µε κάποιες άλλες εργασίες που θα πρέπει να γίνουν, όπως η συντήρηση ή v

8 αντικατάσταση των εναλλακτών που λειτουργούν σε αρκετά κτίρια και η συντήρηση του δικτύου σωληνώσεων θα επιτευχθεί ακόµα µεγαλύτερη µείωση της κατανάλωσης του φυσικού αερίου που προµηθεύεται το πανεπιστήµιο. Αυτό σηµαίνει ότι για να υλοποιηθεί µια εγκατάσταση συµπαραγωγής, θα πρέπει πρώτα να σταθεροποιηθεί η λειτουργία των λεβητοστασίων και να γίνει εκ νέου υπολογισµός των φορτίων σε συνδυασµό µε τις θερµοκρασίες περιβάλλοντος. Γενικότερα, θα πρέπει να δοθεί περισσότερη σηµασία στην ενεργειακή πολιτική των κτιρίων του πανεπιστηµίου µε έµφαση στην εξοικονόµηση θερµικής αλλά και ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς οι απαιτήσεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης και διεθνών κανονισµών, όπως το Πρωτόκολλο του Κιότο, κάνουν επιτακτική την ανάγκη για εξοικονόµηση πρωτογενούς ενέργειας και µειωµένων εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου. vi

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι - ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σελίδα 1.1 οµή εργασίας Συµπαραγωγή Γενικά Περιγραφή προβλήµατος Βασικά συµπεράσµατα... 8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ - ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ 2.1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης ΑΠΘ Μοντέλο θερµικού φορτίου ΑΠΘ Φίλτρα στη βάση ωριαίων θερµοκρασιών Υπολογισµός του θερµοκρασιακού συντελεστή k Υπολογισµός θερµικών απωλειών ιαγράµµατα Νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ Μοντέλο θερµικού φορτίου ΑΧΕΠΑ Φίλτρα στη βάση ωριαίων θερµοκρασιών Υπολογισµός του θερµοκρασιακού συντελεστή k Υπολογισµός θερµικών απωλειών Θερµικά Φορτία ΑΠΘ και Νοσοκοµείου ΑΧΕΠΑ ιαγράµµατα Παράλληλη λειτουργία ΣΗΘ και υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 80% της µέγιστης ζήτησης Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 50% της µέγιστης ζήτησης Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 20% της µέγιστης ζήτησης Ονοµαστική ισχύς εγκατάστασης συµπαραγωγής 10% της µέγιστης ζήτησης Επιλογή Τεχνολογίας και ιαστασιολόγηση Εγκατάστασης 35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ - ΑΠΟ ΟΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 3.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά Μηχανηµάτων Τεχνικά χαρακτηριστικά & Λειτουργία Αεροστροβίλου Kawasaki (GPB15D) Τεχνικά χαρακτηριστικά και λειτουργία M.E.K General Electric JMS Μεθοδολογία υπολογισµών Κατανάλωσης Καυσίµου Ηλεκτρικής Ενέργειας Θερµικής Ενέργειας - Αποδόσεων Αεροστρόβιλος Κατανάλωση Καυσίµου Παραγωγή Θερµικής Ενέργειας Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας ΜΕΚ Κατανάλωση Καυσίµου Παραγωγή Θερµικής Ενέργειας Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Απόδοση συστήµατος Συγκεντρωτικός Πίνακας αποτελεσµάτων Εκποµπές Ρύπων - Περιβαλλοντικά Οφέλη 55 vii

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV - ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 4.1 Εισαγωγή Ανάλυση Μεθοδολογίας Περιγραφή Υπολογισµού Εξόδων Περιγραφή Υπολογισµού Εσόδων Άλλες παράµετροι Πληθωρισµός, ανεισµός, Επιδοτήσεις Τελικό χρηµατοδοτικό σχήµα & αξιολόγηση της επένδυσης Παρουσίαση Αποτελεσµάτων Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ ΜΕΚ ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) ΜΕΚ ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) ΜΕΚ ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ ΜΕΚ ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ Σχολιασµός αποτελεσµάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ V - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 5.1 Σχολιασµός Αποτελεσµάτων Συµπεράσµατα Προτάσεις για περαιτέρω ανάλυση. 93 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α - Τεχνικά χαρακτηριστικά Αεροστροβίλου ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β - Τεχνικά χαρακτηριστικά Μ.Ε.Κ viii

11 Σελίδα 1 Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) (%) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) (%) 18 5 Τυπική Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστ)(2η εβδοµάδα Φεβρουαρίου) 18 6 Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) (%) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) (%) Τυπική Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια)(2η εβδοµάδα Φεβρουαρίου) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ (%) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ (%) Τυπική Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ (2η εβδοµάδα Φεβρουαρίου) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) & ΑΧΕΠΑ Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) & ΑΧΕΠΑ Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) & ΑΧΕΠΑ (%) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) & ΑΧΕΠΑ (%) Τυπική Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ (Όλα τα λεβητοστάσια) & ΑΧΕΠΑ (2η εβδοµάδα Φεβρουαρίου) Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 80% Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 80% Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 50% Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 50% Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 20% Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 20% Καµπύλη Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 10% Καµπύλη ιάρκειας Θερµικού Φορτίου ΑΠΘ µε ΣΗΘ 10% Κατανάλωση Καυσίµου µηχανής GPB15D ως προς τη θερµοκρασία περιβάλλοντος Ηλεκτρική Ισχύς µηχανής GPB15D ως προς τη θερµοκρασία περιβάλλοντος Κατανάλωση Καυσίµου µηχανής JMS620 ως προς τη φόρτιση Ηλεκτρική Ισχύς µηχανής JMS620 ως προς τη φόρτιση.. 51 Σελίδα Τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής ηλεκτρισµού θερµότητας µε αεροστρόβιλο Σχήµα 3.1 και εναλλάκτη καυσαερίων παραγωγής ατµού 40 Τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής ηλεκτρισµού θερµότητας δύο κλάδων µε Σχήµα 3.2 Μ.Ε.Κ 41 Σχήµα 3.3 Τυπική διάταξη συµπαραγωγής µε παράλληλη λειτουργία συµβατικών λεβήτων.. 43 Σχήµα 3.4 Τυπική διάταξη συµπαραγωγής µε λειτουργία συµβατικών λεβήτων σε σειρά. 43 ix

12 Σελίδα Πίνακας 2.1 εδοµένα για την εφαρµογή των φίλτρων θερµοκρασίας για το ΑΠΘ 11 Πίνακας 2.2 εδοµένα για την εφαρµογή του φίλτρου για τις ηµέρες εκτός λειτουργίας 12 Κατανάλωση Φ.Α. και πραγµατικές θερµικές ανάγκες κτιρίων ΑΠΘ (από Πίνακας 2.3 κεντρικό λεβητοστάσιο) σε kwh µε απόδοση λεβήτων η = 85% Κατανάλωση Φ.Α. και πραγµατικές θερµικές ανάγκες κτιρίων ΑΠΘ Πίνακας 2.4 (λοιπά λεβητοστάσια) σε kwh µε απόδοση λεβήτων η = 85% Πίνακας 2.5 Αθροίσµατα διαφορών θερµοκρασίας του Α.Π.Θ. ανά µήνα και συνολικά. 14 Θερµοκρασιακός συντελεστής k [kw/oc] του Α.Π.Θ. ανά µήνα (µε Μ.Ο.) και Πίνακας 2.6 συνολικά για το κεντρικό και τα λοιπά λεβητοστάσια Πίνακας 2.7 Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών Πίνακας 2.8 Κατανάλωση φυσικού αερίου του ΑΧΕΠΑ για το έτος Πίνακας 2.9 Καθαρές ανάγκες θέρµανσης του ΑΧΕΠΑ για το έτος Πίνακας 2.10 εδοµένα για την εφαρµογή των φίλτρων θερµοκρασίας για το ΑΧΕΠΑ Πίνακας 2.11 Αθροίσµατα διαφορών θερµοκρασίας και θερµοκρασιακός συντελεστής k [kw/ o C] για το ΑΧΕΠΑ ανά µήνα και συνολικά Πίνακας 2.12 Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών για το ΑΧΕΠΑ Πίνακας 2.13 Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ. 25 Μέση ισχύς σε MW µε τη χρήση λέβητα αιχµών για το ΑΠΘ (Κεντρικό Πίνακας 2.14 Λεβητοστάσιο).. 35 Πίνακας 2.15 Ετήσια κατανάλωση φυσικού αερίου για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ.. 36 Πίνακας 2.16 Μέση ετήσια θερµοκρασία (µόνο για τους χειµερινούς µήνες) 36 Πίνακας 3.1 Ονοµαστικά στοιχεία Α/Σ για διάφορες θερµοκρασίες αέρα καύσης Πίνακας 3.2 Παραδοχές υπό τις οποίες ισχύουν τα δεδοµένα του πίνακα Ηλεκτρική, Θερµική έξοδος και κατανάλωση καυσίµου του αεροστροβίλου σε Πίνακας , 75, 100% φορτίο Απόδοση θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας και κατανάλωση καυσίµου της Πίνακας 3.4 µηχανής JMS 620 στο 100, 75 και 50% του φορτίου Πίνακας 3.5 Αλγόριθµος και παραδείγµατα για τον υπολογισµό της κατανάλωσης καυσίµου 46 Πίνακας 3.6 Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση του αεροστροβίλου 53 Πίνακας 3.7 Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση της ΜΕΚ 54 Πίνακας 3.8.Απογραφή ρύπων για το Πίνακας 4.1 Οικονοµικές προσφορές εγκατάστασης και συντήρησης του σταθµού συµπαραγωγής Πίνακας 4.2 Τιµές φυσικού αερίου για το Πίνακας 4.3 Τιµές φυσικού αερίου από το 2004 ως το 2006 (τιµολόγιο θέρµανσης).. 64 Πίνακας 4.4 Τιµολόγια Απορρόφησης ηλεκτρικής ενέργειας Πίνακας 4.5 Αποτελέσµατα Οικονοµικής Ανάλυσης µε Αεροστρόβιλο Πίνακας 4.6 Αποτελέσµατα Οικονοµικής Ανάλυσης µε ΜΕΚ Πίνακας 5.1 Πίνακας 5.2 Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση του αεροστροβίλου.. 91 Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση της ΜΕΚ 92 x

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 οµή εργασίας Στο πρώτο κεφάλαιο της διπλωµατικής εργασίας, παρουσιάζονται γενικά στοιχεία για την τεχνολογία της συµπαραγωγής, τα πλεονεκτήµατα και το εύρος εφαρµογών της κτλ. Γίνεται µια σύντοµη παρουσίαση της παρούσας κατάστασης και της εξέλιξης της λειτουργίας του συστήµατος θέρµανσης του ΑΠΘ καθώς και µια πρώτη περιγραφή για τον τρόπο λειτουργίας του συστήµατος µετά την υλοποίηση της συµπαραγωγής. Ακόµη, αναλύονται οι παραδοχές και οι περιορισµοί που λήφθηκαν υπόψη για την υλοποίηση των υπολογισµών. Στο τέλος του κεφαλαίου, καταγράφονται συνοπτικά τα βασικά συµπεράσµατα που προκύπτουν από τη διεξαγωγή της µελέτης. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται η ανάλυση της µεθοδολογίας και του µοντέλου που χρησιµοποιήθηκε για τους υπολογισµούς και τη διαστασιολόγηση της εγκατάστασης. Από τις θερµοκρασίες περιβάλλοντος και τις καταναλώσεις, µετά την εφαρµογή κατάλληλων φίλτρων, υπολογίζεται ο θερµοκρασιακός συντελεστής k των κτιρίων που θέλουµε να θερµάνουµε, υπολογίζονται οι θερµικές απώλειές τους και τέλος παρουσιάζονται οι καµπύλες φορτίου και διάρκειας φορτίου για διάφορα µεγέθη ισχύος της εγκατάστασης συµπαραγωγής. Η όλη διαδικασία υλοποιείται τόσο για το ΑΠΘ όσο και για το ΑΧΕΠΑ, καταλήγοντας και στο συνδυασµό της λειτουργίας των δύο. Από τις καµπύλες φορτίου και τον υπολογισµό µέσων όρων θερµικών αναγκών, καταλήγουµε στο επιθυµητό µέγεθος της εγκατάστασης. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά δύο δυνατών τεχνολογιών συµπαραγωγής που µπορούν να χρησιµοποιηθούν. ηλαδή η χρήση αεροστροβίλου (Α/Σ) και η χρήση µηχανής εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ). Για κάθε µία από τις δύο λύσεις και για κάθε περίπτωση (ΑΠΘ ή ΑΠΘ-ΑΧΕΠΑ), υπολογίζονται η αναµενόµενη κατανάλωση καυσίµου και η αναµενόµενη παραγωγή ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας. Από τα µεγέθη αυτά υπολογίζονται και οι αποδόσεις του συστήµατος για κάθε περίπτωση. Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζονται και τα οικολογικά οφέλη από τη χρήση της συµπαραγωγής, µέσω του υπολογισµού του ρύπων που αναµένεται να αποβάλλει η εγκατάσταση στο περιβάλλον, σε σύγκριση µε τους ρύπους που αποβάλλει µια αντίστοιχη συµβατική µονάδα ηλεκτροπαραγωγής. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η οικονοµική αξιολόγηση της εγκατάστασης. Παρουσιάζεται µια ενδεικτική οικονοµική ανάλυση όπου αναλύονται τα έξοδα της εγκατάστασης, της λειτουργίας και της συντήρησης του όλου συστήµατος καθώς και τα έσοδα που θα προκύπτουν από την πώληση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας στο εθνικό δίκτυο και την ανάκτηση θερµότητας από τα καυσαέρια. Τέλος υπολογίζεται η απόσβεση και η οικονοµική βιωσιµότητα της εγκατάστασης. Στο πέµπτο και τελευταίο κεφάλαιο, καταγράφονται τα αποτελέσµατα και τα συµπεράσµατα της µελέτης ενώ δίνονται προτάσεις για περαιτέρω µελέτη. Ακολουθούν η βιβλιογραφία και τα παραρτήµατα µε τα προσπέκτους και τα τεχνικά χαρακτηριστικά των µηχανηµάτων. -1-

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι 1.2 Συµπαραγωγή - Γενικά Είναι ευρέως γνωστό ότι µε τη χρήση συµβατικών θερµοηλεκτρικών σταθµών, ένα µεγάλο ποσοστό της θερµογόνου δύναµης της καύσιµης ύλης χάνεται στο περιβάλλον υπό µορφή θερµότητας στα απόβλητα στοιχεία της καύσης (καυσαέρια, σωµατίδια κτλ) προσφέροντας έναν µη ικανοποιητικό βαθµό απόδοσης, της τάξης του 30-45%. Η χαµένη αυτή ενέργεια αυτή δύναται πλέον, µε τη βοήθεια της συµπαραγωγής, να αξιοποιηθεί, προσφέροντας µεγαλύτερη αποδοτικότητα στα συστήµατα παραγωγής ενέργειας έως και 90% συµβάλλοντας ταυτόχρονα στη µείωση της µόλυνσης του περιβάλλοντος. Τα συστήµατα Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού και Θερµότητας / Ψύξης (Cogeneration ή Compined Heat and Power, CHP) παράγουν ταυτόχρονα και από την ίδια αρχική πηγή ενέργειας (συνήθως φυσικό αέριο) αξιοποιήσιµη ηλεκτρική και θερµική/ψυκτική ενέργεια µέσω ενός ενιαίου συστήµατος. Η τεχνολογία της συµπαραγωγής, προκειµένου να είναι οικονοµικά βιώσιµη, εφαρµόζεται σε περιπτώσεις όπου υπάρχει ταυτόχρονη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και θερµότητας / ψύξης. Η παραγόµενη θερµότητα µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο για θερµική χρήση όσο και για ψύξη ή κλιµατισµό. Η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε για ιδιοκατανάλωση είτε να παροχετεύεται στο εθνικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας έναντι αµοιβής. Οι κυριότερες τεχνολογίες συµπαραγωγής είναι: συστήµατα αεροστροβίλου (ανοιχτού ή κλειστού κύκλου) συστήµατα ατµοστροβίλου (ανοιχτού ή κλειστού κύκλου) συστήµατα συνδυασµένου κύκλου συστήµατα εµβολοφόρου κινητήρα εσωτερικής καύσης (Otto Diesel) µηχανές Stirling κυψέλες καυσίµου Η επιλογή της τεχνολογίας που θα χρησιµοποιηθεί, γίνεται µε κριτήριο τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις θέρµανσης, την επιθυµητή απόδοση του συστήµατος (συµπαραγωγή υψηλής απόδοσης), τις οικονοµικές συνιστώσες που θα προκύψουν αλλά και µε βάση το είδος και την ποσότητα των ρύπων προς το περιβάλλον. Είναι επιθυµητό η τεχνολογία που θα χρησιµοποιηθεί να αποβάλλει λιγότερους ρύπους από µια αντίστοιχη συµβατική θερµοηλεκτρική µονάδα παραγωγής ενέργειας (π.χ. του εθνικού δικτύου), συµβάλλοντας στη µείωση της µόλυνσης που προκαλούν οι ρυπογόνες αυτές µονάδες µέσω της µειωµένης παραγωγής που θα απαιτείται πλέον από αυτές. Με την ευρεία διάδοση της χρήσης τέτοιων συστηµάτων καθώς και των λοιπών ανανεώσιµων πηγών ενέργειας, ίσως µπορούµε να ελπίζουµε και στην επίτευξη των στόχων που έχουν τεθεί για τη χώρα µας από την Ευρωπαϊκή Ένωση και το Πρωτόκολλο του Κιότο για λιγότερα αέρια που προκαλούν το φαινόµενο του θερµοκηπίου, για πράσινη παραγωγή ενέργειας και ένα καθαρότερο περιβάλλον. Ωστόσο, η εξοικονόµηση ενέργειας και η µείωση των ρύπων ίσως δεν είναι αρκετά κίνητρα για µια επένδυση σε σύστηµα συµπαραγωγής εάν και η ίδια επένδυση δεν είναι οικονοµικά βιώσιµη. Η µεγάλη σηµασία που έχει η συµπαραγωγή στην εξοικονόµηση φυσικών και οικονοµικών πόρων αλλά και το γεγονός ότι η λειτουργία των συστηµάτων έχει άµεσες και έµµεσες επιπτώσεις στο σύστηµα ηλεκτρισµού µιας χώρας, είναι αιτίες ώστε η συµπαραγωγή να αποτελεί αντικείµενο νοµοθετικών, οικονοµικών και άλλων ρυθµίσεων εκ µέρους της πολιτείας. Από την άλλη πλευρά, η εξεύρεση πόρων για τις σχετικές επενδύσεις και οι οικονοµικές συνθήκες κάτω από τις οποίες θα λειτουργήσει µια µονάδα συµπαραγωγής, είναι κρίσιµης σηµασίας για την οικονοµική βιωσιµότητα της επένδυσης. -2-

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι Οι εφαρµογές των συστηµάτων ΣΗΘ µπορούν να διακριθούν στις εξής κύριες κατηγορίες: Βιοµηχανικός τοµέας Ο τοµέας αυτός καταλαµβάνει το µεγαλύτερο µέρος των εφαρµογών της ΣΗΘ στη χώρα µας. Εφαρµοζόµενες τεχνολογίες είναι κυρίως µε αεριοστρόβιλο και ατµοστρόβιλο και συνήθως το θερµικό προϊόν είναι ατµός υψηλής πίεσης. Εµπορικός, κτιριακός τοµέας (νοσοκοµεία, ξενοδοχεία) Η τεχνολογία που εφαρµόζεται είναι κυρίως µηχανές εσωτερικής καύσης, ενώ το θερµικό προϊόν είναι ζεστό νερό ή ατµός χαµηλής πίεσης. Επίσης, γίνεται χρήση συστηµάτων απορρόφησης για τη µετατροπή των θερµικών φορτίων σε ψυκτικά (κλιµατισµός). Θερµοκήπια Η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια στα Θερµοκήπια διατίθεται στο Εθνικό Σύστηµα Ηλεκτρικής Ενέργειας, ενώ µε τα θερµικά φορτία γίνεται θέρµανση του χώρου του θερµοκηπίου και εµπλουτισµός του µε διοξείδιο του άνθρακα για την ταχύτερη ανάπτυξη των καλλιεργούµενων φυτών. Το Φυσικό Αέριο ή το Προπάνιο (υγραέριο) σήµερα χρησιµοποιείται για συµπαραγωγή σε βιοµηχανίες των κλάδων τροφίµων, µεταλλουργίας και υφαντουργίας, σε µεγάλα Θερµοκήπια καθώς και στον µεγάλο εµπορικό τοµέα (νοσοκοµεία, ξενοδοχεία). Στις τεχνολογίες συµπαραγωγής, το φυσικό αέριο και το προπάνιο (υγραέριο) έχει σηµαντικό πεδίο ως καύσιµο και ιδιαίτερα στους αεροστρόβιλους και στις µηχανές εσωτερικής καύσης. Παρουσιάζει υψηλό ενεργειακό βαθµό απόδοσης, καθώς και χαµηλές εκποµπές αέριων ρύπων. Τα συστήµατα συµπαραγωγής µπορούν να θεωρηθούν ολοκληρωµένα ενεργειακά συστήµατα, µε την έννοια ότι µπορούν να καλύψουν όλες τις τελικές ενεργειακές χρήσεις (ηλεκτρισµό, θερµό νερό, ατµό, θερµό αέρα, ψύξη). Ο βαθµός απόδοσης των συστηµάτων συµπαραγωγής µπορεί να φθάνει το 90%. Βασικό πλεονέκτηµα και κίνητρο εφαρµογής της αποτελεί η αυξηµένη απόδοση του συστήµατος, έναντι της χωριστής λειτουργίας συµβατικών συστηµάτων ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής ενέργειας. Έχει αποδειχθεί ότι µε την αξιοποίηση των συστηµάτων ΣΗΘ, επιτυγχάνεται συνολική απόδοση καυσίµου έως και 90% (έναντι 30-45% που είναι ο βαθµός απόδοσης των ηλεκτρικών συµβατικών συστηµάτων), εξοικονοµώντας ενέργεια κατά 15-40%, σε σχέση µε την παραγόµενη ηλεκτρική και θερµική ενέργεια από ανεξάρτητα συστήµατα. Η εξοικονόµηση αυτή προκύπτει από την ανάκτηση και αξιοποίηση της θερµότητας, που διαφορετικά θα απορριπτόταν στο περιβάλλον. Ακόµα, η γρήγορη απόσβεσή του, καθιστά τη -3-

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι συµπαραγωγή µια έξυπνη επένδυση µεσοπρόθεσµα. Ο χρόνος της απόσβεσης της επένδυσης µπορεί να είναι διαφορετικός από αυτόν που υπολογίστηκε κατά τη φάση της µελέτης επειδή δεν είναι σταθερή η τιµή των ενεργειακών προϊόντων. Σε πολλές εταιρίες υπάρχει ακόµα η δυνατότητα επιδότησης του έργου, κάτι που κάνει τις προοπτικές χρήσης µιας υψηλής τεχνολογίας µονάδας εξαιρετικά συµφέρουσες. Τα πλεονεκτήµατα ουσιαστικά, που προκύπτουν από την αξιοποίηση των τεχνολογιών ΣΗΘ είναι συνοπτικά τα εξής: Εξοικονόµηση καυσίµου Ενεργειακή αυτονοµία Υψηλότερος βαθµός απόδοσης σε σχέση µε συµβατικές τεχνολογίες χωριστή ηλεκτροπαραγωγής και παραγωγής θερµότητας Ευελιξία, ελαχιστοποίηση απωλειών, προσαρµοστικότητα σε τοπικές ενεργειακές ανάγκες, συµβολή στο ενεργειακό δυναµικό και στην ασφάλεια εφοδιασµού Μείωση εκπεµπόµενων ρύπων προς το περιβάλλον Η διαστασιολόγηση των µονάδων συµπαραγωγής εξαρτάται κυρίως από τις ανάγκες σε θερµικά φορτία. Σε περίπτωση που η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν επαρκεί για την κάλυψη των αναγκών, το έλλειµµα καλύπτεται από το δίκτυο της ΕΗ, ενώ σε αντίθετη περίπτωση η περίσσεια ή και όλη ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στο δίκτυο της ΕΗ. 1.3 Περιγραφή προβλήµατος Παραδοχές - Περιορισµοί Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης Το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο ως εκπαιδευτικό ίδρυµα που προσφέρει υπηρεσίες, κατατάσσεται στον εµπορικό κτιριακό τοµέα και αποτελείται από έναν µεγάλο αριθµό κτιρίων κυρίως διεσπαρµένα στα όρια της Πανεπιστηµιούπολης. Καθένα από τα µεγάλα κτίρια της πανεπιστηµιούπολης ή κατά οµάδες µικρών κτιρίων διαθέτουν δικά τους λεβητοστάσια και ανεξάρτητες παροχές φυσικού αερίου για την κάλυψη των θερµικών αναγκών των χώρων τους. Το µεγαλύτερο από αυτά είναι το κεντρικό λεβητοστάσιο του πανεπιστηµίου που τροφοδοτεί το κεντρικό κτίριο της διοίκησης, το κτίριο της Φιλοσοφικής, της Νοµικής, της Βιβλιοθήκης και άλλα κτίρια κοντά σ αυτά. Εντός της Πανεπιστηµιούπολης λειτουργούν και άλλα λεβητοστάσια που είναι αυτό της Πολυτεχνικής Σχολής, της Πολυτεχνικής Επέκτασης, του κτιρίου, του Παιδαγωγικού και της Υδραυλικής. Με την ευρεία χρήση του φυσικού αερίου, το σύστηµα θέρµανσης στα κτίρια που χρησιµοποιούσαν πετρέλαιο ως καύσιµη ύλη για τα λεβητοστάσια έχει διαφοροποιηθεί. Πλέον έχει καταργηθεί η χρήση του πετρελαίου, έχει γίνει εγκατάσταση σταθµών παροχής και νέων καυστήρων φυσικού αερίου και όλα τα λεβητοστάσια λειτουργούν µε φυσικό αέριο. Επιπλέον, το 2007 οι παλιοί λέβητες του κεντρικού λεβητοστασίου αντικαταστάθηκαν από τέσσερις καινούριους λέβητες υπέρθερµου νερού, έναν kcal και τρεις kcal. Επιπλέον, πολλά από τα κτίρια που τροφοδοτούνται από το κεντρικό, διαθέτουν εναλλάκτες θερµότητας για να προσαρµόζουν την παραγωγή στην κατανάλωση. -4-

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι Το κεντρικό λεβητοστάσιο, ξεκινάει τη λειτουργία του στα τέλη του Οκτώβρη και σταµατάει περίπου τον Απρίλιο. Η λειτουργία του είναι εικοσιτετράωρη µε διακοπές στις εορτές του Πάσχα και των Χριστουγέννων και τις επίσηµες αργίες. Η λειτουργία δεν σταµατάει στις αργίες, όταν δοθεί αντίστοιχη εντολή από τη ιοίκηση, για ειδικές περιπτώσεις εκδηλώσεων. Τα σαββατοκύριακα το λεβητοστάσιο λειτουργεί προκειµένου να θερµαίνεται το κτίριο της Βιβλιοθήκης. Τα υπόλοιπα λεβητοστάσια λειτουργούν τους ίδιους µήνες, όχι όµως σε εικοσιτετράωρη βάση αλλά εντός ωραρίου. Φυσικά η λειτουργία διακόπτεται στις εορτές του Πάσχα και των Χριστουγέννων και στις επίσηµες αργίες. Για την παρούσα µελέτη λήφθηκαν στοιχεία για όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ που βρίσκονται εντός της Πανεπιστηµιούπολης και έγιναν οι υπολογισµοί θερµικών αναγκών τόσο για όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ αλλά και µόνο για το κεντρικό λεβητοστάσιο ανεξάρτητα. Αν τελικά υλοποιηθεί η εγκατάσταση, όλα τα µηχανήµατα θα τοποθετηθούν στο κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ, σε χώρο κοντά στους νέους λέβητες και τον κεντρικό συλλέκτη από όπου αναχωρούν σωλήνες θερµού νερού προς τα κτίρια της πανεπιστηµιούπολης που τροφοδοτούνται από το κεντρικό. Στη συνέχεια θα πρέπει να κατασκευαστούν εκ νέου δίκτυα σωληνώσεων προς τα λοιπά λεβητοστάσια. Προφανώς δεν µπορούν να αποφευχθούν οι µετατροπές στο δίκτυο σωληνώσεων εντός του κεντρικού λεβητοστασίου ώστε οι υπάρχοντες λέβητες και η συµπαραγωγή να µπορούν να λειτουργήσουν παράλληλα. Η διασύνδεση µε τα υπόλοιπα κτίρια και ταυτόχρονα µε το ΑΧΕΠΑ, εφόσον αυτό συµπεριληφθεί τελικά στα θερµικά φορτία, θα είναι χρονοβόρα, δύσκολη και µε αρκετό κόστος. Για το λόγο αυτό µελετήσαµε όλες τις περιπτώσεις συνδυασµών λειτουργίας αν και είναι προφανές ότι είναι αποδοτικότερο να συµπεριληφθούν όσο το δυνατό περισσότερα θερµικά φορτία στην εγκατάσταση, ώστε µε αναφορά την ίδια µηχανή, να έχουµε µεγαλύτερο συντελεστή χρήσης, ονοµαστική λειτουργία για περισσότερο χρόνο και φυσικά µεγαλύτερους συντελεστές απόδοσης που θα αποφέρουν µεγαλύτερα κέρδη και γρηγορότερη απόσβεση. Νοσοκοµειακό Συγκρότηµα ΑΧΕΠΑ Το νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ, βρίσκεται εγκατεστηµένο εντός των ορίων της πανεπιστηµιούπολης, άνωθεν των κτιρίων του Πολυτεχνείου και κάτω από την κεντρική οδό Αγ. ηµητρίου. Το ΑΧΕΠΑ διαθέτει τρεις δικές του ανεξάρτητες παροχές φυσικού αερίου για τα λεβητοστάσια που διαθέτει για τα επιµέρους κτίρια που το αποτελούν (νοσοκοµείο, τµήµα Ιατρικής, τµήµα Οδοντιατρικής κτλ). Συγκεκριµένα διαθέτει µια κεντρική παροχή Φ.Α. για τα δύο µεγάλα λεβητοστάσιά του, µια δεύτερη παροχή για δύο µικρότερα λεβητοστάσια ισχύος 1500Mcal/h έκαστο και µια τρίτη παροχή για ένα επίσης µικρό λεβητοστάσιο ισχύος 2000Mcal/h. Για την παρούσα µελέτη λήφθηκαν στοιχεία µόνο για την κεντρική παροχή του ΑΧΕΠΑ, αυτή δηλαδή που αφορά τα δύο µεγάλα λεβητοστάσια που αποτελούνται συνολικά από πέντε ατµολέβητες και έχουν µια κοινή παροχή φυσικού αερίου. Εποµένως ότι αναφορές γίνονται στο εξής για το ΑΧΕΠΑ, θα αφορούν αποκλειστικά αυτά τα δύο λεβητοστάσια. Τα λεβητοστάσια του νοσοκοµείου λειτουργούν καθηµερινά και σε εικοσιτετράωρη βάση, ανεξαρτήτως αργιών και εορτών καθώς οι ανάγκες για θέρµανση δεν σταµατούν ποτέ. Το νοσοκοµείο εκτός από ανάγκες θέρµανσης των χώρων του το χειµώνα, έχει επιπλέον ανάγκη από παραγωγή ζεστού νερού τόσο το χειµώνα, όσο και το καλοκαίρι, για διάφορες διεργασίες όπως για χρήση στα µαγειρεία, στους βραστήρες, στη διαδικασία αποστείρωσης κτλ.. ηλαδή, το λεβητοστάσιο λειτουργεί και τους θερινούς µήνες καταναλώνοντας φυσικό αέριο για την παραγωγή θερµού νερού. -5-

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι Παραδοχές Σύµφωνα µε όλα τα παραπάνω, θα πρέπει να γίνουν κάποιες παραδοχές στις οποίες στηρίχτηκαν όλοι οι υπολογισµοί που διεξήχθησαν: Όλοι οι υπολογισµοί έγιναν µε βάση τα στοιχεία καταναλώσεων και θερµοκρασιών του έτους Οι καταναλώσεις αφορούσαν το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ, το λεβητοστάσιο του Παιδαγωγικού, της Υδραυλικής, της Πολυτεχνικής, της Πολυτεχνικής Επέκτασης και του κτιρίου. Τα στοιχεία των καταναλώσεων ήταν µηνιαία. Η βάση δεδοµένων των θερµοκρασιών ήταν ωριαία για το Στη βάση αυτή εφαρµόστηκαν φίλτρα θερµοκρασίας και λειτουργίας, ανάλογα µε την περίπτωση. ηλαδή θεωρήσαµε ότι όταν η θερµοκρασία περιβάλλοντος είναι µεγαλύτερη από 20 o C, δεν υπήρχε ανάγκη θέρµανσης. Τα φίλτρα λειτουργίας µηδένιζαν τις θερµικές ανάγκες σε µέρες και ώρες που τα κτίρια δεν λειτουργούν. Μελετήθηκαν τέσσερις διαφορετικές περιπτώσεις συνδυασµών σε ότι αφορά τα θερµικά φορτία. ηλαδή έγιναν υπολογισµοί ξεχωριστά για το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ, υπολογισµοί για το κεντρικό και όλα τα υπόλοιπα λεβητοστάσια του ΑΠΘ (δηλαδή για όλη την πανεπιστηµιούπολη) και στη συνέχεια οι ίδιες περιπτώσεις συµπεριλαµβάνοντας και το ΑΧΕΠΑ. εν έγινε καµία µελέτη για το δίκτυο σωληνώσεων και πως αυτό θα πρέπει να συντηρηθεί, να επισκευασθεί ή ακόµα και να αντικατασταθεί σε διάφορα τµήµατα και φυσικά δεν συµπεριλαµβάνεται το κόστος όλων αυτών στη µελέτη. Η παλαιότητά του όµως επιβάλλει µια εκτενέστερη µελέτη (σε πολλά σηµεία έχει κακή µόνωση και παρουσιάζει διαρροές από τις διαστολές συστολές που υφίσταται κατά τη λειτουργία του). Επιπλέον δεν µελετήθηκαν οι απαιτήσεις και το κόστος του νέου δικτύου σωληνώσεων για τη διασύνδεση της συµπαραγωγής µε όλα τα λεβητοστάσια. Επειδή το σύστηµα συµπαραγωγής δεν θα είναι τόσο µεγάλο ώστε να καλύπτει όλες τις θερµικές ανάγκες των κτιρίων, αλλά θα λειτουργεί παράλληλα µε τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις θέρµανσης, θα πρέπει σε κάθε λεβητοστάσιο να τοποθετηθούν εναλλάκτες που θα προσαρµόζουν σε κάθε περίπτωση την παραγωγή στην κατανάλωση (θερµοκρασία / πίεση εισερχόµενου και εξερχόµενου νερού/ατµού). Τα όρια των υπολογισµών φτάνουν µέχρι το σύστηµα συµπαραγωγής και τον εναλλάκτη καυσαερίων που θα διαθέτει. εν έγινε έλεγχος και διεξαγωγή µετρήσεων για τις απώλειες µεταφοράς του δικτύου σωληνώσεων αλλά ούτε και µελέτη για τον τρόπο που θα διασυνδεθεί η ΣΗΘ µε τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις ώστε να συµπεριληφθεί η απόδοση των απαιτούµενων εναλλακτών που θα παρεµβάλλονται. Προφανώς όλα αυτά δεν συµπεριλήφθηκαν ούτε στο κόστος της εγκατάστασης κατά την οικονοµική αξιολόγηση που γίνεται στο τέταρτο κεφάλαιο. Για τον υπολογισµό της παραγόµενης ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας και των αποδόσεων έγινε η χρήση των τεχνικών χαρακτηριστικών δύο µηχανών. Του αεροστροβίλου GPB15D της εταιρείας Kawasaki, αεροστρόβιλος κατάλληλος για εφαρµογές συµπαραγωγής που απαιτούν παραγωγή θερµικής ενέργειας της τάξης των 4ΜW και ηλεκτρικής ενέργειας 1,5MW και της General Electric µηχανή εσωτερικής καύσης τύπου JMS 620, µηχανή µε ικανότητα απόδοσης περίπου 3MW θερµικής ενέργειας και 3MW ηλεκτρικής ενέργειας. Στα τεχνικά χαρακτηριστικά του στροβίλου δίνεται η θερµική ενέργεια των καυσαερίων που αποβάλλονται και όχι η θερµική ενέργεια που λαµβάνεται στην έξοδο του εναλλάκτη -6-

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι καυσαερίων. Για το λόγο αυτό λήφθηκε ένας συντελεστής απόδοσης 90% για τη θερµική ενέργεια εξόδου. Στη ΜΕΚ δεν έχουµε αντίστοιχο πρόβληµα καθώς µας δόθηκε η θερµική έξοδος του όλου συστήµατος. Η προσαρµογή της λειτουργίας των µηχανών στο θερµικό φορτίο έγινε µε βάση τα ακριβή τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και η κατανάλωση καυσίµου προσδιορίστηκαν µε βάση το ποσοστό φόρτισης της µηχανής (από την παραγωγή της θερµικής ενέργειας) και τα αντίστοιχα τεχνικά χαρακτηριστικά της µηχανής. Το 2009 πραγµατοποιήθηκε έλεγχος της λειτουργίας του κεντρικού λεβητοστασίου µε σύστηµα scada που οδήγησε σε µείωση της κατανάλωσης καυσίµου στο 45%. Το γεγονός από µόνο του επιβάλλει την επανεξέταση του θέµατος µε περισσότερα στοιχεία. Λειτουργία του νέου συστήµατος Συµπαραγωγής Ηλεκτρισµού - Θερµότητας Με την εγκατάσταση του συστήµατος συµπαραγωγής, ένα µεγάλο µέρος των θερµικών αναγκών των κτιρίων θα καλύπτεται από τα θερµικά απόβλητα της µηχανής, διευκολύνοντας έτσι και τη λειτουργία των συµβατικών λεβήτων. Το σύστηµα συµπαραγωγής, καθώς έχει άνω και κάτω όριο λειτουργίας (40% ως 100% επί των ονοµαστικών στοιχείων) µπορεί να λειτουργεί για την κάλυψη θερµικών αναγκών εντός ενός εύρους τιµών θερµικής ισχύος. Όταν οι θερµικές ανάγκες είναι χαµηλές (κάτω από 40% της ονοµαστικής ισχύος της µηχανής) τότε το σύστηµα συµπαραγωγής δεν είναι αποδοτικό να λειτουργεί και τα φορτία καλούνται να τα καλύψουν οι υπάρχοντες συµβατικοί λέβητες. Όταν το φορτίο βρίσκεται εντός των ορίων αποδοτικής λειτουργίας του συστήµατος ΣΗΘ τότε αυτό αναλαµβάνει εξ ολοκλήρου την κάλυψη των αναγκών (φορτίο βάσης). Όταν οι ανάγκες υπερβούν τα όρια της µηχανής, τότε σύστηµα συµπαραγωγής και λέβητες ξεκινούν την παράλληλη λειτουργία τους για την κάλυψη τόσο του βασικού φορτίου όσο και των αιχµών. Η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια από το σύστηµα ΣΗΘ θα παροχετεύεται εξ ολοκλήρου στο εθνικό δίκτυο ενέργειας ανεξάρτητα από το µέγεθος της παραγωγής, καθώς σύµφωνα µε το φύλλο 129 της εφηµερίδας της κυβέρνησης, άρθρο 9, ο αρµόδιος διαχειριστής του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας υποχρεούται κατά την κατανοµή του φορτίου, να δίνει προτεραιότητα στα συστήµατα παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ και ΣΗΘ. Για την παροχέτευση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας στο εθνικό δίκτυο θα πρέπει να γίνει ανύψωση της τάσης στην έξοδο του συστήµατος συµπαραγωγής στα 20kV, ώστε η σύνδεση να γίνει στο δίκτυο της µέσης τάσης. Για το σκοπό αυτό, θα πρέπει να κατασκευαστεί υποσταθµός µέσης τάσης εντός των εγκαταστάσεων του ΑΠΘ ο οποίος θα περιλαµβάνει τον Μ/Σ ανύψωσης τάσης και κυψέλη µέσης τάσης µε τα κατάλληλα µέσα προστασίας που θα υποδείξει η ΕΗ. Επιπλέον, επειδή η διασύνδεση θα γίνει µε το υπόγειο δίκτυο της ΕΗ, θα πρέπει να διαµορφωθεί κατάλληλος, στεγασµένος χώρος για την τοποθέτηση των κυψελών µέσης τάσης της ΕΗ, όπου θα υλοποιείται ο βρόχος µε το υπόλοιπο δίκτυο µέσης τάσης και θα υπάρχουν τα απαιτούµενα µέσα προστασίας, χειρισµών και µετρήσεων. Ο τύπος της παροχής θα είναι τύπου ΒΚΧ-ΙΙ και η διασύνδεση θα γίνει στο δρόµο που διέρχεται µεταξύ της βιβλιοθήκης και το κτίριο της διοίκησης. -7-

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι 1.4 Βασικά συµπεράσµατα Στο σηµείο αυτό θα αναφέρουµε επιγραµµατικά τα βασικά αποτελέσµατα και συµπεράσµατα της τεχνικής και οικονοµικής ανάλυσης που διεξήχθη. Για τη λειτουργία των συµβατικών λεβητοστασίων του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ, για τη χρονιά 2005, υπολογίστηκε κατανάλωση φυσικού αερίου ,32MWh µε αντίστοιχο κόστος ,04 για όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ, ενώ το ΑΧΕΠΑ κατανάλωσε ,56MWh µε αντίστοιχο κόστος ,22 για το κεντρικό λεβητοστάσιό του. Τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ λειτουργούν ετησίως περί τις 3400 ώρες, στις οποίες το φορτίο κατανέµεται ως εξής: 1300 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 10 ως 23 MW 1400 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 5 ως 10 MW 800 ώρες το φορτίο είναι µικρότερο από 5 MW Αντίστοιχα για το ΑΧΕΠΑ, µε 5000 ώρες συνολικής λειτουργίας για την κάλυψη αναγκών θέρµανσης (ανεξάρτητα από τη λειτουργία για θέρµανση νερού για άλλες διεργασίες), ισχύει: 1500 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 10 ως 20 MW 1500 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 5 ως 10 MW 2000 ώρες το φορτίο είναι µικρότερο από 5 MW Κατασκευάζοντας τις καµπύλες φορτίου και διάρκειας φορτίου για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ παρατηρήθηκε µια πολύ µικρή µέση ισχύ σε σχέση µε τη µέγιστη ζήτηση και µεγάλη ζήτηση µόνο για µικρό χρονικό διάστηµα και για τις δύο περιπτώσεις. ηλαδή αν θα έπρεπε να καλύψουµε όλο το φορτίο µόνο µε την εγκατάσταση ΣΗΘ, θα χρειαζόµασταν µια πολύ µεγάλη ονοµαστική ισχύ των µηχανών προκειµένου να καλυφθεί το µέγιστο φορτίο, έχοντας όµως συνεχή λειτουργία, σε πλήρες φορτίο, µόνο για λίγες ώρες το χρόνο. Προφανώς κάτι τέτοιο θα ήταν ασύµφορο και προκειµένου να µειώσουµε την απαιτούµενη ονοµαστική ισχύ, άρα και το αρχικό κόστος της εγκατάστασης, οδηγηθήκαµε στην παράλληλη λειτουργίας της νέας εγκατάστασης ΣΗΘ µε αυτή των λεβητοστασίων που ήδη υπάρχουν, τα οποία θα αναλαµβάνουν να καλύψουν τις ανάγκες αιχµής του θερµικού φορτίου. Για να µην έχουµε µεγάλες διακυµάνσεις του θερµικού φορτίου και ικανοποιητική µέση ισχύ, καταλήξαµε στο ότι θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί µηχανή µε ονοµαστική θερµική ισχύ εξόδου περίπου 3MW. Η ποσότητα της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας δεν αποτελεί πρόβληµα, αφού όλη θα διοχετεύεται στο δίκτυο. Το είδος της τεχνολογίας που µπορεί να χρησιµοποιηθεί ποικίλει. Οι περιπτώσεις που µελετήσαµε είναι η χρήση αεροστροβίλου και µηχανή εσωτερικής καύσης. Οι µηχανές πάνω στις οποίες βασίστηκε η µελέτη είναι της εταιρείας Kawasaki GPB15D αεροστρόβιλος κατάλληλος για εφαρµογές συµπαραγωγής που απαιτούν παραγωγή θερµικής ενέργειας της τάξης των 3ΜW και ηλεκτρικής ενέργειας 1,5MW και της General Electric µηχανή εσωτερικής καύσης τύπου JMS 620, µηχανή µε ικανότητα απόδοσης περίπου 3MW θερµικής ενέργειας και 3MW ηλεκτρικής ενέργειας. Για όλους τους συνδυασµούς των περιπτώσεων υπολογίστηκαν η ετήσια αναµενόµενη κατανάλωση καυσίµου, παραγωγή ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας, δείκτες απόδοσης και εκπεµπόµενοι ρύποι. Επιγραµµατικά να αναφέρουµε ότι µε χρήση αεροστροβίλου προέκυψαν -8-

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ι µικρότερες καταναλώσεις καυσίµου, µεγαλύτερη ποσότητα θερµικής ενέργειας αλλά µικρότερη ηλεκτρική παραγωγή. Ωστόσο, ο συνολικός συντελεστής απόδοσης του συστήµατος µε χρήση Α/Σ ήταν πολύ µεγαλύτερος σε σχέση µε τη ΜΕΚ αγγίζοντας το 90% σε αντίθεση µε το 70% της ΜΕΚ. Όταν το ΑΧΕΠΑ συµµετέχει και αυτό στη διαδικασία της συµπαραγωγής, όπως είναι λογικό, αυξάνονται όλα τα µεγέθη κατ αναλογία µε την αύξηση του φορτίου, χωρίς να παρουσιάζονται αισθητές αλλαγές στην απόδοση του συστήµατος. Σε ότι αφορά τις εκποµπές ρύπων και πάλι ο αεροστρόβιλος υπερτερεί σε σχέση µε τη ΜΕΚ εκπέµποντας λιγότερους ρύπους τόσο σε ποσότητα όσο και σε ποσότητα ανά µονάδα παραγόµενης ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας. Από την οικονοµική ανάλυση, προέκυψαν πολύ αρνητικά αποτελέσµατα για όλες τις περιπτώσεις. Η συµπαραγωγή µε τα σηµερινά δεδοµένα για τις τιµές των ενεργειακών προϊόντων όχι µόνο δεν προκύπτει συµφέρουσα, αλλά αποβαίνει ζηµιογόνα. Ωστόσο διαπιστώθηκε ότι όταν τα φορτία είναι περισσότερα (µικρά λεβητοστάσια ΑΠΘ και ΑΧΕΠΑ) τα οικονοµικά αποτελέσµατα είναι ευνοϊκότερα. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθούν οι παράµετροι που στην εξέλιξη του χρόνου µπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία και την απόδοση της εγκατάστασης. Οι κλιµατικές αλλαγές του πλανήτη και η γενικότερη τάση αύξησης της µέσης θερµοκρασίας του είναι ένας βασικός παράγοντας που επιδρά στις θερµικές ανάγκες των κτιρίων. Οι ολοένα αυξανόµενες θερµοκρασίες µειώνουν τις απαιτήσεις θέρµανσης των κτιρίων γεγονός που οδηγεί και σε µειωµένη κατανάλωση καυσίµων για το σκοπό αυτό. Τα στοιχεία που χρησιµοποιήσαµε για τη διεξαγωγή των υπολογισµών ήταν του 2005, καθώς αυτά ήταν τα πιο πρόσφατα που υπήρχαν σε ηλεκτρονική µορφή. Ωστόσο, έγινε µια αναφορά στις καταναλώσεις φυσικού αερίου των εν λειτουργία εγκαταστάσεων για χρονιές µετά το 2005 για να διαπιστωθεί η σταθερότητά τους. Από τα στοιχεία αυτά φάνηκε σταθερή κατανάλωση για τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ, χωρίς όµως να συµβαίνει το ίδιο για το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ. Στο κεντρικό λεβητοστάσιο έγινε αντικατάσταση των παλιών µηχανηµάτων µε καινούρια τα οποία ξεκίνησαν να λειτουργούν το 2007 χωρίς και πάλι να γίνει αισθητή µείωση της κατανάλωσης. Το 2009 όµως, έγινε χρήση συστήµατος scada για τον έλεγχο της λειτουργίας του κεντρικού λεβητοστασίου που µείωσε την κατανάλωση κατά 45%. Το σύστηµα αυτό θα επεκταθεί και στα µικρότερα λεβητοστάσια του ΑΠΘ. Όλα αυτά επιβάλλουν τη συλλογή νεότερων στοιχείων και την επανεξέταση του εγχειρήµατος. Ένας άλλος βασικός παράγοντας που µπορεί να επηρεάσει την αποδοτικότητα της επένδυσης είναι οι τιµές των ενεργειακών προϊόντων. Η ασταθής και ευµετάβλητη αγορά του φυσικού αερίου που εξαρτάται άµεσα από την κίνηση του πετρελαίου εισάγει µεγάλο βαθµό επικινδυνότητας σε επενδύσεις που βασίζονται στο κόστος των καυσίµων. Επιπλέον, οι κρατικές διατάξεις για την εξασφάλιση της αγοράς της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας και της τιµής της από εγκαταστάσεις συµπαραγωγής, µπορεί να είναι ευνοϊκές τη δεδοµένη χρονική στιγµή, χωρίς όµως κανείς να εξασφαλίζει τον επενδυτή για το µέλλον. -9-

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό, παρουσιάζεται η ανάλυση της µεθοδολογίας και του µοντέλου που χρησιµοποιήθηκε για τους υπολογισµούς και τη διαστασιολόγηση της εγκατάστασης. Αναλύεται ξεχωριστά το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ και στη συνέχεια γίνεται ο συνδυασµός της λειτουργίας τους. Τέλος µελετάται η παράλληλη λειτουργία ΣΗΘ και υπάρχοντος συστήµατος θέρµανσης και γίνεται επιλογή της καταλληλότερης τεχνολογίας για ΣΗΘ και το βέλτιστο µέγεθός της. 2.1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης - ΑΠΘ Μοντέλο θερµικού φορτίου ΑΠΘ Για τον υπολογισµό των θερµικών αναγκών του Α.Π.Θ. καταστρώσαµε ένα µοντέλο υπολογισµού έχοντας σαν βάση τις ωριαίες θερµοκρασίες του έτους 2005 και τις καταναλώσεις φυσικού αερίου του κεντρικού και των λοιπών λεβητοστασίου για την ίδια περίοδο. Το γενικό πλαίσιο υπολογισµού των απωλειών, συνίσταται στην εύρεση του θερµοκρασιακού συντελεστή k [kw/ o C] και των διαφορών θερµοκρασίας µεταξύ της θερµοκρασίας περιβάλλοντος και της επιθυµητής θερµοκρασίας δωµατίου (θερµοκρασία άνεσης) για τις ώρες και µέρες λειτουργίας της εγκατάστασης. Από το γινόµενο των δύο µεγεθών υπολογίζεται στη συνέχεια η ισχύς των θερµικών απωλειών. Το κεντρικό λεβητοστάσιο λειτουργεί σε εικοσιτετράωρη βάση, από τον Οκτώβριο έως τον Απρίλιο σταµατώντας τη λειτουργία του κατά τη διάρκεια των εορτών και επίσηµων αργιών. Τα σαββατοκύριακα λειτουργεί ένα µέρος του λεβητοστασίου για να καλύψει τις θερµικές απώλειες του κτιρίου της Βιβλιοθήκης. Πρέπει να αναφέρουµε ότι κάποιες αργίες και σαββατοκύριακα η ιοίκηση δίνει εντολή για τη µη διακοπή της λειτουργίας του λεβητοστασίου προκειµένου να θερµανθούν χώροι όπου θα πραγµατοποιηθούν εκδηλώσεις, συνέδρια κτλ. Η συνεχής λειτουργία του λεβητοστασίου συµβαίνει για τεχνικούς λόγους, όπως για παράδειγµα η αποφυγή έντονων διαστολών και συστολών των σωλήνων που µεταφέρουν το θερµό νερό, οι οποίες τους καταπονούν και τους φθείρουν. Τα υπόλοιπα λεβητοστάσια του ΑΠΘ (Υδραυλική, Παιδαγωγικό, Πολυτεχνική, Πολυτεχνική Επέκταση, Κτίριο ), καθώς είναι πολύ µικρότερα του κεντρικού, λειτουργούν από τον Οκτώβριο ως τον Απρίλιο, εκτός εορτών και αργιών, αλλά όχι σε εικοσιτετράωρη βάση. Συγκεκριµένα, τα λεβητοστάσια αυτά λειτουργούν από τις 5π.µ. ως τις 10µ.µ. τις καθηµερινές, ενώ διακόπτουν τη λειτουργία τους τα σαββατοκύριακα. Εξαιτίας των διαφορών στον τρόπο λειτουργίας του κεντρικού λεβητοστασίου από τα υπόλοιπα, χρησιµοποιήθηκαν δύο διαφορετικά µοντέλα υπολογισµού των θερµικών αναγκών προσαρµοσµένα στα δύο είδη λειτουργίας. Για κάθε µοντέλο, για την εύρεση των διαφορών θερµοκρασίας ορίσαµε αρχικά τις θερµοκρασίες άνεσης, δηλαδή τις θερµοκρασίες περιβάλλοντος στο εύρος των οποίων δεν απαιτείται να λειτουργεί η θέρµανση. Στη συνέχεια εφαρµόσαµε ένα φίλτρο στη βάση των θερµοκρασιών περιβάλλοντος, το οποίο µηδενίζει τη διαφορά θερµοκρασίας σε περίπτωση που η εξωτερική θερµοκρασία είναι εντός των ορίων των θερµοκρασιών άνεσης (διαφορετικά όρια για κάθε µοντέλο). Ακόµα, εφαρµόσαµε ένα φίλτρο που µηδενίζει τις διαφορές θερµοκρασίας στις ώρες και ηµέρες (πχ αργίες, σαββατοκύριακα κλπ) που η εγκατάσταση είναι εκτός λειτουργίας. -10-

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Φίλτρα στη βάση ωριαίων θερµοκρασιών Φίλτρο θερµοκρασίας Το φίλτρο αυτό εφαρµόστηκε προκειµένου να συγκεντρώσουµε µόνο τις θερµοκρασίες περιβάλλοντος στις οποίες απαιτείται θέρµανση του εσωτερικού χώρου. Η θερµοκρασία άνεσης ορίστηκε στους 20 ο C για τους µήνες από Ιανουάριο ως Μάρτιο και από Νοέµβριο ως εκέµβριο. Τις ηµέρες που η εξωτερική θερµοκρασία ήταν µικρότερη από τους 20 ο C, υπήρχε ανάγκη θέρµανσης και η διαφορά θερµοκρασίας υπολογίστηκε ως θ = 20 θout. Με τον τρόπο αυτό δηµιουργείται µια νέα βάση δεδοµένων µε θερµοκρασίες που εκφράζουν τη διαφορά θερµοκρασίας για κάθε ώρα του χρόνου στην οποία υπάρχει ανάγκη θέρµανσης. Οι θερµοκρασίες άνεσης φαίνονται στον πίνακα 1 και έχουν οριστεί παραµετρικά ώστε να υπάρχει η δυνατότητα αλλαγής τους. Α/Α εδοµένα Κεντρικό Λεβητοστάσιο Υπόλοιπα Λεβητοστάσια Θερµοκρασία θέρµανσης 1 (Ιανουάριος-Μάρτιος, Νοέµβριος- εκέµβριος) ) Θερµοκρασία θέρµανσης (Οκτώβριος) Θερµοκρασία θέρµανσης (Απρίλιος) 16 16,5 Πίνακας 2.1: εδοµένα για την εφαρµογή των φίλτρων θερµοκρασίας για το ΑΠΘ Στον πίνακα 2.1 φαίνεται ότι έχουµε ορίσει διαφορετικές θερµοκρασίες θέρµανσης για τους διάφορους µήνες του έτους. Αυτό το κάναµε διότι οι µήνες Οκτώβριος και Απρίλιος θεωρούνται µεταβατικοί µήνες από την ψύξη στην θέρµανση και ανάποδα. Στους µήνες αυτούς η κατανάλωση φυσικού αερίου των εγκαταστάσεων θέρµανσης ήταν πολύ µικρή, πράγµα που σηµαίνει ότι οι ανάγκες θέρµανσης ήταν µειωµένες σε σχέση µε τους προηγούµενους µήνες. Έτσι έπρεπε µε κάποιο τρόπο ο υπολογισµός των απωλειών να ανταποκρίνεται στις πραγµατικές ανάγκες και άρα στις καταναλώσεις των κτιρίων για τους µήνες αυτούς. Μειώνοντας την θερµοκρασία άνεσης από τους 20 ο C στους 16 ο C, µειώνουµε την διαφορά θερµοκρασίας που πρέπει να καλύψει η εγκατάσταση θέρµανσης και µειώνουµε έτσι τις απαιτήσεις ισχύος (άρα και της κατανάλωσης). Φίλτρο ωρών λειτουργίας Το φίλτρο αναφέρεται στις επιθυµητές ώρες λειτουργίας της εγκατάστασης. Το κεντρικό λεβητοστάσιο λειτουργεί 24h κάθε ηµέρα και εποµένως το φίλτρο δεν έχει καµία επίδραση. Για τα υπόλοιπα λεβητοστάσια ορίστηκε λειτουργία από τις 5π.µ ως τις 22µ.µ.. Τις υπόλοιπες ώρες τα λεβητοστάσια αυτά δεν λειτουργούν και εποµένως οι όποιες ανάγκες υπάρχουν τις ώρες αυτές δεν λαµβάνονται υπόψη. Οι ώρες έχουν οριστεί παραµετρικά στο πρόγραµµα υπολογισµών. Φίλτρο ηµερών εκτός λειτουργίας Το φίλτρο αυτό µηδενίζει τις διαφορές θερµοκρασίας, εποµένως και τις απώλειες, για τις ηµέρες που οι εγκαταστάσεις είναι εκτός λειτουργίας. Όπως έχουµε πει, το κεντρικό λεβητοστάσιο διακόπτει τη λειτουργία του τα Χριστούγεννα, το Πάσχα και τις επίσηµες αργίες, ενώ τα σαββατοκύριακα λειτουργεί µόνο για τη θέρµανση της Βιβλιοθήκης. Επιπλέον κάποια -11-

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ σαββατοκύριακα και γιορτές το λεβητοστάσιο λειτουργεί κανονικά για να εξυπηρετήσει χώρους όπου διοργανώνονται εκδηλώσεις. Λαµβάνοντας υπόψη όλα αυτά, θα εφαρµόσουµε φίλτρο µηδενισµού για τα Χριστούγεννα, το Πάσχα, τις αργίες και για όλες τις Κυριακές, θεωρώντας ότι κάθε Σάββατο το λεβητοστάσιο λειτουργεί κανονικά. Για τα υπόλοιπα λεβητοστάσια η µόνη διαφοροποίηση βρίσκεται στα σαββατοκύριακα που τα λεβητοστάσια δεν λειτουργούν καθόλου. Εποµένως για όλα τα σαββατοκύριακα οι θερµικές ανάγκες θεωρήθηκαν µηδενικές. A/A Μέρες εκτός λειτουργίας / αργίες για το έτος Χριστούγεννα 24/12-6/1 2 Πέµπτη Τυροφάγου-Επόµενη Καθαράς ευτέρας 13/3-15/3 3 Μεγάλη ευτέρα-κυριακή του Θωµά (Πάσχα) 25/4-8/5 4 Αγίου ηµητρίου - Εθνική εορτή 26/10-28/10 5 Πολυτεχνείο 16/11 (µισή ηµέρα) 17/11-18/11 6 Τριών Ιεραρχών 30-Ιαν 7 Εθνική εορτή/ευαγγελισµός Θεοτόκου 25-Μαρ 8 Πρωτοµαγιά 1-Μαϊ 9 Σαββατοκύριακα (µόνο Κυριακή για το κεντρικό λεβητοστάσιο) Πίνακας 2.2: εδοµένα για την εφαρµογή του φίλτρου για τις ηµέρες εκτός λειτουργίας Υπολογισµός του θερµοκρασιακού συντελεστή k Ο συντελεστής k που χρησιµοποιούµε για την εύρεση των απωλειών, αντιπροσωπεύει το γινόµενο του συντελεστή θερµοπερατότητας επί την ολική επιφάνεια, για όλες τις επιφάνειες των κτιρίων από τις οποίες έχουµε απώλειες θερµότητας. Επειδή προφανώς δεν ήταν δυνατόν να κάνουµε όλους αυτούς τους υπολογισµούς, δεδοµένου ότι τα κτίρια είναι πάρα πολλά, δεν υπάρχουν σχέδια ούτε πληροφορίες για τα υλικά κατασκευής κ.τ.λ. καταφύγαµε σε µια άλλη µέθοδο υπολογισµού του συντελεστή k. Η µέθοδος αυτή δίνει απ ευθείας τον συντελεστή µε τον οποίο πρέπει να πολλαπλασιαστούν οι διαφορές θερµοκρασίας για να προκύψουν οι απώλειες. Οι συντελεστές k υπολογίστηκε από τα δεδοµένα των καταναλώσεων που έχουµε στη διάθεσή µας και αφορούν τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις θέρµανσης και από τις διαφορές θερµοκρασίας που ήδη υπολογίσαµε. Υπολογίσαµε τον συντελεστή k για κάθε µήνα του χρόνου που έχουµε δεδοµένα κατανάλωσης, τον υπολογίσαµε όµως και συνολικά, για την ολική κατανάλωση στη διάρκεια του χρόνου. Όλοι οι συντελεστές θα πρέπει να είναι ίσοι µεταξύ τους, αφού o συντελεστής εξαρτάται από τα κατασκευαστικά στοιχεία και την επιφάνεια των κτιρίων και όχι από την κατανάλωση και τη διαφορά θερµοκρασίας. Η µαθηµατική διατύπωση του προβλήµατος φαίνεται παρακάτω. q, = Pi t dqi, ό = k θi dt i πραγµατικό dq = πραγµατικ τέλος _ µ ήνα i, πραγµατικό k θi dt Qi, πραγµατικό = k θi dt Q i, πραγµατικό = k ( θi t) αρχή _ µ ήνα Q i, πραγµατικό τέλος _ µ ήνα = k ( θ 1h) i αρχή _ µ ήνα -12-

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Q i, πραγµατικό k = [ kwh /( o C h) ] ή [ kw / o C) ] τέλος _ µ ή να ( θi ) αρχή _ µ ήνα όπου i κάθε ώρα του χρόνου, Ρ i η ισχύς για κάθε ώρα I και Q πραγµατικό η θερµική ενέργεια των απωλειών την ώρα i. Οι ίδιες σχέσεις ισχύουν και για την εύρεση του συντελεστή k από τα συνολικά δεδοµένα, για όλη τη διάρκεια του έτους. Η διαφορά βρίσκεται στο ότι πρέπει να υπολογίσουµε την ολική ενέργεια που απαιτήθηκε καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου και το άθροισµα των θερµοκρασιών πρέπει να περιλαµβάνει ολόκληρο το χρόνο και όχι µόνο ένα µήνα. Παρακάτω φαίνονται οι επιµέρους υπολογισµοί των πραγµατικών ενεργειακών αναγκών των κτιρίων ανά µήνα αλλά και συνολικά µε τη βοήθεια των δεδοµένων της κατανάλωσης φυσικού αερίου για το Ακόµα, υπολογίσαµε τα αθροίσµατα των διαφορών θερµοκρασίας για κάθε µήνα ξεχωριστά αλλά και για όλο το χρόνο. Πραγµατικές ενεργειακές ανάγκες κτιρίων Έχοντας συγκεντρώσει τις καταναλώσεις φυσικού αερίου των λεβητοστασίων για το 2005, βρίσκουµε αρχικά τις πραγµατικές ενεργειακές ανάγκες των κτιρίων θεωρώντας ότι οι λέβητες λειτουργούν µε ένα συντελεστή απόδοσης η = 85% (Η απόδοση έχει οριστεί παραµετρικά). Η σχέση που χρησιµοποιήθηκε είναι: Q πραγµατικό = Qκαταν άλωσης Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι καταναλώσεις του 2005 για το κεντρικό λεβητοστάσιο και οι πραγµατικές θερµικές ανάγκες των κτιρίων µε απόδοση λέβητα 85%. η Α/Α ΜΗΝΑΣ ΗΜΕΡΕΣ Κατανάλωση Φ.Α. για το Κεντρικό Λεβητοστάσιο ΑΠΘ, έτος 2005 [kwh] Θερµικά Φορτία ΑΠΘ µε απόδοση λέβητα 85%, έτος 2005 [kwh] 1 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ , ,18 2 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ , ,95 3 ΜΑΡΤΙΟΣ , ,31 4 ΑΠΡΙΛΙΟΣ , ,87 5 ΜΑΙΟΣ 31 6 ΙΟΥΝΙΟΣ 30 7 ΙΟΥΛΙΟΣ 31 8 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 31 9 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ , ,74 11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ , ,85 12 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ , ,88 ΣΥΝΟΛΑ , ,79 Πίνακας 2.3: Κατανάλωση Φ.Α. και πραγµατικές θερµικές ανάγκες κτιρίων ΑΠΘ (από κεντρικό λεβητοστάσιο) σε kwh µε απόδοση λεβήτων η = 85% -13-

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Α/Α ΜΗΝΑΣ Πολυτεχνική Πολυτεχνική Επέκταση Κατανάλωση Φ.Α., έτος 2005 Κτίριο Παιδαγωγικό Υδραυλική Σύνολο Κατανάλωσης Θερµικά Φορτία µε απόδοση 85% 1 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ , , , , , , ,89 2 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ , , , , , , ,74 3 ΜΑΡΤΙΟΣ , , , , , , ,80 4 ΑΠΡΙΛΙΟΣ , ,38 0, , , , ,90 5 ΜΑΙΟΣ 6 ΙΟΥΝΙΟΣ 7 ΙΟΥΛΙΟΣ 8 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 9 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 10 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ , , , , , , ,10 11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ , , , , , , ,87 12 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ , , , , , , ,43 ΣΥΝΟΛΟ , , , , , , ,78 Πίνακας 2.4: Κατανάλωση Φ.Α. και πραγµατικές θερµικές ανάγκες κτιρίων ΑΠΘ (λοιπά λεβητοστάσια) σε kwh µε απόδοση λεβήτων η = 85% Αθροίσµατα διαφορών θερµοκρασίας Έχοντας εφαρµόσει τα φίλτρα στη βάση των θερµοκρασιών και έχοντας υπολογίσει τις διαφορές θερµοκρασίας για κάθε ώρα του χρόνου είναι εύκολο να υπολογίσουµε τα επιθυµητά αθροίσµατα. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται τα αθροίσµατα για κάθε µήνα αλλά και ολικά για όλο το χρόνο στον οποίο είχαµε κατανάλωση φυσικού αερίου. Εδώ πρέπει να σηµειώσουµε ότι στους µεταβατικούς µήνες Οκτώβριο και Απρίλιο δεν λάβαµε υπ όψη όλη τη διάρκεια του µήνα, γιατί παρόλο που θεωρήσαµε χαµηλότερη θερµοκρασία θέρµανσης για τους µήνες αυτούς το άθροισµα των διαφορών θερµοκρασίας προκύπτει µεγάλο και δεν δικαιολογεί την πολύ µικρή κατανάλωση φυσικού αερίου που είχαµε, µε αποτέλεσµα να προκύπτει ένας πολύ µικρός συντελεστής k για τους µήνες αυτούς που δεν συµβαδίζει µε τους υπόλοιπους µήνες. Για το λόγο αυτό θεωρήσαµε ότι η εγκατάσταση δεν δουλεύει καθ όλη τη διάρκεια των µηνών αυτών και µε δοκιµές µειώσαµε τις ηµέρες λειτουργίας για τον Οκτώβριο και τον Απρίλιο, ώστε ο συντελεστής k να είναι λογικός. Τα αποτελέσµατα των υπολογισµών φαίνονται στους παρακάτω πίνακες. ΑΘΡΟΙΣΜΑΤΑ ΙΑΦΟΡΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ [ ο C] ΜΗΝΕΣ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΛΟΙΠΑ ΛΕΒΗΤΟΣΤΑΣΙΟ ΛΕΒΗΤΟΣΤΑΣΙΑ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 6.746, ,40 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 8.168, ,00 ΜΑΡΤΙΟΣ 6.230, ,30 ΑΠΡΙΛΙΟΣ (µέχρι 7/4) 903,00 680,60 ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ , ,70 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ (από 22/10) 252,20 488,90 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 5.683, ,40 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 5.816, ,10 ΣΥΝΟΛΟ , ,70 Πίνακας 2.5: Αθροίσµατα διαφορών θερµοκρασίας του Α.Π.Θ. ανά µήνα και συνολικά -14-

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ k [kw/ o C] ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΜΗΝΕΣ ΛΕΒΗΤΟΣΤΑΣΙΟ ΛΟΙΠΑ ΛΕΒΗΤΟΣΤΑΣΙΑ "ΜΗΝΙΑΙΑ" "ΕΤΗΣΙΑ" "ΜΗΝΙΑΙΑ" "ΕΤΗΣΙΑ" ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 820, ,169 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 589, ,875 ΜΑΡΤΙΟΣ 556, ,231 ΑΠΡΙΛΙΟΣ (µέχρι 7/4) 600, ,809 ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ 668, ,209 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ (από 22/10) 646, ,035 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 643, ,502 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 759, ,613 Μ.Ο. 659, ,462 Πίνακας 2.6: Θερµοκρασιακός συντελεστής k [kw/ o C] του Α.Π.Θ. ανά µήνα (µε Μ.Ο.) και συνολικά για το κεντρικό και τα λοιπά λεβητοστάσια Ο συντελεστής που χρησιµοποιήθηκε τελικά, για τον υπολογισµό των απωλειών είναι ο συνολικός συντελεστής που υπολογίστηκε από τα δεδοµένα για όλο το έτος και όχι οι µηνιαίοι συντελεστές k. Αυτοί υπολογίστηκαν µόνο για να εκτιµηθούν οι θερµοκρασίες άνεσης για τους µεταβατικούς µήνες και ο αριθµός των ηµερών που δούλεψε η εγκατάσταση στους µήνες αυτούς Υπολογισµός θερµικών απωλειών Έχοντας υπολογίσει τον συντελεστή k και τις διαφορές θερµοκρασίας για κάθε ώρα του χρόνου στην οποία υπάρχει απαίτηση θέρµανσης, είµαστε σε θέση να υπολογίσουµε την απαιτούµενη θερµική ισχύ για κάθε ώρα του χρόνου. Η σχέση που χρησιµοποιήθηκε είναι P θ, i = k θi, i=1, Πρέπει να τονίσουµε ότι παρά την αρχική µας υπόθεση ότι τους µήνες Οκτώβριο και Απρίλιο η εγκατάσταση λειτουργεί συνεχώς όπως όλο τον υπόλοιπο χρόνο, κατά τον υπολογισµό του συντελεστή k προέκυψε ότι κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατό. Η κατανάλωση Φ.Α. τους µήνες αυτούς ήταν πολύ µικρή και παρά το γεγονός της µειωµένης θερµοκρασίας άνεσης ο συντελεστής k προέκυπτε πολύ µικρός. Εποµένως η µόνη εξήγηση βρίσκεται στις µειωµένες µέρες λειτουργίας για αυτούς τους µήνες και µε δοκιµές καταλήξαµε ότι η λειτουργία σταµατά στις 7 Απριλίου και ξεκινά στις 22 Οκτωβρίου για το κεντρικό λεβητοστάσιο και 15 Απριλίου µε 18 Οκτωβρίου για τα υπόλοιπα λεβητοστάσια. Ωστόσο, οι υπόλοιπες µέρες του Απρίλη και του Οκτώβρη δεν διαγράφηκαν από τον υπολογισµό των συνολικών αναγκών αλλά παρέµειναν διότι ούτως ή άλλως οι θερµικές ανάγκες που προκύπτουν τις µέρες αυτές είναι µικρές (λόγω αυξηµένης εξωτερικής θερµοκρασίας περιβάλλοντος) αλλά και γιατί επιθυµούµε να βρισκόµαστε στην ασφαλή πλευρά των αποτελεσµάτων, υπολογίζοντας λίγο µεγαλύτερες ανάγκες από τις πραγµατικές. Τέλος, υπολογίσαµε την ολική ισχύ της εγκατάστασης συµπαραγωγής, αθροίζοντας όλες τις ωριαίες θερµικές ανάγκες που προέκυψαν. Ακόµη κάναµε υπολογισµούς για τη µέση θερµική -15-

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ισχύ, τη µέγιστη ισχύ που παρατηρείται, τις συνολικές ώρες που έχουµε ανάγκη θέρµανσης κτλ. Στον πίνακα 2.6 συγκεντρώσαµε τα αποτελέσµατα των υπολογισµών. Μέγεθος Κεντρικό Λοιπά Συνολικά Λεβητοστάσιο Λεβητοστάσια ιάρκεια λειτουργίας (h) ιάρκεια λειτουργίας (%) 37,45% 23,58% 38,52% Q ολικό (ΜWh) , , ,34 Ρ (ΜW) 15,976 7,772 23,749 max Ρ (ΜW) 2,681 0,803 3,484 Ρ (%) 16,78% 10,34% 14,67% Πίνακας 2.7: Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών Οι υπολογισµοί των µέσων µεγεθών έγιναν από τις παρακάτω σχέσεις. Q ολικ ό = 8760 i= 0 p ( t) t= i 8760 i= 0 p ( t) 1h = i 8760 i= 0 p ( t) i T Ρ= p t dt = p t dt = P T ( ) 8760 ( ) Ρ Ρ (%) =, Ρ max ολικό, όπου p(t) η θερµική ισχύς κάθε ώρας -16-

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ιαγράµµατα Στις παρακάτω σελίδες παραθέτουµε τα διαγράµµατα που δείχνουν παραστατικά τα αποτελέσµατα των υπολογισµών µας. Τα πρώτα διαγράµµατα αφορούν µόνο το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ, ενώ ακολουθούν τα αντίστοιχα για το κεντρικό και όλα τα υπόλοιπα λεβητοστάσια του ΑΠΘ. Στο διάγραµµα αυτό, φαίνεται ο συνολικός χρόνος του έτους σε ώρες (h) (οριζόντιος άξονας), και η απαίτηση θερµικής ισχύος σε MWh (κατακόρυφος άξονας). Παρατηρούµε µεγάλα θερµικά φορτία κατά τους χειµερινούς µήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Νοέµβριο και εκέµβριο, ενώ µικρότερα φορτία τον Μάρτιο, Απρίλιο και Οκτώβριο. Φυσικά τους θερινούς µήνες το θερµικό φορτίο είναι µηδενικό. Το µέγιστο φορτίο φτάνει τις 16ΜWh την περίοδο του Φεβρουαρίου. Στην καµπύλη διάρκειας του θερµικού φορτίου του ΑΠΘ, κρατώντας στον οριζόντιο άξονα τις ώρες του έτους, ταξινοµούµε µε αύξουσα σειρά τα δεδοµένα του φορτίου προκειµένου να δούµε πόσο χρόνο διαρκεί κάθε τιµή ισχύος αλλά και πόσες ώρες του έτους έχουµε θερµικά φορτία. Βλέπουµε λοιπόν ένα φορτίο πάνω από 10ΜW για περίπου 900 ώρες το χρόνο, ένα µέσο φορτίο από 5 ως 10MW για 1500 ώρες ετησίως και ένα µικρότερο φορτίο κάτω από 5MW για άλλες 900 ώρες. Συνολικά υπάρχει ανάγκη θέρµανσης 3281ώρες το χρόνο και το µέσο φορτίο υπολογίζεται στα 2,68MW. -17-

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Εδώ φαίνεται και πάλι η καµπύλη διάρκειας φορτίου αλλά ανηγµένη σε ποσοστά επί τοις εκατό. Οµοίως εδώ φαίνεται η καµπύλη φορτίου µε ανηγµένη την ισχύ σε ποσοστά επί τοις εκατό. Στο διάγραµµα της τυπικής καµπύλης θερµικού φορτίου φαίνεται µία µεγέθυνση ενός τµήµατος της καµπύλης φορτίου για τη δεύτερη εβδοµάδα του Φεβρουαρίου. Εδώ παρατηρούµε την αυξηµένη απαίτηση για θέρµανση τις πρωινές και βραδινές ώρες της ηµέρας, ενώ παρατηρούµε µειωµένη ζήτηση το µεσηµέρι που η εξωτερική θερµοκρασία αυξάνεται. Η Κυριακή παρουσιάζει µηδενικό φορτίο σύµφωνα µε τα φίλτρα λειτουργίας που εφαρµόσαµε. -18-

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Στο διάγραµµα αυτό, φαίνεται η καµπύλη θερµικού φορτίου του ΑΠΘ υπολογισµένη από όλα τα λεβητοστάσιά του. Το µέγιστο φορτίο φτάνει τις 23ΜWh την περίοδο του Φεβρουαρίου. Στην καµπύλη διάρκειας του θερµικού φορτίου του ΑΠΘ, κρατώντας στον οριζόντιο άξονα τις ώρες του έτους, ταξινοµούµε µε αύξουσα σειρά τα δεδοµένα του φορτίου προκειµένου να δούµε πόσο χρόνο διαρκεί κάθε τιµή ισχύος αλλά και πόσες ώρες του έτους έχουµε θερµικά φορτία. Παρατηρούµε ένα φορτίο πάνω από 10ΜW για περίπου 1200 ώρες το χρόνο, ένα µέσο φορτίο από 5 ως 10MW για 1500 ώρες ετησίως και ένα µικρότερο φορτίο κάτω από 5MW για άλλες 700 ώρες. Συνολικά υπάρχει ανάγκη θέρµανσης 3374 ώρες το χρόνο και το µέσο φορτίο υπολογίζεται στα 3,48MW. -19-

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Εδώ φαίνεται και πάλι η καµπύλη διάρκειας φορτίου αλλά ανηγµένη σε ποσοστά επί τοις εκατό. Οµοίως εδώ φαίνεται η καµπύλη φορτίου µε ανηγµένη την ισχύ σε ποσοστά επί τοις εκατό. Στο διάγραµµα της τυπικής καµπύλης θερµικού φορτίου φαίνεται µία µεγέθυνση ενός τµήµατος της καµπύλης φορτίου για τη δεύτερη εβδοµάδα του Φεβρουαρίου. Εδώ παρατηρούµε την αυξηµένη απαίτηση για θέρµανση τις πρωινές και βραδινές ώρες της ηµέρας, ενώ παρατηρούµε µειωµένη ζήτηση το µεσηµέρι που η εξωτερική θερµοκρασία αυξάνεται. Το Σάββατο τα φορτία είναι µειωµένα γιατί λειτουργεί µόνο το κεντρικό και όχι τα µικρότερα λεβητοστάσια. Η Κυριακή παρουσιάζει µηδενικό φορτίο σύµφωνα µε τα φίλτρα λειτουργίας που εφαρµόσαµε. -20-

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ 2.2 Νοσοκοµείο ΑΧΕΠΑ Μοντέλο θερµικού φορτίου ΑΧΕΠΑ Για τον υπολογισµό των θερµικών και ψυκτικών αναγκών του ΑΧΕΠΑ καταστρώσαµε ένα µοντέλο υπολογισµού των απωλειών παρόµοιο µε του ΑΠΘ, έχοντας σαν βάση τις ωριαίες θερµοκρασίες του έτους 2005 και τις καταναλώσεις φυσικού αερίου των ήδη υπαρχόντων εγκαταστάσεων θέρµανσης για την ίδια περίοδο. Η διαφορά µε το ΑΠΘ βρίσκεται στο ότι το ΑΧΕΠΑ χρησιµοποιεί το φυσικό αέριο και για άλλους λόγους εκτός από τη θέρµανση των χώρων του, όπως για είναι για παράδειγµα η θέρµανση του νερού για διεργασίες όπως η αποστείρωση, τα µαγειρεία κτλ. Αυτό σηµαίνει ότι η κατανάλωση φυσικού αερίου είναι συνεχής για όλο το χρόνο, πράγµα που θα φανεί και αργότερα από τον πίνακα των καταναλώσεων. Η παραδοχή που κάναµε για τον υπολογισµό των απωλειών είναι ότι η κατανάλωση φυσικού αερίου καλύπτει τις ανάγκες θέρµανσης και τις λοιπές ανάγκες οι οποίες θεωρούνται σταθερές για κάθε µήνα του χρόνου. Για το λόγο αυτό το πρώτο µας βήµα ήταν ο υπολογισµός των σταθερών αυτών απωλειών. Στον πίνακα 2.7 φαίνονται οι µηνιαίες καταναλώσεις του ΑΧΕΠΑ όπως τις λάβαµε αρχικά. Από τον πίνακα αυτό παρατηρούµε ότι κατά τους µήνες Μάιο ως Σεπτέµβριο η κατανάλωση φυσικού αερίου κυµαίνεται σε σταθερά επίπεδα πράγµα που σηµαίνει ότι τους µήνες αυτούς δεν λειτουργεί η εγκατάσταση θέρµανσης και όλη η κατανάλωση καλύπτει τις λοιπές ανάγκες του ΑΧΕΠΑ. Α/Α Μήνας Κατανάλωση Φ.Α. [m 3 ] Θερµογόνος ύναµη [KWh/m 3 ] Ολικές Θερµικές Ανάγκες ΑΧΕΠΑ µε απόδοση λέβητα η=85% [kwh] 1 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ,00 11, ,12 2 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ ,00 11, ,41 3 ΜΑΡΤΙΟΣ ,00 11, ,39 4 ΑΠΡΙΛΙΟΣ ,00 11, ,47 5 ΜΑΙΟΣ ,00 11, ,64 6 ΙΟΥΝΙΟΣ ,00 11, ,85 7 ΙΟΥΛΙΟΣ ,00 11, ,25 8 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ,00 11, ,26 9 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ,00 11, ,62 10 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ,00 11, ,65 11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ ,00 11, ,30 12 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ ,00 11, ,80 Σύνολα , ,75 Πίνακας 2.8: Κατανάλωση φυσικού αερίου του ΑΧΕΠΑ για το έτος 2005 Να παρατηρήσουµε ότι θεωρήσαµε απόδοση λέβητα 85%, προκειµένου να υπολογιστούν οι θερµικές ανάγκες των κτιρίων. Ο υπολογισµός έγινε µε την παρακάτω σχέση. Η απόδοση έχει οριστεί παραµετρικά και µπορεί να µεταβληθεί. Q πραγµατικό = Qκαταν άλωσης η -21-

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Από τις καταναλώσεις των µηνών αυτών υπολογίσαµε µια µέση τιµή θερµικής ισχύος η οποία, όπως είπαµε, θεωρείται σταθερή για κάθε µήνα , , , , ,62 Qs = = ,32 kwh/µήνα , , , , ,62( kwh) Ps = = 591,68 kw 24( h / ηµ έρα) ( )( ηµ έρες ) Στη συνέχεια, από κάθε χειµερινό µήνα, αφαιρέσαµε τη µέση θερµική ισχύ των σταθερών φορτίων (Q s ) και µηδενίσαµε τις ανάγκες για τους θερινούς µήνες, ώστε να συγκεντρώσουµε τα θερµικά φορτία που αφορούν µόνο τις ανάγκες για τη θέρµανση των χώρων του ΑΧΕΠΑ. Α/Α Μήνας Θερµικές Ανάγκες ΑΧΕΠΑ, 2005 [kwh] 1 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ,80 2 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ ,09 3 ΜΑΡΤΙΟΣ ,07 4 ΑΠΡΙΛΙΟΣ ,14 5 ΜΑΙΟΣ 0,00 6 ΙΟΥΝΙΟΣ 0,00 7 ΙΟΥΛΙΟΣ 0,00 8 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ 0,00 9 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 0,00 10 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ ,32 11 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ ,98 12 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ ,48 ΣΥΝΟΛΟ ,87 Πίνακας 2.9: Καθαρές ανάγκες θέρµανσης του ΑΧΕΠΑ για το έτος 2005-δεν συµπεριλαµβάνονται τα σταθερά θερµικά φορτία Φίλτρα στη βάση ωριαίων θερµοκρασιών Για την εύρεση των διαφορών θερµοκρασίας ορίσαµε αρχικά τη θερµοκρασία άνεσης πάνω από την οποία δεν απαιτείται θέρµανση των χώρων. Στη συνέχεια εφαρµόσαµε ένα φίλτρο στη βάση των θερµοκρασιών το οποίο µηδενίζει τη διαφορά θερµοκρασίας σε περίπτωση που η εξωτερική θερµοκρασία είναι µεγαλύτερη τη θερµοκρασίας άνεσης. Τους µεταβατικούς µήνες Απρίλιο και Οκτώβριο τέθηκε διαφορετική θερµοκρασία άνεσης από τον υπόλοιπο χρόνο, ώστε µε βάση τις καταναλώσεις και τα δεδοµένα που προκύπτουν κάθε φορά για τις διαφορές θερµοκρασίας, να προκύπτει ένας σχετικά σταθερός συντελεστής k. -22-

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Φίλτρο θερµοκρασίας Το φίλτρο αυτό εφαρµόστηκε προκειµένου να συγκεντρώσουµε µόνο τις θερµοκρασίες του περιβάλλοντος στις οποίες απαιτείται θέρµανση του εσωτερικού χώρου. Οι θερµοκρασίες άνεσης φαίνονται στον πίνακα 2.9 και έχουν οριστεί παραµετρικά ώστε να υπάρχει η δυνατότητα αλλαγής τους. Ε ΟΜΕΝΑ ΑΧΕΠΑ 1 Θερµοκρασία θέρµανσης (Νοέµβριος-Μάιος) 20 2 Θερµοκρασία θέρµανσης (Απρίλιος) 19 3 Θερµοκρασία θέρµανσης (Οκτώβριος) 17 Πίνακας 2.10: εδοµένα για την εφαρµογή των φίλτρων θερµοκρασίας για το ΑΧΕΠΑ Υπολογισµός του θερµοκρασιακού συντελεστή k Οι συντελεστές k υπολογίστηκε και πάλι από τα δεδοµένα των καταναλώσεων και από τις διαφορές θερµοκρασίας που υπολογίσαµε. Υπολογίσαµε τον συντελεστή k για κάθε µήνα του χρόνου που έχουµε δεδοµένα κατανάλωσης, τον υπολογίσαµε όµως και συνολικά, για την ολική κατανάλωση όλο το χρόνο. Όλοι οι συντελεστές θα πρέπει να είναι ίσοι µεταξύ τους, αφού αυτός εξαρτάται από τα κατασκευαστικά στοιχεία και την επιφάνεια των κτιρίων. Η µαθηµατική διατύπωση του προβλήµατος φαίνεται παρακάτω. q, = Pi t dqi, ό = k θi dt i πραγµατικό dq i, πραγµατικό = k θ dt i πραγµατικ τέλος _ µ ήνα Qi, πραγµατικό = k θi dt Q = k ( θ t) Q i, πραγµατικό τέλος _ µ ήνα = k ( θ 1h) i αρχή _ µ ήνα i, πραγµατικό i αρχή _ µ ήνα Q i, πραγµατικό k = [ kwh /( o C h) ] ή [ kw / o C) ] τέλος _ µ ήνα ( θi ) αρχή _ µ ήνα Οι ίδιες σχέσεις ισχύουν και για την εύρεση του συντελεστή k από τα συνολικά δεδοµένα, για όλη τη διάρκεια του έτους. Η διαφορά βρίσκεται στο ότι πρέπει να υπολογίσουµε την ολική ενέργεια που απαιτήθηκε καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου και το άθροισµα των θερµοκρασιών πρέπει να περιλαµβάνει ολόκληρο το χρόνο και όχι µόνο ένα µήνα. Παρακάτω φαίνονται οι επιµέρους υπολογισµοί των πραγµατικών ενεργειακών αναγκών των κτιρίων ανά µήνα αλλά και συνολικά µε τη βοήθεια των δεδοµένων της κατανάλωσης φυσικού αερίου για το Ακόµα, υπολογίσαµε τα αθροίσµατα των διαφορών θερµοκρασίας για κάθε µήνα ξεχωριστά αλλά και για όλο το χρόνο. -23-

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Εδώ πρέπει να σηµειώσουµε ότι στους µεταβατικούς µήνες Οκτώβριο και Απρίλιο λάβαµε υπ όψη όλη τη διάρκεια του µήνα, σε αντίθεση µε το ΑΠΘ, γιατί οι συντελεστές που προέκυψαν είχαν λογική τιµή. Aθροίσµατα ιαφορών Θερµοκρασίας [ o C] Θερµοκρασιακός Συντελεστής k [kw/ o C] Μήνας Σ( θ)/µήνα Σ( θ) Μήνας k / µήνα k ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ ,80 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 154,739 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 9.502,50 ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ 162,110 ΜΑΡΤΙΟΣ 7.583,40 ΜΑΡΤΙΟΣ 173,184 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 3.721,10 ΑΠΡΙΛΙΟΣ 158,427 ΜΑΙΟΣ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ ΙΟΥΝΙΟΣ ,80 ΙΟΥΛΙΟΣ ΙΟΥΛΙΟΣ 163,626 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 1.524,10 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 157,297 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 7.001,30 ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 161,391 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 9.043,60 ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 171,985 ΣΥΝΟΛΟ ,80 Μ.Ο. 162,733 Πίνακας 2.11: Αθροίσµατα διαφορών θερµοκρασίας και θερµοκρασιακός συντελεστής k [kw/ o C] για το ΑΧΕΠΑ ανά µήνα και συνολικά Ο συντελεστής που χρησιµοποιήθηκε για τον υπολογισµό των απωλειών είναι ο συνολικός συντελεστής που υπολογίστηκε από τα δεδοµένα για όλο το έτος και όχι οι µηνιαίοι συντελεστές k. Αυτοί υπολογίστηκαν µόνο για να εκτιµηθούν οι θερµοκρασίες άνεσης για τους µήνες του έτους Υπολογισµός θερµικών απωλειών Έχοντας υπολογίσει τον συντελεστή k και τις διαφορές θερµοκρασίας για κάθε ώρα του χρόνου στην οποία υπάρχει απαίτηση θέρµανσης, είµαστε σε θέση να υπολογίσουµε την απαιτούµενη θερµική ισχύ για κάθε ώρα του χρόνου. Η σχέση που χρησιµοποιήθηκε φαίνεται παρακάτω P θ, i = k θi, i=1, Πρέπει να τονίσουµε ότι σε αντίθεση µε το ΑΧΕΠΑ η αρχική µας υπόθεση ότι τους µήνες Οκτώβριο και Απρίλιο η εγκατάσταση λειτουργεί συνεχώς όπως όλο τον υπόλοιπο χρόνο, κατά τον υπολογισµό του συντελεστή k προέκυψε ότι ισχύει. Η κατανάλωση Φ.Α. τους µήνες αυτούς ήταν µικρή, αλλά µειώνοντας τη θερµοκρασία άνεσης ο συντελεστής k προέκυπτε σχεδόν ίδιος µε τους υπόλοιπους µήνες. Τέλος, υπολογίσαµε την ολική ισχύ της εγκατάστασης συµπαραγωγής, αθροίζοντας όλες τις ωριαίες θερµικές ανάγκες που προέκυψαν. Ακόµη κάναµε υπολογισµούς για τη µέση θερµική -24-

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ισχύ, τη µέγιστη ισχύ που παρατηρείται, τις συνολικές ώρες που έχουµε ανάγκη θέρµανσης κτλ. Στον πίνακα 2.11 συγκεντρώσαµε τα αποτελέσµατα των υπολογισµών. Μέγεθος Χωρίς τα Με τα σταθερά σταθερά φορτία φορτία ιάρκεια λειτουργίας [h] ιάρκεια λειτουργίας [%] 52,87% 58,08% Ρ [ΜW] 591,68 591,68 s Ρ [ΜW] 3,911 4,502 max Ρ [ΜW] 0,903 1,495 Ρ [%] 23,12% 33,22% Q ολικό [ΜWh] 7.918, ,09 Πίνακας 2.12: Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών για το ΑΧΕΠΑ Οι υπολογισµοί των µέσων µεγεθών έγιναν από τις παρακάτω σχέσεις. T Ρ= p t dt = p t dt = P T ( ) 8760 ( ) ολικό, όπου p(t) η θερµική ή η ψυκτική ισχύς ή το άθροισµά τους για κάθε ώρα Ρ Ρ (%) =, όπου Ρ η θερµική ή η ψυκτική ισχύς ή το άθροισµά τους, αντίστοιχα. Ρ max 2.3 Θερµικά Φορτία ΑΠΘ και Νοσοκοµείου ΑΧΕΠΑ Στο σηµείο αυτό θα υπολογιστούν τα συνολικά φορτία του ΑΠΘ και του νοσοκοµείου ΑΧΕΠΑ µαζί, καθώς αυτή είναι η δεύτερη δυνατή υλοποιήσιµη λύση. Για το σκοπό αυτό θα αθροίσουµε τα θερµικά φορτία του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ συµπεριλαµβάνοντας και τα σταθερά θερµικά φορτία του ΑΧΕΠΑ. Στη συνέχεια θα υπολογίσουµε τη µέση θερµική ισχύ και τη συνολική παραγόµενη θερµική ενέργεια όπως και προηγούµενα. Τα αποτελέσµατα φαίνονται στον πίνακα Μέγεθος Κεντρικό Λεβητοστάσιο Όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ιάρκεια λειτουργίας [h] ιάρκεια λειτουργίας [%] 58,08% 58,08% Ρ [ΜW] 20,479 28,251 max Ρ [ΜW] 3,928 4,732 Ρ [%] 19,18% 16,75% Q ολικό [ΜWh] , ,43 Πίνακας 2.13: Αποτελέσµατα υπολογισµών θερµικών απωλειών για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ -25-

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ ιαγράµµατα Εδώ θα παραθέσουµε τα διαγράµµατα για την ταυτόχρονη λειτουργία του ΑΠΘ και του νοσοκοµείου ΑΧΕΠΑ κατά τον ίδιο τρόπο που κάναµε για τη λειτουργία µόνο του ΑΠΘ. Τα πρώτα διαγράµµατα αφορούν µόνο το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ µε το ΑΧΕΠΑ ενώ αυτά που ακολουθούν αφορούν όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ. Στο διάγραµµα φαίνεται η καµπύλη του θερµικού φορτίου για τα κτίρια που τροφοδοτούνται από τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ. Τους θερινούς µήνες το θερµικό φορτίο είναι µηδενικό ενώ το µέγιστο φορτίο φτάνει τις 20ΜWh την περίοδο του Φεβρουαρίου. Στην καµπύλη διάρκειας του θερµικού φορτίου, κρατώντας στον οριζόντιο άξονα τις ώρες του έτους, ταξινοµούµε µε αύξουσα σειρά τα δεδοµένα του φορτίου προκειµένου να δούµε πόσο χρόνο διαρκεί κάθε τιµή ισχύος αλλά και πόσες ώρες του έτους έχουµε φορτίο. Βλέπουµε λοιπόν ένα φορτίο πάνω από 10ΜW για περίπου 1500 ώρες το χρόνο, ένα µέσο φορτίο από 5 ως 10MW για 1500 ώρες ετησίως και ένα µικρότερο φορτίο κάτω από 5MW για άλλες 2000 ώρες. Συνολικά υπάρχει ανάγκη θέρµανσης 5088 ώρες το χρόνο και το µέσο φορτίο υπολογίζεται στα 3,93MW. -26-

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Εδώ φαίνεται και πάλι η καµπύλη διάρκειας φορτίου αλλά ανηγµένη σε ποσοστά επί τοις εκατό. Οµοίως εδώ φαίνεται η καµπύλη φορτίου µε ανηγµένη την ισχύ σε ποσοστά επί τοις εκατό. Στο διάγραµµα της τυπικής καµπύλης θερµικού φορτίου φαίνεται µία µεγέθυνση ενός τµήµατος της καµπύλης φορτίου για τη δεύτερη εβδοµάδα του Φεβρουαρίου. Εδώ παρατηρούµε την αυξηµένη απαίτηση για θέρµανση τις πρωινές και βραδυνές ώρες της ηµέρας, ενώ παρατηρούµε µειωµένη ζήτηση το µεσηµέρι που η εξωτερική θερµοκρασία αυξάνεται. Η Κυριακή ακολουθεί το φορτίο του ΑΧΕΠΑ καθώς το φορτίο του ΑΠΘ είναι µηδενικό σύµφωνα µε τα φίλτρα λειτουργίας που εφαρµόσαµε. -27-

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Στο διάγραµµα φαίνεται η καµπύλη του θερµικού φορτίου για τα κτίρια που τροφοδοτούνται από τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ. Τους θερινούς µήνες το θερµικό φορτίο είναι µηδενικό ενώ το µέγιστο φορτίο φτάνει τις 28ΜWh την περίοδο του Φεβρουαρίου. Στην καµπύλη διάρκειας του θερµικού φορτίου, κρατώντας στον οριζόντιο άξονα τις ώρες του έτους, ταξινοµούµε µε αύξουσα σειρά τα δεδοµένα του φορτίου προκειµένου να δούµε πόσο χρόνο διαρκεί κάθε τιµή ισχύος αλλά και πόσες ώρες του έτους έχουµε φορτίο. Βλέπουµε λοιπόν ένα φορτίο πάνω από 10ΜW για περίπου 1500 ώρες το χρόνο, ένα µέσο φορτίο από 5 ως 10MW για 1300 ώρες ετησίως και ένα µικρότερο φορτίο κάτω από 5MW για άλλες 2200 ώρες. Συνολικά υπάρχει ανάγκη θέρµανσης 5088 ώρες το χρόνο και το µέσο φορτίο υπολογίζεται στα 4,73MW. -28-

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Εδώ φαίνεται και πάλι η καµπύλη διάρκειας φορτίου αλλά ανηγµένη σε ποσοστά επί τοις εκατό. Οµοίως εδώ φαίνεται η καµπύλη φορτίου µε ανηγµένη την ισχύ σε ποσοστά επί τοις εκατό. Στο διάγραµµα της τυπικής καµπύλης θερµικού φορτίου φαίνεται µία µεγέθυνση ενός τµήµατος της καµπύλης φορτίου για τη δεύτερη εβδοµάδα του Φεβρουαρίου. Παρατηρούµε την αυξηµένη απαίτηση για θέρµανση τις πρωινές και βραδινές ώρες της ηµέρας, ενώ µειωµένη ζήτηση το µεσηµέρι που η εξωτερική θερµοκρασία αυξάνεται. Το Σάββατο το φορτίο είναι µειωµένο γιατί δεν λειτουργούν τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ. Η Κυριακή ακολουθεί το φορτίο του ΑΧΕΠΑ καθώς το φορτίο του ΑΠΘ είναι µηδενικό σύµφωνα µε τα φίλτρα λειτουργίας που εφαρµόσαµε. -29-

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ 2.4 Παράλληλη λειτουργία ΣΗΘ και υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης Από τις προηγούµενες παραγράφους και τις καµπύλες φορτίου που προέκυψαν, παρατηρούµε µια πολύ µικρή µέση ισχύ χρησιµοποίησης των µηχανηµάτων της εγκατάστασης σε σχέση µε τη µέγιστη ζήτηση. Ακόµα, από τη µορφή των καµπυλών φορτίου φαίνεται ότι υπάρχει µεγάλη ζήτηση µόνο για µικρό χρονικό διάστηµα κατά τη διάρκεια του έτους. ηλαδή αν θα έπρεπε να καλύψουµε όλο το φορτίο µόνο µε την εγκατάσταση ΣΗΘ, θα χρειαζόµασταν µια πολύ µεγάλη ονοµαστική ισχύ των µηχανών προκειµένου να καλυφθεί και το µέγιστο φορτίο, έχοντας όµως συνεχή λειτουργία σε πλήρες φορτίο µόνο για λίγες ώρες το χρόνο. Προφανώς κάτι τέτοιο θα ήταν ασύµφορο. Για τους παραπάνω λόγους και προκειµένου να µειώσουµε την απαιτούµενη ονοµαστική ισχύ της εγκατάστασης συµπαραγωγής, άρα και το αρχικό κόστος της εγκατάστασης, θα µελετήσουµε την παράλληλη λειτουργίας της νέας εγκατάστασης ΣΗΘ µε αυτή των λεβητοστασίων, που ήδη υπάρχουν, τα οποία θα αναλαµβάνουν να καλύψουν τις ανάγκες αιχµής του θερµικού φορτίου καθ όλη τη διάρκεια του έτους. Το φορτίο βάσης θα καλύπτεται από την εγκατάσταση συµπαραγωγής, ενώ τις ηµέρες που οι ανάγκες είναι µειωµένες η εγκατάσταση συµπαραγωγής θα υπολειτουργεί, έχοντας τη δυνατότητα να φτάσει σε ένα ελάχιστο παραγόµενης ισχύος. Τέλος, για τις ηµέρες που η απαιτούµενη ισχύς είναι µικρότερη από το ελάχιστο αυτό όριο, η εγκατάσταση συµπαραγωγής θα παύει να λειτουργεί και θα αναλαµβάνουν οι συµβατικοί λέβητες. Παρακάτω, υπολογίζουµε τη µέση ισχύ της εγκατάστασης συµπαραγωγής (όπως κάναµε και προηγούµενα), αφού πρώτα αφαιρέσουµε τις αιχµές και τα ελάχιστα από την καµπύλη φορτίου. Θεωρήσαµε πολλές διαφορετικές τιµές ισχύος της εγκατάστασης συµπαραγωγής, (10, 20, 50, 80% της µέγιστης ισχύος) ώστε να βρούµε το βέλτιστο συνδυασµό ισχύων. Ακόµα, υπολογίζουµε την ωριαία καµπύλη λειτουργίας της µηχανής για όλη τη διάρκεια του έτους. Τέλος, παραθέτουµε τις καµπύλες που προκύπτουν και τα αποτελέσµατα σε έναν συγκεντρωτικό πίνακα. Οι υπολογισµοί θα γίνουν στις καµπύλες φορτίου του ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο), δηλαδή στην περίπτωση µε τα λιγότερα φορτία, προκειµένου να βγάλουµε ασφαλή αποτελέσµατα ακόµα και στην περίπτωση που τα µικρότερα λεβητοστάσια και το ΑΧΕΠΑ δεν θα τροφοδοτούνται από τη ΣΗΘ. -30-

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 80% της µέγιστης ζήτησης Από τον πίνακα 2.6 βλέπουµε ότι η µέγιστη ζήτηση ισχύος είναι περίπου 16MW. Αν εποµένως χρησιµοποιηθεί σύστηµα συµπαραγωγής µε απόδοση θερµικής ισχύος 80 % 16MW = 12, 8MW, τότε στις ώρες που η απαίτηση ισχύος ξεπερνά τα 12,8MW εκτός από την εγκατάσταση συµπαραγωγής, θα λειτουργούν και οι λέβητες. Θέτουµε το κάτω όριο στο οποίο η εγκατάσταση σταµατάει να λειτουργεί, στο 40% της ονοµαστικής ισχύος. ηλαδή 40 % 12,8MW = 5, 12MWΤα διαγράµµατα καµπύλης φορτίου που προκύπτουν φαίνονται παρακάτω. Από την καµπύλη φορτίου και διάρκειας φορτίου βλέπουµε ότι χρησιµοποιώντας µια τόσο µεγάλης ισχύος µηχανή, η κατάσταση δεν βελτιώνεται αισθητά. Η µέση ισχύς παραµένει πολύ χαµηλή (18,11%) και το φορτίο παρουσιάζει µεγάλες διακυµάνσεις. Έτσι η λύση αυτή απορρίπτεται. -31-

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 50% της µέγιστης ζήτησης Αν χρησιµοποιηθεί µηχανή απόδοσης θερµικής ισχύος 50 % 16MW = 8MW, τότε στις ώρες που η απαίτηση ισχύος ξεπερνά τα 8MW εκτός από την εγκατάσταση συµπαραγωγής, θα λειτουργεί και ο λέβητας αιχµών. Θέτουµε το κάτω όριο στο οποίο η εγκατάσταση σταµατάει να λειτουργεί, στο 40% της ονοµαστικής ισχύος. ηλαδή 40 % 8MW = 3, 2MWΤα διαγράµµατα καµπύλης φορτίου που προκύπτουν φαίνονται παρακάτω. Με τη µείωση της ονοµαστικής ισχύος της µηχανής, παρατηρούµε την αύξηση της λειτουργίας της εγκατάστασης και του ποσοστού της µέσης ισχύος. Ωστόσο παρατηρούµε ότι οι συνολικές ώρες λειτουργίας της εγκατάστασης (2758 ώρες) παραµένουν πολύ λίγες στη διάρκεια του έτους καθώς επίσης υπάρχει µεγάλο διάστηµα, περίπου 1500 ώρες, όπου η µηχανή λειτουργεί µε φορτίο αρκετά χαµηλότερο από το ονοµαστικό. Επίσης, συνεχίζουν να υπάρχουν µεγάλες διακυµάνσεις στο φορτίο, όπως φαίνεται από την καµπύλη φορτίου. -32-

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Ονοµαστική ισχύς ΣΗΘ 20% της µέγιστης ζήτησης Αν χρησιµοποιηθεί στρόβιλος ισχύος 20 % 16MW = 3, 2MW, τότε στις ώρες που η απαίτηση ισχύος ξεπερνά τα 3,2MW εκτός από την εγκατάσταση συµπαραγωγής, θα λειτουργεί και ο λέβητας αιχµών. Θέτουµε το κάτω όριο στο οποίο η εγκατάσταση σταµατάει να λειτουργεί, στο 40% της ονοµαστικής ισχύος. ηλαδή 40 % 3,2MW = 1, 28MWΤα διαγράµµατα καµπύλης φορτίου που προκύπτουν φαίνονται παρακάτω. Με τη µείωση της ισχύος της µηχανής, αυξάνονται πάνω από οι ετήσιες ώρες λειτουργίας του συστήµατος συµπαραγωγής, µε συνολικές ώρες λειτουργίας του λεβητοστασίου ώρες, αυξάνοντας µε τον τρόπο αυτό το ποσοστό της µέσης ισχύος στο 34,24%. Από την ωριαία καµπύλη φορτίου και την καµπύλη διάρκειας παρατηρούµε ότι ένα µεγάλο ποσοστό των ωρών λειτουργίας αντιστοιχεί σε λειτουργία της µηχανής στο ονοµαστικό της φορτίο, όπως είναι και το επιθυµητό. Εδώ πρέπει ακόµα να παρατηρήσουµε ότι ταυτόχρονα µε την αύξηση του χρόνου λειτουργίας του συστήµατος, εξαιτίας της µικρότερης µηχανής, έχουµε µείωση της παραγόµενης θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας και συνεπώς µείωση των αποδοχών από την πώλησή τους. -33-

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Ονοµαστική ισχύς εγκατάστασης συµπαραγωγής 10% της µέγιστης ζήτησης Αν χρησιµοποιηθεί στρόβιλος ισχύος 10 % 16MW = 1, 6MW, τότε στις ώρες που η απαίτηση ισχύος ξεπερνά τα 1,6MW εκτός από την εγκατάσταση συµπαραγωγής, θα λειτουργεί και ο λέβητας αιχµών. Θέτουµε το κάτω όριο στο οποίο η εγκατάσταση σταµατάει να λειτουργεί, στο 40% της ονοµαστικής ισχύος. ηλαδή 40 % 1,6MW = 0, 64MWΤα διαγράµµατα καµπύλης φορτίου που προκύπτουν φαίνονται παρακάτω. Τις ίδιες παρατηρήσεις µε την προηγούµενη περίπτωση µπορούµε να κάνουµε και εδώ. Το σύστηµα λειτουργεί πάνω από 3000 ώρες ετησίως. Οι διακυµάνσεις του φορτίου είναι αισθητά πολύ µικρότερες από τις προηγούµενες περιπτώσεις. -34-

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ Ισχύς ΣΗΘ [%] Ισχύς ΣΗΘ [MW] Ελάχιστη ισχύς ΣΗΘ [ΜW] Μέση θερµική ισχύς [MW] Μέση θερµική ισχύς [%] Ώρες λειτουργίας [h] ,485 14,67% ,4 7,36 2,802 15,23% ,5 4,6 2,850 24,79% ,6 1,84 1,568 34,09% ,3 0,92 0,831 36,15% 3227 Πίνακας 2.14: Μέση ισχύς σε MW µε τη χρήση λέβητα αιχµών για το ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Από τους συνοπτικούς πίνακες βλέπουµε ότι µειώνοντας την ισχύ της ΣΗΘ µειώνεται και η µέση θερµική ισχύς αφού όλο το φορτίο που καλύπτει η συµπαραγωγή µετατοπίζεται χαµηλότερα. Ωστόσο το ποσοστό της µέσης ισχύος προς το µέγιστο φορτίο σταδιακά αυξάνεται, δηλαδή έχουµε λειτουργία της ΣΗΘ για περισσότερες ώρες κοντά στο ονοµαστικό φορτίο. Όµοια οι ώρες λειτουργίας της ΣΗΘ αυξάνονται γιατί µε µικρότερη µηχανή µπορούν να καλυφθούν και τα µικρότερα φορτία. Τις περισσότερες ώρες τις έχουµε φυσικά όταν η µηχανή καλύπτει εξ ολοκλήρου όλο το θερµικό φορτίο. 2.5 Επιλογή Τεχνολογίας και ιαστασιολόγηση Εγκατάστασης Από τους παραπάνω πίνακες και τα διαγράµµατα, µπορούµε να παρατηρήσουµε ότι εξαιτίας της µεγάλης διακύµανσης του θερµικού φορτίου, για να έχουµε µια ικανοποιητική µέση ισχύ, θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί µηχανή µε ονοµαστική θερµική ισχύ εξόδου περίπου 3MW. Επειδή, επιθυµούµε η εγκατάσταση της συµπαραγωγής να καλύπτει το θερµικό φορτίο βάσης του ΑΠΘ, όσο µικρότερη είναι η ισχύς της µηχανής που θα χρησιµοποιηθεί, τόσο περισσότερες ώρες θα λειτουργεί στην ονοµαστική της κατάσταση - άρα και στην αποδοτικότερη κατάσταση. Επίσης, όσο µικρότερη µηχανή επιλεγεί, τόσο περισσότερες θα είναι και οι συνολικές ώρες λειτουργίας της. Η ποσότητα της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας δεν αποτελεί πρόβληµα, αφού όλη θα διοχετεύεται στο δίκτυο. Ωστόσο, επιλογή µικρότερης µηχανής σηµαίνει µικρότερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, άρα και µικρότερα έσοδα από την πώλησή της. Καταλήγουµε, λοιπόν σε µια µηχανή µε ονοµαστική θερµική έξοδο 3MW και ηλεκτρική ονοµαστική έξοδο όσο το δυνατόν µεγαλύτερη. Τα στοιχεία θερµοκρασίας και πίεσης του νερού / ατµού εξόδου προς την υπόλοιπη εγκατάσταση θα πρέπει να είναι τέτοια που να συµφωνούν µε τα ονοµαστικά στοιχεία της υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης. Αν δεν συµφωνούν, θα πρέπει να παρεµβληθούν εναλλάκτες στα σηµεία σύνδεσης που θα τα προσαρµόζουν στις επιθυµητές τιµές. Ωστόσο, όπως αναφέραµε και στο πρώτο κεφάλαιο, η παρούσα εγκατάσταση δεν λειτουργεί στα ονοµαστικά της στοιχεία θερµοκρασίας και πίεσης του νερού εξόδου (υπέρθερµο νερό), καθώς το δίκτυο σωληνώσεων δεν είναι αξιόπιστο. Τα τεχνικά αυτά θέµατα θα πρέπει να εξεταστούν µε µεγαλύτερη προσοχή και να δοθεί µια τεχνικά και οικονοµικά υλοποιήσιµη λύση ώστε το σύστηµα να λειτουργεί όσο το δυνατόν αποδοτικότερα. Για να καταλήξουµε όµως σε ασφαλή συµπέρασµα για το τελικό µέγεθος της µηχανής που θα επιλεγεί, θα πρέπει να µελετήσουµε την κατανάλωση του καυσίµου των λεβητοστασίων του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ σε βάθος χρόνου π.χ. µιας πενταετίας. Η χρήση των στοιχείων του 2005 ήταν τυχαία και τα δεδοµένα θα πρέπει να εξεταστούν και για άλλες χρονιές που ίσως ήταν πιο θερµές ή πιο ψυχρές. Το επιθυµητό είναι η κατανάλωση καυσίµου να παραµένει σε σταθερά -35-

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ περίπου επίπεδα. Βέβαια, σε σταθερά επίπεδα θα πρέπει να παραµένει και η εξωτερική θερµοκρασία, ώστε κάθε χρόνο να παραµένουν σταθερές και οι θερµικές ανάγκες των κτιρίων. Για το λόγο αυτό συγκεντρώσαµε τις καταναλώσεις φυσικού αερίου από το 2005 ως το 2009 και τις µέσες µηνιαίες θερµοκρασίες των χειµερινών µηνών για τα ίδια έτη και µελετάµε το ρυθµό µεταβολής τους. ΕΤΟΣ Κεντρικό Λεβητοστάσιο ΑΠΘ Ετήσια Κατανάλωση Φυσικού Αερίου [kwh] Υπόλοιπα Λεβητοστάσια ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ Σύνολο , , , , , , , , , , , , , , , ,43 Πίνακας 2.15: Ετήσια κατανάλωση φυσικού αερίου για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ Από τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν µπορούµε να παρατηρήσουµε ότι για το ΑΧΕΠΑ και τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ το σύνολο της κατανάλωσης παραµένει σε σταθερά επίπεδα. εν µπορούµε να πούµε το ίδιο όµως για το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ. Ακόµα και µετά το 2007 που έγινε η αντικατάσταση των παλιών λεβήτων του κεντρικού λεβητοστασίου µε καινούριους λέβητες, η κατανάλωση δεν µειώθηκε αισθητά. Το 2009 όµως µε τη χρήση συστήµατος scada για τον έλεγχο της λειτουργίας του κεντρικού λεβητοστασίου, επιτεύχθηκε µείωση της κατανάλωσης κατά 45% από το Το σύστηµα αυτό πρόκειται να επεκταθεί και στα µικρότερα λεβητοστάσια του ΑΠΘ για ευνόητους λόγους. Σε βάθος χρόνου, η κατανάλωση µένει σταθερή όπως µπορούµε να κρίνουµε από το ΑΧΕΠΑ και τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ. Για το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ, καθώς η λειτουργία του µε τα νέα συστήµατα που εγκαταστάθηκαν είναι σύντοµη δεν µπορούµε να βγάλουµε ασφαλή συµπεράσµατα. Σε ότι αφορά τις θερµοκρασίες, στον παρακάτω πίνακα συγκεντρώσαµε τις µέσες ετήσιες θερµοκρασίες για τους χειµερινούς µήνες που θα λειτουργούν οι εγκαταστάσεις θέρµανσης. ΕΤΟΣ Μέση Ετήσια Θερµοκρασία (µόνο για τους χειµερινούς µήνες) o C ,85 o C ,71 o C ,4 o C ,25 o C Πίνακας 2.16: Μέση ετήσια θερµοκρασία (µόνο για τους χειµερινούς µήνες) Από τον πίνακα παρατηρούµε µια αύξηση 1,5-2 o C τα τελευταία δύο χρόνια, η οποία δεν µπορεί να αµεληθεί. Η αύξηση της θερµοκρασίας έχει επίπτωση και στις θερµικές ανάγκες των κτιρίων που προφανώς µειώνονται µε την αύξηση της θερµοκρασίας, αλλά και στην κατανάλωση του καυσίµου. Οι παράγοντες αυτοί δεν θα πρέπει να αµελούνται σε τέτοιου είδους µελέτες γιατί είναι καθοριστικής σηµασίας για το τελικό αποτέλεσµα. Ωστόσο, χρειάζεται η συγκέντρωση και η -36-

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙ µελέτη των στοιχείων για περισσότερα χρόνια, πράγµα που ήταν αδύνατο να γίνει στη συγκεκριµένη διπλωµατική. Τα είδη της τεχνολογίας που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για µια εγκατάσταση συµπαραγωγής είναι πολλά, όπως αυτά αναφέρθηκαν στο πρώτο κεφάλαιο. Οι κύριες τεχνολογίες που εφαρµόζονται σήµερα είναι αυτές µε χρήση αεροστροβίλου, ατµοστροβίλου, µηχανών εσωτερικής καύσης και συνδυασµένου κύκλου. Η χρήση συστήµατος συνδυασµένου κύκλου έχει πολύ µεγάλο αρχικό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης, αφού αποτελείται από ένα σύστηµα ατµοστροβίλου και ένα αεροστροβίλου. Οπότε µια τέτοια λύση απορρίπτεται. Απορρίπτεται επίσης η χρήση συστήµατος ατµοστροβίλου γιατί παρά τα πολλά πλεονεκτήµατα που παρουσιάζουν όπως αυτό της υψηλής απόδοσης και αξιοπιστίας και της δυνατότητας ανεξάρτητης ρύθµισης της ηλεκτρικής και θερµικής παραγόµενης ισχύος, κρίνονται οικονοµικά ασύµφορα συστήµατα για εγκαταστάσεις µικρού µεγέθους όπως η ζητούµενη. Εκτός από το αυξηµένο κόστος αγοράς, οι ατµοστρόβιλοι παρουσιάζουν και το πρόβληµα της αργής εκκίνησης. Τα συστήµατα αεροστροβίλου θεωρούνται ιδανικά για χρήση σε συστήµατα συµπαραγωγής εξαιτίας της υψηλής θερµοκρασίας εξόδου των καυσαερίων. Η αξιοποίηση των καυσαερίων για χρήση σε θερµικές διεργασίες, αυξάνει τη χαµηλή απόδοση των συστηµάτων (λόγω της σηµαντικής ισχύος που απαιτείται για την κίνηση του αεροσυµπιεστή και της υψηλής θερµοκρασίας των καυσαερίων) από 25-35% σε 60-80%. Τα συστήµατα αεροστροβίλου διακρίνονται σε ανοιχτού και κλειστού κύκλου µε αυτά του ανοιχτού κύκλου να κυριαρχούν εξαιτίας της µικρότερης πολυπλοκότητας της εγκατάστασης και του µικρότερου κόστους εγκατάστασης. Οι αεροστρόβιλοι γενικότερα παρουσιάζουν το µειονέκτηµα της δύσκολης και εξειδικευµένης συντήρησης και απαιτούν µεγάλη προσοχή στην ποιότητα του καυσίµου εξαιτίας της ευαισθησίας που παρουσιάζουν τα πτερύγια στα προϊόντα της καύσης. Τέλος, τα συστήµατα συµπαραγωγής µε µηχανή εσωτερικής καύσης παρουσιάζουν ικανοποιητικούς βαθµούς απόδοσης της τάξης του 80%, έχουν εύκολη και φθηνή συντήρηση σε σύγκριση µε τη συντήρηση των αεροστροβίλων. Ακόµα, τα συστήµατα µε ΜΕΚ έχουν δυνατότητες γρήγορης και συχνής εκκίνησης και ανταγωνίζονται επάξια τους αεροστροβίλους σε εγκαταστάσεις συµπαραγωγής υψηλής απόδοσης και αξιοπιστίας. Στα επόµενα κεφάλαια θα µελετήσουµε τα ενδεχόµενα της χρήσης τόσο ενός συστήµατος συµπαραγωγής µε αεροστρόβιλο, όσο και µε µηχανή εσωτερικής καύσης. Οι µηχανές πάνω στις οποίες βασίστηκε η µελέτη είναι της εταιρείας Kawasaki (Α/Σ) και της General Electric (ΜΕΚ). Τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά θα παρουσιαστούν παρακάτω. -37-

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΑΠΟ ΟΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 3.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά Μηχανηµάτων Τεχνικά χαρακτηριστικά & Λειτουργία Αεροστροβίλου Kawasaki (GPB15D) Ο αεριοστρόβιλος GPB15D της εταιρείας Kawasaki είναι κατάλληλος για εφαρµογές συµπαραγωγής που απαιτούν παραγωγή θερµικής ενέργειας της τάξης των 3ΜW και ηλεκτρικής ενέργειας 1,5MW, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζεται ως Green Engine, δηλαδή µηχανή σχεδιασµένη για εγκαταστάσεις σε περιοχές που απαιτούν µειωµένες εκποµπές ρύπων, µε µόλις 25ppmv εκποµπές ΝΟx και 50ppmv εκποµπές CO (O 2 =15%) σε πλήρες φορτίο. Τα ονοµαστικά στοιχεία του Α/Σ (3MW th, 1,5MW el ) είναι από τα µικρότερα που κυκλοφορούν στο εµπόριο για τέτοιου είδους εφαρµογές. Ο συγκεκριµένος αεριοστρόβιλος µπορεί να προσφέρει µέχρι 80% περίπου συνολική απόδοση ( E el + Eth ) / E fuel), σε συνθήκες πλήρους φόρτισης, ακόµη και σε ηµέρες µε χαµηλή εξωτερική θερµοκρασία. Παράγοντες που επιδρούν στην ολική απόδοση του συστήµατος και κατ επέκταση στην απαιτούµενη ενέργεια εισόδου (κατανάλωση καυσίµου) για να έχουµε την επιθυµητή έξοδο, είναι η εξωτερική θερµοκρασία περιβάλλοντος και το ποσοστό φόρτισης του στροβίλου. Όσο πιο µεγάλη είναι η θερµοκρασία του αέρα που εισάγεται για την καύση, τόσο ευκολότερη είναι η ανάφλεξη του καυσίµου, µε αποτέλεσµα τα καυσαέρια να εξάγονται σε µεγαλύτερη θερµοκρασία και να αυξάνεται ο βαθµός απόδοσης όσο αφορά τη θερµική ισχύ. Ωστόσο ο ηλεκτρικός βαθµός απόδοσης µειώνεται, χωρίς όµως αυτό να επηρεάζει την ολική απόδοση του συστήµατος, η οποία αυξάνεται µε την αύξηση της θερµοκρασίας του αέρα καύσης. Από την ιστοσελίδα της kawasaki λάβαµε τον παρακάτω πίνακα µε γενικά στοιχεία για την θερµική και ηλεκτρική έξοδο του συστήµατος και τις αποδόσεις του σε συνθήκες πλήρους φόρτισης και σε διαφορετικές θερµοκρασίες του αέρα καύσης. Amb. Temp Electric Output Fuel Consumption Steam Production* Steam Production* Electrical Efficiency Recovery Efficiency Overall Efficiency ο C MW kj x 1000 / hr kilograms / h kj x 1000/h % % % 0 1, , , , , , , , *Contact Kawasaki Application Engineering for site-specific performance * Not for guarantee Πίνακας 3.1: Ονοµαστικά στοιχεία Α/Σ για διάφορες θερµοκρασίες αέρα καύσης Μετά από αίτηση στην ελληνική αντιπροσωπεία της Kawasaki, λήφθηκαν αντίστοιχοι πίνακες µε δεδοµένα για τις ισχύς εξόδου της µηχανής για συνθήκες φόρτισης 100, 75 και 50%. Σηµείωση: Τα δεδοµένα των πινάκων που ακολουθούν, ισχύουν µε τις παρακάτω παραδοχές -38-

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Altitude: 1000m Intake pressure loss: 10mbar Exhaust pressure loss: 25 mbar LHV fuel: 36,10MJ/Nm3 Fuel type: natural gas (100%CH4), (905 BTU/scf) NOx Reduction: Dry Low Emission, NOx: 25 ppm, CO: 50 ppm, VOC: 2.0 ppm Πίνακας 3.2: Παραδοχές υπό τις οποίες ισχύουν τα δεδοµένα του πίνακα 3.3 GPB15D-100% Load Amb. Temperature Fuel Cons. Elec. Power Ex. Gas Thermal Elec. Efficiency (%) ( ο C) (kw) (kw) Power (kw) , , , ,0 Amb. Temperature ( ο C) Gas flow (nm3/h) Air flow (kg/h) Exhaust Gas Mass Flow (kg/s) Exhaust Temperature ( ο C) , , , ,8 559 GPB15D-75% Load Amb. Temperature ( ο C) Fuel Cons. (kw) Elec. Power (kw) Ex. Gas Thermal Power (kw) Elec. Efficiency (%) , , , ,7 Amb. Temperature ( ο C) Gas flow (nm3/h) Air flow (kg/h) Exhaust Gas Mass Flow (kg/s) Exhaust Temperature ( ο C) , , , ,0 482 GPB15D-50% Load Amb. Temperature ( ο C) Fuel Cons. (kw) Elec. Power (kw) Ex. Gas Thermal Power (kw) Elec. Efficiency (%) , , , ,2 Amb. Temperature ( ο C) Gas flow (nm3/h) Air flow (kg/h) Exhaust Gas Mass Flow (kg/s) Exhaust Temperature ( ο C) , , , ,1 417 Πίνακας 3.3: Ηλεκτρική, Θερµική έξοδος και κατανάλωση καυσίµου του αεροστροβίλου σε 50, 75, 100% φορτίο Περισσότερα τεχνικά χαρακτηριστικά και prospects βρίσκονται συνηµµένα στο Παράρτηµα Α. -39-

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται µια τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής, η οποία αποτελείται κυρίως από τον αεροστρόβιλο, τη γεννήτρια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, τον συµπιεστή καυσίµου και τα συστήµατα ψύξης της µηχανής. Στην συγκεκριµένη εφαρµογή συµπαραγωγής που απεικονίζεται, τα καυσαέρια µέσω ενός ρυθµιστή (damper) εισέρχονται σε έναν λέβητα - εναλλάκτη καυσαερίων παραγωγής ατµού (ΗRSG - Heat Recovery Steam Generator). Ο λέβητας παράγει ατµό στην επιθυµητή θερµοκρασία και πίεση µε τη βοήθεια του damper το οποίο µέσω του συστήµατος ελέγχου επιτρέπει συγκεκριµένη ποσότητα καυσαερίων να εισέρθουν σε αυτόν. Η υπόλοιπη ποσότητα καυσαερίων αποβάλλεται απ ευθείας στο περιβάλλον. Τα καυσαέρια που διέρχονται από τον λέβητα, πριν αποβληθούν και αυτά στο περιβάλλον διέρχονται από έναν δεύτερο εναλλάκτη (economizer) στου οποίου το δευτερεύον κύκλωµα ρέει νερό από εξωτερική παροχή και καταλήγει στη δεξαµενή νερού του ατµολέβητα. Ο παραγόµενος ατµός οδηγείται σε έναν συλλέκτη (header) από όπου διακλαδίζεται προς το υπόλοιπο δίκτυο σωληνώσεων. Σχήµα 3.1: Τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής ηλεκτρισµού θερµότητας µε αεροστρόβιλο και εναλλάκτη καυσαερίων παραγωγής ατµού Στην περίπτωση του ΑΠΘ, στον υπάρχοντα συλλέκτη της εγκατάστασης όπου καταλήγουν οι έξοδοι των συµβατικών λεβήτων, δεν κυκλοφορεί ατµός, αλλά νερό θερµοκρασίας 90 o C. Όπως έχουµε προαναφέρει, το νερό αυτό θα έπρεπε να είναι υπέρθερµο βάσει των προδιαγραφών των λεβήτων της υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης, αλλά η αναξιοπιστία του δικτύου σωληνώσεων δεν επιτρέπει τόσο υψηλές θερµοκρασίες. Εποµένως, το σύστηµα διανοµής ατµού που περιγράψαµε παραπάνω δεν µπορεί να εφαρµοστεί στην περίπτωσή µας. Το είδος, ο αριθµός και το σηµείο τοποθέτησης των εναλλακτών που θα τοποθετηθούν, θα εξαρτηθεί από τη µελέτη που θα γίνει για την υπόλοιπη εγκατάσταση. -40-

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Τεχνικά χαρακτηριστικά και λειτουργία M.E.K General Electric JMS 620 Η µηχανή εσωτερικής καύσης τύπου JMS 620 της εταιρείας General Electric είναι µια µηχανή µε ικανότητα απόδοσης περίπου 3MW θερµικής ενέργειας και 3MW ηλεκτρικής ενέργειας. Η µηχανή διαθέτει τέσσερις βαλβίδες ψεκασµού του καυσίµου σε κάθε κύλινδρό της καθώς και έναν κεντρικά τοποθετηµένο προθάλαµο καύσης προηγµένης σχεδίασης που προσφέρει υψηλή ποιότητα καύσης, µε µειωµένες απώλειες και βέλτιστες συνθήκες ανάφλεξης. Η χρήση προθάλαµου καύσης κάνει τη διαδικασία της καύσης πιο αποδοτική και αξιόπιστη, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνονται µειωµένες εκποµπές ρύπων (ΝΟx). Επιπλέον, αέρας και καύσιµο αναµιγνύονται σε χαµηλή πίεση πριν την καύση γεγονός που προσφέρει ένα οµογενοποιηµένο µίγµα, δίνοντας τις κατάλληλες προϋποθέσεις για αποδοτικότερη καύση. Μετά από επικοινωνία µε την αντιπροσωπεία της GE στη Βουλγαρία, λάβαµε κάποια απαραίτητα τεχνικά χαρακτηριστικά που δεν ήταν διαθέσιµα στο διαδίκτυο τα οποία φαίνονται στον Πίνακα 3.4 που ακολουθεί. Load Thermal Output Electrical Output Fuel Consumption 50% 1559 kw 1506 kw 413 Nm3/h (4605 kw) 75% 2399 kw 2281 kw 585 Nm3/h (6523 kw) 100% 3071 kw 3041 kw 757 Nm3/h (8440 kw) Πίνακας 3.4: Απόδοση θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας και κατανάλωση καυσίµου της µηχανής JMS 620 στο 100, 75 και 50% του φορτίου Περισσότερα τεχνικά χαρακτηριστικά της µηχανής βρίσκονται στο παράρτηµα Β. Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται µια τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής ηλεκτρισµού θερµότητας δύο κλάδων µε χρήση µηχανής εσωτερικής καύσης. Σχήµα 3.2: Τυπική εγκατάσταση συµπαραγωγής ηλεκτρισµού θερµότητας δύο κλάδων µε Μ.Ε.Κ. -41-

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Στο σχήµα 3.2 φαίνονται δύο µηχανές εσωτερικής καύσης οι οποίες µε την καύση αερίου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και τροφοδοτούν µε την θερµική ενέργεια των καυσαερίων και του κυκλώµατος ψύξης, έναν θερµικό καταναλωτή. Στο σχήµα φαίνεται το δίκτυο παροχής φυσικού αερίου που τροφοδοτεί τις δύο µηχανές καθώς και τους συµβατικούς λέβητες µε καύσιµο. Το καύσιµο µαζί µε τον αέρα καίγονται δίνοντας κίνηση στους κυλίνδρους των µηχανών και τους άξονες δροµείς των γεννητριών. Οι γεννήτριες µε τη σειρά τους παράγουν ηλεκτρική ενέργεια η οποία διοχετεύεται είτε στα ηλεκτρικά φορτία της εγκατάστασης, είτε στο δίκτυο της ΕΗ όπως στη δική µας περίπτωση. Το θερµικό δίκτυο είναι πιο πολύπλοκο, καθώς αποτελείται από δύο εναλλάκτες θερµότητας για κάθε µηχανή. Η µηχανή αποβάλει θερµότητα τόσο µέσω των καυσαερίων που παράγονται, αλλά και µέσω του συστήµατος ψύξης της. Έτσι ο πρώτος εναλλάκτης δέχεται στο πρωτεύον του κύκλωµα το θερµό ψυκτικό µέσο του συστήµατος ψύξης της µηχανής. Στο δευτερεύον κύκλωµα κυκλοφορεί νερό, το οποίο µόλις διέλθει από τον εναλλάκτη, αυξάνει τη θερµοκρασία του, παίρνοντας θερµότητα από το πρωτεύον κύκλωµα. Σε δεύτερο στάδιο, το ήδη θερµό νερό περνά από το δευτερεύον κύκλωµα ενός εναλλάκτη καυσαερίων. Στο πρωτεύον του εναλλάκτη αυτού διέρχονται τα καυσαέρια από την καύση του φυσικού αερίου. Έτσι το νερό αυξάνει ακόµα περισσότερο τη θερµοκρασία του. Σε τρίτο στάδιο, το νερό αυτό διέρχεται από τους συµβατικούς λέβητες αιχµών που θα προσδώσουν ακόµα περισσότερη ενέργεια στο θερµό νερό. Οι συµβατικοί λέβητες θα µπορούσαν να είναι παράλληλα τοποθετηµένοι µε το σύστηµα συµπαραγωγής µε κοινή έξοδο σε έναν κεντρικό συλλέκτη (Βλέπε σχήµατα 3.3, 3.4). Τέλος, υπάρχει και ένα ενδιάµεσο κύκλωµα (buffer) το οποίο χρησιµεύει στη διατήρηση σταθερής πίεσης στην εγκατάσταση. Το κύκλωµα αυτό δέχεται τις διαστολές - συστολές του νερού λόγω της αύξησης της θερµοκρασίας του και ταυτόχρονα αποτρέπει τη δηµιουργία υποπιέσεων που προκαλούν ατµοποιήσεις στο νερό του δικτύου. Επιπλέον, µέσω του κυκλώµατος αυτού µπορεί να γίνεται πλήρωση των απωλειών του δικτύου µε νερό σε περιπτώσεις διαρροών, εξαερώσεων κτλ. Στα παρακάτω σχήµατα φαίνονται γενικές διατάξεις της εγκατάστασης µε δύο πιθανές περιπτώσεις για τη ροή της θερµότητας. Στο πρώτο σχήµα (Σχήµα 3.3) η εγκατάσταση συµπαραγωγής λειτουργεί παράλληλα µε τους συµβατικούς λέβητες, ενώ στο δεύτερο σχήµα (Σχήµα 3.4) φαίνεται η λειτουργία της εγκατάστασης συµπαραγωγής σε σειρά µε την υπάρχουσα εγκατάσταση. Στα σχήµατα φαίνεται και ένας εναλλάκτης θερµότητας από το κύκλωµα ψύξης της µηχανής ο οποίος υφίσταται µόνο αν η µηχανή είναι ΜΕΚ. -42-

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΠΡΟΣ ΘΕΡΜΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (θερµαντικά σώµατα, εναλλάκτες, ΨΥΚΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) ΑΠΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (θερµαντικά σώµατα, εναλλάκτες, ΨΥΚΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΥ ΝΕΡΟΥ EXHAUST GAS BUFFER FUEL GAS ΛΕΒΗΤΕΣ ELECTRICAL ENERGY Εναλλάκτης Θερµότητας από το ψυκτικό κύκλωµα της µηχανής. Υπάρχει µόνο στις Μ.Ε.Κ., όχι στους αεροστροβίλους Σχήµα 3.3: Τυπική διάταξη συµπαραγωγής µε παράλληλη λειτουργία συµβατικών λεβήτων ΠΡΟΣ ΘΕΡΜΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (θερµαντικά σώµατα, εναλλάκτες, ΨΥΚΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) ΑΠΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (θερµαντικά σώµατα, εναλλάκτες, ΨΥΚΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΥ ΝΕΡΟΥ EXHAUST GAS ΛΕΒΗΤΕΣ FUEL GAS BUFFER FUEL GAS ELECTRICAL ENERGY Εναλλάκτης Θερµότητας από το ψυκτικό κύκλωµα της µηχανής. Υπάρχει µόνο στις Μ.Ε.Κ., όχι στους αεροστροβίλους Σχήµα 3.4: Τυπική διάταξη συµπαραγωγής µε λειτουργία συµβατικών λεβήτων σε σειρά Η διάταξη που θα υλοποιηθεί τελικά καθώς και οι συνθήκες λειτουργίας του συστήµατος (θερµοκρασία, πίεση κ.ά.) θα προκύψουν µετά από συνεκτίµηση πολλών παραγόντων, όπως για παράδειγµα το είδος της µηχανής που θα χρησιµοποιηθεί (αεροστρόβιλος, ΜΕΚ), η χωροταξική διάταξη των µηχανηµάτων, η τροφοδότηση ή µη του ΑΧΕΠΑ και ένα πλήθος τεχνικών και οικονοµικών παραγόντων που θα πρέπει να συνδυαστούν για να δώσουν το βέλτιστο αποτέλεσµα. -43-

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ 3.2 Μεθοδολογία υπολογισµών Κατανάλωσης Καυσίµου Ηλεκτρικής Ενέργειας Θερµικής Ενέργειας - Αποδόσεων Στο σηµείο αυτό θα παρουσιάσουµε τον τρόπο υπολογισµού της κατανάλωσης καυσίµου, της παραγόµενης ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας και τις αποδόσεις για τη λειτουργία της συµπαραγωγής µε αεροστρόβιλο και µε ΜΕΚ. Στη συνέχεια θα συγκεντρώσουµε και θα σχολιάσουµε τα αποτελέσµατα για όλες τις περιπτώσεις Αεροστρόβιλος Κατανάλωση Καυσίµου Mε τη βοήθεια των πινάκων λειτουργίας του αεροστροβίλου, δηµιουργήθηκαν οι καµπύλες κατανάλωσης καυσίµου της συγκεκριµένης µηχανής, σε συνάρτηση µε το ποσοστό φόρτισης και τη θερµοκρασία περιβάλλοντος (θερµοκρασία αέρα καύσης). Για κάθε µία από τις καµπύλες που προέκυψαν (ο τρόπος κατασκευής των καµπυλών περιγράφεται παρακάτω) έγινε και η αντίστοιχη προσέγγιση µε εκθετική συνάρτηση. Στο παρακάτω διάγραµµα φαίνονται µε συνεχόµενη γραµµή οι καµπύλες που προκύπτουν από τα στοιχεία των πινάκων, ενώ µε διακεκοµµένη γραµµή οι εκθετικές συναρτήσεις και η µαθηµατική τους έκφραση µε την οποία προσεγγίζονται οι προηγούµενες. -44-

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Οι πίνακες µας δίνουν την κατανάλωση καυσίµου για τρία επίπεδα φόρτισης και τέσσερις θερµοκρασίες περιβάλλοντος. Εποµένως, για κάθε ένα από τα επίπεδα φόρτισης έχουµε τέσσερα σηµεία στο επίπεδο, µε τεταγµένη την κατανάλωση καυσίµου και τετµηµένη την εξωτερική θερµοκρασία. Με τη βοήθεια των γραφηµάτων του excel δηµιουργούνται τρεις καµπύλες κατανάλωσης καυσίµου, µία για κάθε επίπεδο φόρτισης. Με δοκιµές για τους συντελεστές των εκθετικών συναρτήσεων, δηµιουργήθηκαν και τρεις εκθετικές συναρτήσεις που προσεγγίζουν τις πραγµατικές καµπύλες θ Για 100% φόρτιση της µηχανής, η κατανάλωση καυσίµου είναι KK = e, θ για 75% φόρτιση της µηχανής, η κατανάλωση καυσίµου είναι KK = e, θ για 50% φόρτιση της µηχανής, η κατανάλωση καυσίµου είναι KK = e, όπου θ η θερµοκρασία του περιβάλλοντος σε ο C και ΚΚ η κατανάλωση καυσίµου σε ΜW. Για να είµαστε σε θέση να υπολογίσουµε την κατανάλωση καυσίµου για όλο το έτος, χρειαζόµαστε την ωριαία βάση των θερµοκρασιών περιβάλλοντος, «φιλτραρισµένη» µε τρόπο ώστε να υπάρχει προσαρµογή του θερµικού φορτίου, µε την πραγµατική λειτουργία του στροβίλου (άνω και κάτω όριο λειτουργίας στροβίλου). Όπως περιγράψαµε στα προηγούµενα κεφάλαια, έχουµε δηµιουργήσει, µια βάση δεδοµένων µε τις απαιτήσεις θερµικής ενέργειας του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ, µε βάση την εξωτερική θερµοκρασία περιβάλλοντος και τις µηνιαίες καταναλώσεις καυσίµου (στήλη Γ, πίνακας 3.5). Στη βάση αυτή, εφαρµόστηκαν φίλτρα άνω και κάτω ορίου µε τα οποία µηδενίζονται οι τιµές οι οποίες βρίσκονται εκτός ορίων της λειτουργίας του αεροστροβίλου. ηλαδή δηµιουργείται µια νέα βάση δεδοµένων, η οποία περιγράφει την προσαρµογή του θερµικού φορτίου στη λειτουργία του αεροστροβίλου (στήλη ). Οι οριακές τιµές λειτουργίας της µηχανής ορίστηκαν 4,319MW ως άνω όριο και 1,728MW ως κάτω όριο απόδοσης θερµικής ισχύος. Όταν το θερµικό φορτίο είναι πάνω από το άνω όριο, ο στρόβιλος λειτουργεί στο 100% της δυνατής φόρτισής (άνω όριο) του ενώ ταυτόχρονα λειτουργούν και οι συµβατικοί λέβητες. Όταν το θερµικό φορτίο είναι κάτω από το κάτω όριο ο στρόβιλος σταµατάει να λειτουργεί, ενώ όταν η φόρτιση είναι ανάµεσα στα δύο όρια, ο στρόβιλος λειτουργεί σε κάποιο ποσοστό φόρτισης. Οι τιµές των άνω και κάτω ορίων θερµικής ισχύος λήφθηκαν από τους πίνακες της Kawasaki για λειτουργία στροβίλου µε φόρτιση 100% και εξωτερική θερµοκρασία 0 o C για το άνω όριο και µε φόρτιση 40% για το κάτω όριο, λαµβάνοντας όµως και έναν συντελεστή απόδοσης 90% για τον εναλλάκτη θερµότητας (καυσαέρια-θερµό νερό), αφού στους πίνακες δίνεται η θερµική ισχύς εξόδου των καυσαερίων. άνω _ όριο = 4,799*0,90= 4, 319MW κ άτω _ όριο = 4,799*0,90*0,4 = 1, 728MW -45-

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Α Β Γ Ε Ζ Προσαρµογή Θερµικό Θερµοκρασία Εξ. Θερµικό Φορτίο Θερµικού Φορτίου Φορτίο Περιβάλλοντος ΑΠΘ στην Ισχύ του Α/Σ (%) Α/Α Εφαρµόστηκαν φίλτρα λειτουργίας του ΑΠΘ- µηδενισµός της διαφοράς θερµοκρασίας όταν δεν υπάρχει απαίτηση θέρµανσης Μετά την εύρεση του συντελεστή k και µε τις µηνιαίες καταναλώσεις υπολογίστηκαν όπως περιγράφηκε στο Κεφάλαιο ΙΙ Αν Γ>άνω όριο Τότε =Άνω όριο Αν Γ<κάτω όριο Τότε =0 Αν κάτω όριο<γ<άνω όριο Τότε =Γ Ε= /Άνω Όριο Κατανάλωση Καυσίµου Αν Ε=1 Τότε Ζ=συνάρτ.1 Αν Ε=0 Τότε Ζ=0 Αν Ε<0.75 Τότε Ζ γραµ. παρεµβ στις εκθ.συναρτ. 2,3 Αλλιώς γραµ. παρεµβ. στις εκθ.συναρτ.1,2 Παραδείγµατα 145 9,9 ο C 6,75 MW 4,559 MW 100% 6,641*e -0,0059*5,3 = 6,44 MW ,1 ο C 3,94 MW 3,94 MW 87% Γραµµική Παρεµβολή στις εκθ.συναρτ.1,2 5,39 ΜW ,3 ο C 2,47 MW 2,47 MW 54% Γραµµική Παρεµβολή στις εκθ.συναρτ.2,3 4,47 ΜW ,6 ο C 0 MW 0 MW 0% 0 MW Πίνακας 3.5: Αλγόριθµος και παραδείγµατα για τον υπολογισµό της κατανάλωσης καυσίµου Γνωρίζοντας τη φόρτιση της µηχανής, µπορούµε να υπολογίσουµε µια νέα βάση δεδοµένων που θα περιγράφει την ωριαία κατανάλωση καυσίµου για όλο το έτος, χρησιµοποιώντας τις εκθετικές εξισώσεις που υπολογίστηκαν από την προσέγγιση των καµπυλών κατανάλωσης καυσίµου. ηλαδή, για τις ώρες λειτουργίας της µηχανής, λαµβάνουµε τη θερµοκρασία περιβάλλοντος και µε τη βοήθεια των εκθετικών συναρτήσεων υπολογίζουµε την κατανάλωση καυσίµου. Ανάλογα µε την τάξη µεγέθους της φόρτισης λαµβάνουµε φυσικά την αντίστοιχη εξίσωση. Όταν η φόρτιση της µηχανής είναι ανάµεσα σε δύο όρια, εφαρµόζουµε γραµµική παρεµβολή, όπως φαίνεται στο παρακάτω παράδειγµα. Για φόρτιση 65% και θερµοκρασία περιβάλλοντος 25 ο C, η κατανάλωση καυσίµου, είναι 75% 50% e = 75% 65% e e KK Εποµένως αν θεωρήσουµε ότι για κάθε ώρα το φορτίο είναι σταθερό και άρα η κατανάλωση καυσίµου παραµένει σταθερή, µπορούµε να υπολογίσουµε την απαιτούµενη ενέργεια που πρέπει να εκλυθεί κατά την καύση του καυσίµου για κάθε ώρα και κατ επέκταση για όλο τη χρονιά. -46-

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Από την ωριαία βάση κατανάλωσης καυσίµου, αθροίζοντας τις επιµέρους ισχύς για κάθε ώρα προκύπτει συνολική κατανάλωση καυσίµου για όλο το έτος. Στο σηµείο αυτό, πρέπει να αναφέρουµε ότι η ωριαία βάση που περιγράφει τη λειτουργία του στροβίλου (στήλη ) δείχνει πολλά αναβοσβησίµατα της µηχανής πράγµα που προφανώς δεν είναι υλοποιήσιµο. Για παράδειγµα δεν είναι δυνατό να λειτουργεί η µηχανή για τρεις ώρες, να σταµατάει για µια ώρα εξαιτίας της αύξησης της εξωτερικής θερµοκρασίας και άρα την πτώση του θερµικού φορτίου και στη συνέχεια να εκκινεί και πάλι (τα όρια θερµοκρασίας που παύει η ανάγκη λειτουργίας της εγκατάστασης έχουν οριστεί παραµετρικά). Στις περιπτώσεις αυτές η εγκατάσταση δεν θα σταµατά να λειτουργεί. Ωστόσο τα δεδοµένα που χάνουµε θα µπορούσαν να αντισταθµιστούν από το γεγονός ότι η εγκατάσταση αρκετές φορές θα χρειαστεί να σταµατήσει τη λειτουργία της εξαιτίας εξωτερικών παραγόντων, όπως είναι το ηλεκτρικό δίκτυο. Η αστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου (πχ τάση εκτός ορίων) µπορεί να προκαλέσει τη διακοπή της διασύνδεσης και εποµένως τη διακοπή ή απλά τη µείωση της λειτουργίας της συµπαραγωγής. Επιπλέον, πρέπει να παρατηρήσουµε ότι από τη συνολική κατανάλωση λείπει η ποσότητα καυσίµου που απαιτείται κατά την εκκίνηση του συστήµατος. Σε κάθε εκκίνηση της µηχανής, µέχρι να επιτευχθεί η λειτουργία σε συνθήκες κατάλληλες για τη διασύνδεση τόσο µε το ηλεκτρικό δίκτυο, όσο και το δίκτυο θέρµανσης, απαιτούνται λίγα λεπτά (της τάξης των 10-15) στα οποία το σύστηµα καταναλώνει καύσιµο χωρίς να αποδίδει θερµική και ηλεκτρική ισχύ. Τα ακριβή στοιχεία κατανάλωσης καυσίµου κατά την εκκίνηση του συστήµατος, εξαιτίας του ανταγωνισµού και της µικρής αγοράς τέτοιου είδους µηχανών, η εταιρεία δεν µας τα παραχώρησε. Επίσης, το µέγεθος αυτό εξαρτάται και από την προηγούµενη κατάσταση της µηχανής (ψυχρή / θερµή εκκίνηση). Ωστόσο, µε τη χρήση µακροεντολών υπολογίστηκε ο αριθµός των εκκινήσεων του συστήµατος, δηλαδή οι καταστάσεις που από µηδενική κατανάλωση πάµε σε µη µηδενική κατανάλωση. Υποθέτοντας ότι η κατανάλωση καυσίµου κατά την εκκίνηση είναι το 25% της κατανάλωσης στην πρώτη ώρα λειτουργίας µετά την εκκίνηση (µε τη λογική ότι απαιτείται ένα τέταρτο της ώρας για την εκκίνηση), υπολογίζουµε προσεγγιστικά και την κατανάλωση καυσίµου κατά την εκκίνηση Παραγωγή Θερµικής Ενέργειας Η θερµική ισχύς που παράγει ο ΑΣ είναι εύκολο να υπολογιστεί, αφού όπως περιγράψαµε στην προηγούµενη παράγραφο, για να υπολογιστεί η κατανάλωση καυσίµου χρειάστηκε να γίνει η προσαρµογή της λειτουργίας του στροβίλου στο φορτίο. ηλαδή η βάση δεδοµένων µε την απόδοση θερµικής ισχύος του στροβίλου έχει ήδη υπολογιστεί (στήλη, Πίνακας 3.5). Αρκεί η άθροιση όλων των στοιχείων της βάσης, για να βρεθεί η ετήσια παραγωγή θερµικής ισχύος από το σύστηµα συµπαραγωγής. -47-

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Για τον υπολογισµό της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία µε τον υπολογισµό της κατανάλωσης καυσίµου. Αρχικά κατασκευάστηκαν οι καµπύλες παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος ως προς το ποσοστό φόρτισης του στροβίλου και την θερµοκρασία περιβάλλοντος. Οι καµπύλες αυτές φαίνονται στο παρακάτω διάγραµµα, µαζί µε τις µαθηµατικές εξισώσεις των καµπυλών που τις προσεγγίζουν. Έχοντας ως αναφορά την βάση δεδοµένων που περιγράφει την ωριαία φόρτιση του αεροστροβίλου (στήλη Ε, Πίνακας 3.5), υπολογίστηκε µια νέα βάση δεδοµένων που περιγράφει την ωριαία παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιµοποιώντας τις εκθετικές εξισώσεις που υπολογίστηκαν από την προσέγγιση των καµπυλών παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας θ Για 100% φόρτιση, η παραγόµενη ηλεκτρική ισχύς είναι Ηλ _ Ισχ = e, θ για 75% φόρτιση, η παραγόµενη ηλεκτρική ισχύς είναι Ηλ _ Ισχ = 1.21 e, για 50% φόρτιση, η παραγόµενη ηλεκτρική ισχύς είναι 0.009θ Ηλ _ Ισχ = e, όπου θ η θερµοκρασία του περιβάλλοντος σε ο C και Ηλ_Ισχ η παραγόµενη ισχύς σε ΜW. Όταν η φόρτιση της µηχανής είναι ανάµεσα σε δύο όρια, εφαρµόζουµε γραµµική παρεµβολή. Θεωρώντας ότι για κάθε ώρα το φορτίο είναι σταθερό και άρα η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παραµένει σταθερή, υπολογίστηκε η συνολική ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται κάθε ώρα και κατ επέκταση όλη τη χρονιά. Αθροίζοντας τις επιµέρους ισχύς για κάθε ώρα προκύπτει η ετήσια ηλεκτροπαραγωγή. -48-

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΜΕΚ Κατανάλωση Καυσίµου Mε τη βοήθεια των στοιχείων του πίνακα 3.4 µπορούν να δηµιουργηθούν οι καµπύλες κατανάλωσης καυσίµου, παραγωγής θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας σε συνάρτηση µε το ποσοστό φόρτισης της µηχανής JMS620. Σε αντίθεση µε τους στροβίλους, η θερµοκρασία περιβάλλοντος δεν επηρεάζει σε µεγάλο ποσοστό την καύση και εποµένως ούτε τα µεγέθη που µας ενδιαφέρουν. Για κάθε µία από τις καµπύλες που προέκυψαν έγινε και η αντίστοιχη προσέγγιση µε γραµµική συνάρτηση, καθώς η εκθετική προσέγγιση δεν είναι τόσο ακριβής όσο η γραµµική στην περίπτωση αυτή. Στο παρακάτω διάγραµµα φαίνεται µε συνεχόµενη γραµµή η καµπύλη που προκύπτει από τα στοιχεία του πίνακα, ενώ µε διακεκοµµένη γραµµή η γραµµική συνάρτηση και η µαθηµατική της έκφραση µε την οποία προσεγγίζεται η προηγούµενη. Με δοκιµές για τους συντελεστές της προσεγγιστικής γραµµικής συνάρτησης, βρέθηκε η εξίσωσή της, µε τη βοήθεια της οποίας θα γίνουν οι αναλυτικοί υπολογισµοί. KK = 0,0767 p+ 0,77 όπου p το ποσοστό φόρτισης (%) και ΚΚ η κατανάλωση καυσίµου σε ΜW. Για να υπολογίσουµε την κατανάλωση καυσίµου για όλο το έτος, θα ακολουθήσουµε την ίδια διαδικασία µε τον υπολογισµό της κατανάλωσης καυσίµου στην περίπτωση του αεροστροβίλου. ηµιουργούµε αρχικά µια νέα βάση δεδοµένων, η οποία περιγράφει την προσαρµογή του θερµικού φορτίου στη λειτουργία της µηχανής. Οι οριακές τιµές λειτουργίας της µηχανής ορίστηκαν 3,07MW ως άνω όριο και 1,228MW ως κάτω όριο απόδοσης θερµικής ισχύος. Όταν το θερµικό φορτίο είναι πάνω από το άνω όριο, η µηχανή λειτουργεί στο 100% της δυνατής φόρτισής της ενώ ταυτόχρονα λειτουργούν και οι συµβατικοί λέβητες. Όταν το θερµικό φορτίο -49-

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ είναι κάτω από το κάτω όριο η µηχανή σταµατάει να λειτουργεί, ενώ όταν η φόρτιση είναι ανάµεσα στα δύο όρια, η µηχανή λειτουργεί σε κάποιο ποσοστό φόρτισης. Οι τιµές των άνω και κάτω ορίων θερµικής ισχύος λήφθηκαν από τους πίνακες της General Electric για λειτουργία µε φόρτιση 100% για το άνω όριο και µε φόρτιση 40% για το κάτω όριο. Στην περίπτωση αυτή δεν λαµβάνουµε συντελεστή απόδοσης για τους εναλλάκτες θερµότητας γιατί στους πίνακες δίνεται η θερµική ισχύς στην έξοδο του συστήµατος, δηλαδή στο φορτίο. Έχοντας υπολογίσει τη φόρτιση της µηχανής, µπορούµε να υπολογίσουµε µια νέα βάση δεδοµένων που θα περιγράφει την ωριαία κατανάλωση καυσίµου για όλο το έτος, χρησιµοποιώντας την προσεγγιστική γραµµική συνάρτηση που υπολογίστηκε από την προσέγγιση της πραγµατικής καµπύλης κατανάλωσης καυσίµου. Εποµένως αν θεωρήσουµε ότι για κάθε ώρα το φορτίο είναι σταθερό και άρα η κατανάλωση καυσίµου παραµένει σταθερή, µπορούµε να υπολογίσουµε την απαιτούµενη ενέργεια που πρέπει να εκλυθεί κατά την καύση του καυσίµου για κάθε ώρα και κατ επέκταση για όλη τη χρονιά. Από την ωριαία βάση κατανάλωσης καυσίµου, αθροίζοντας τις επιµέρους ισχύς για κάθε ώρα προκύπτει η συνολική ετήσια κατανάλωση καυσίµου. Όπως και για το στρόβιλο, έτσι και για τη Μ.Ε.Κ. πρέπει να αναφέρουµε ότι η ωριαία βάση που περιγράφει τη λειτουργία της µηχανής δείχνει πολλά αναβοσβησίµατα πράγµα που προφανώς δεν είναι υλοποιήσιµο. Για παράδειγµα δεν είναι δυνατό να λειτουργεί η µηχανή για τρεις ώρες, να σταµατάει για µια ώρα εξαιτίας της αύξησης της εξωτερικής θερµοκρασίας και άρα την πτώση του θερµικού φορτίου και στη συνέχεια να εκκινεί και πάλι. Στις περιπτώσεις αυτές η εγκατάσταση δεν θα σταµατά να λειτουργεί. Ωστόσο αυτό θα µπορούσε να αντισταθµιστεί από το γεγονός ότι η εγκατάσταση αρκετές φορές θα χρειαστεί να σταµατήσει τη λειτουργία της εξαιτίας εξωτερικών παραγόντων, όπως είναι το ηλεκτρικό δίκτυο. Η αστάθεια του ηλεκτρικού δικτύου (πχ τάση εκτός ορίων) µπορεί να προκαλέσει τη διακοπή της διασύνδεσης και εποµένως τη διακοπή ή απλά τη µείωση της λειτουργίας της συµπαραγωγής. Επιπλέον, πρέπει να παρατηρήσουµε ότι από τη συνολική κατανάλωση λείπει η ποσότητα καυσίµου που απαιτείται κατά την εκκίνηση του συστήµατος. Σε κάθε εκκίνηση της µηχανής, µέχρι να επιτευχθεί η λειτουργία σε συνθήκες κατάλληλες για τη διασύνδεση τόσο µε το ηλεκτρικό δίκτυο, όσο και το δίκτυο θέρµανσης, απαιτούνται λίγα λεπτά (της τάξης των 10-15) στα οποία το σύστηµα καταναλώνει καύσιµο χωρίς να αποδίδει θερµική και ηλεκτρική ισχύ. Τα ακριβή στοιχεία κατανάλωσης καυσίµου κατά την εκκίνηση του συστήµατος, εξαιτίας του ανταγωνισµού και της µικρής αγοράς τέτοιου είδους µηχανών, η εταιρεία δεν µας τα παραχώρησε. Ωστόσο, µε τη χρήση µακροεντολών υπολογίστηκε ο αριθµός των εκκινήσεων του συστήµατος. Υποθέτοντας ότι η κατανάλωση καυσίµου κατά την εκκίνηση είναι το 25% της κατανάλωσης στην πρώτη ώρα λειτουργίας µετά την εκκίνηση (µε τη λογική ότι απαιτείται ένα τέταρτο της ώρας για την εκκίνηση), υπολογίζουµε προσεγγιστικά και την κατανάλωση καυσίµου κατά την εκκίνηση Παραγωγή Θερµικής Ενέργειας Η θερµική ισχύς που παράγεται από τη µηχανή είναι εύκολο να υπολογιστεί, αφού όπως περιγράψαµε στην προηγούµενη παράγραφο, για να υπολογιστεί η κατανάλωση καυσίµου χρειάστηκε να γίνει η προσαρµογή της λειτουργίας της µηχανής στο φορτίο. Αρκεί η άθροιση όλων των στοιχείων της βάσης, για να βρεθεί η ετήσια παραγωγή θερµικής ισχύος από το σύστηµα συµπαραγωγής. -50-

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Για τον υπολογισµό της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία µε τον υπολογισµό της κατανάλωσης καυσίµου. Αρχικά κατασκευάστηκε η καµπύλη παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος ως προς το ποσοστό φόρτισης της µηχανής και η καµπύλη µε τη γραµµική προσέγγιση της πρώτης. Η καµπύλη αυτή φαίνεται στο παρακάτω διάγραµµα. Έχοντας ως αναφορά την βάση δεδοµένων που περιγράφει την ωριαία φόρτιση της µηχανής, υπολογίστηκε µια νέα βάση δεδοµένων που περιγράφει την ωριαία παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιµοποιώντας την εξίσωση που υπολογίστηκε από την προσέγγιση της καµπύλης παραγόµενης ηλεκτρικής ισχύος. ΗΠ = 0,0304 p + 0,001 όπου p το ποσοστό φόρτισης (%) και ΗΠ η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ΜW. Θεωρώντας ότι για κάθε ώρα το φορτίο είναι σταθερό και άρα η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παραµένει σταθερή, υπολογίστηκε η συνολική ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται κάθε ώρα και κατ επέκταση όλη τη χρονιά. Αθροίζοντας τις επιµέρους ισχύς για κάθε ώρα προκύπτει η ετήσια ηλεκτροπαραγωγή. -51-

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Απόδοση συστήµατος Με δεδοµένα τα µεγέθη των προηγούµενων υπολογισµών, υπολογίζονται οι συντελεστές απόδοσης της εγκατάστασης σύµφωνα µε τους παρακάτω τύπους. Θερµική Απόδοση: η th Θερµική _ Ενέργεια = Κατανάλωση _ Καυσ ίµου Ηλεκτρική Απόδοση: η el Ηλεκτρική _ Ενέργεια = Κατανάλωση _ Καυσ ίµου Ολική Απόδοση: η ολικο = η th + η el Ηλεκτρική _ Ενέργεια Λόγος Ηλεκτρισµού Θερµότητας : Θερµική _ Ενέργεια Ο λόγος ηλεκτρισµού προς θερµότητα σύµφωνα µε το Παράρτηµα ΙΙ της Directive_8_2004_el έχει πρότυπη τιµή 0,55 για συστήµατα συµπαραγωγής µε αεροστρόβιλο. Εξοικονόµηση Πρωτογενούς Ενέργειας: PES = 1 ηel Re f ηel 1 ηth + Re f ηth Όπου Ref ηel και Ref ηth είναι οι τιµές αναφοράς για τη χωριστή παραγωγή ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας αντίστοιχα, σύµφωνα µε την απόφαση Ε(2006) 6817 της 21ης εκεµβρίου 2006 της ΕΕ. Ο συντελεστής Ref ηel υπολογίζεται λαµβάνοντας υπόψη τόσο τις κλιµατικές συνθήκες για την Ελλάδα (Παράρτηµα ΙΙΙ απόφασης Ε(2006) 6817), όσο και τους διορθωτικούς συντελεστές για αποτρεπόµενες απώλειες στο διασυνδεδεµένο ηλεκτρικό δίκτυο. Έτσι, µε µέση ετήσια θερµοκρασία Ελλάδος 19,7 o C (πηγή: ΕΜΥ) το ποσοστό αναφοράς 52,5% (Παράρτηµα Ι απόφασης Ε(2006) 6817), µειώνεται κατά 0,47%. Επιπλέον, ο συντελεστής που προκύπτει λαµβάνεται κατά ποσοστό 94,5% σύµφωνα µε το παράρτηµα ΙV της απόφασης Ε(2006) 6817 (διορθωτικός συντελεστής για αποτρεπόµενες απώλειες στο διασυνδεδεµένο ηλεκτρικό δίκτυο). Re = (52,5 0,47) * 0,945= 49,17% f η el Η εξοικονόµηση πρωτογενούς ενέργειας είναι ένας δείκτης ο οποίος δείχνει αν η εγκατάσταση συµπαραγωγής µπορεί να χαρακτηριστεί ως συµπαραγωγή υψηλής απόδοσης. Αν από το δείκτη προκύψει εξοικονόµηση πρωτογενούς ενέργειας πάνω από 10%, η συµπαραγωγή χαρακτηρίζεται ως υψηλής απόδοσης. -52-

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ 3.3 Συγκεντρωτικός Πίνακας αποτελεσµάτων Μεγέθη Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΕΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ Κατανάλωση Καυσίµου [MWh / έτος] , , , ,11 Θερµική Ενέργεια [MWh / έτος] , , , ,24 Ηλεκτρική Ενέργεια [MWh / έτος] 4.349, , , ,78 Ηλεκτρική Απόδοση [%] 23,33 23,41 22,96 23,00 Θερµική Απόδοση [%] 66,77 67,13 65,81 66,00 Ολική Απόδοση [%] 90,10 90,54 88,77 89,00 Λόγος Ηλεκτρισµού Θερµότητας 0,3494 0,3487 0,3489 0,3485 Εξοικονόµηση Πρωτογενούς Ενέργειας 22,41 22,77 21,22 21,43 [%] Πίνακας 3.6: Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση του αεροστροβίλου Από τον πίνακα µε τα αποτελέσµατα παρατηρούµε ότι στην περίπτωση του ΑΠΘ, είτε µε το κεντρικό λεβητοστάσιο µόνο του είτε και µε τα µικρότερα λεβητοστάσια τα αποτελέσµατα δεν διαφέρουν πολύ. Προφανώς, µε την αύξηση των φορτίων αυξάνεται η κατανάλωση καυσίµου και η παραγόµενη ηλεκτρική και θερµική ενέργεια, αφήνοντας όµως τις αποδόσεις ουσιαστικά ανεπηρέαστες. Το ίδιο συµβαίνει και στις δύο τελευταίες περιπτώσεις που το ΑΧΕΠΑ ενσωµατώνεται στα φορτία της συµπαραγωγής. Οι µόνες αλλαγές που υπάρχουν σε αυτές τις περιπτώσεις οφείλονται στα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ που όπως είπαµε δεν επηρεάζουν τα αποτελέσµατα. Όταν το ΑΧΕΠΑ συµπεριληφθεί στα φορτία της συµπαραγωγής παρατηρείται µεγάλη αλλαγή (σε σχέση µε το ΑΠΘ µόνο του) στην κατανάλωση καυσίµου και στην ηλεκτρική και θερµική ενέργεια που παράγεται καθώς το λεβητοστάσιο του ΑΧΕΠΑ είναι µεγάλης ισχύος. Στις περιπτώσεις αυτές βέβαια έχουµε µείωση του βαθµού απόδοσης κατά 1-2% αν και ασφαλή συµπεράσµατα µπορούµε να βγάλουµε µόνο µετά την εξέταση των οικονοµικών στοιχείων. -53-

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Μεγέθη Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΜΕΚ Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ Κατανάλωση Καυσίµου [MWh / έτος] , , , ,51 Θερµική Ενέργεια [MWh / έτος] 9.258, , , ,82 Ηλεκτρική Ενέργεια [MWh / έτος] 9.167, , , ,09 Ηλεκτρική Απόδοση [%] 35,78 35,81 35,68 35,68 Θερµική Απόδοση [%] 36,14 36,16 36,03 36,03 Ολική Απόδοση [%] 71,92 71,97 71,71 71,71 Λόγος Ηλεκτρισµού Θερµότητας 0,9902 0,9902 0,9903 0,9903 Εξοικονόµηση Πρωτογενούς Ενέργειας 14,42 14,47 14,16 14,17 [%] Πίνακας 3.7: Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση της ΜΕΚ Παρατηρούµε ότι και στην περίπτωση της ΜΕΚ ισχύουν τα ίδια πράγµατα µε την περίπτωση του αεροστροβίλου. Αυτό που προκαλεί εντύπωση είναι η µεγάλη διαφορά στον συνολικό βαθµό απόδοσης του συστήµατος µε ΜΕΚ σε σχέση µε την απόδοση του αεροστροβίλου. Η απόδοση µε ΜΕΚ αγγίζει µόλις το 71% σε αντίθεση µε το 90% του αεροστροβίλου. Η ΜΕΚ καταναλώνει πολύ περισσότερο καύσιµο από τον αεροστρόβιλο, παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια αλλά λιγότερη θερµική, πράγµα που φαίνεται και από τους αντίστοιχους βαθµούς απόδοσης. Το γεγονός αυτό φαίνεται και από τον δείκτη της εξοικονόµησης πρωτογενούς ενέργειας που στην περίπτωση της ΜΕΚ είναι της τάξης του 14% ενώ στον αεροστρόβιλο ξεπερνάει το 22%. -54-

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ 3.4 Εκποµπές Ρύπων - Περιβαλλοντικά Οφέλη Το παρακάτω κείµενο αποτελεί τµήµα άρθρου της φοιτητικής εφηµερίδας του Πανεπιστηµίου Πειραιώς: «Θα καταφέρουµε να συγκρατήσουµε τις εκποµπές ή θα "αγοράσουµε" δικαιώµατα ρύπανσης;» Η Ελλάδα είναι µια χώρα από τις τελευταίες στην E.E. σε παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας, έχοντας ωστόσο τις µεγαλύτερες στον κοινοτικό χώρο εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα ανά µονάδα εθνικού προϊόντος. O ρυθµός αύξησης των εκποµπών του διοξειδίου του άνθρακα είναι µεγαλύτερος του ρυθµού µεγέθυνσης της ελληνικής οικονοµίας. Mε αποτέλεσµα, αν το 1970 παρήγαµε 22 εκατ. τόνους διοξειδίου του άνθρακα, το 1990 να παράγουµε 85,5 εκατ. τόνους, το 1996 σχεδόν 90 εκατ. τόνους και σήµερα να ξεπερνάµε τα 108 εκατ. τόνους αερίου, ενώ οι συνολικές εκποµπές και των έξι αερίων του θερµοκηπίου αγγίζουν τα 135 εκατ. τόνους. Για τις εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα (που αποτελούν το 80,6% των συνολικών ρύπων στην Ελλάδα, ενώ το µεθάνιο συµµετέχει µε 7,9%, το υποξείδιο του αζώτου µε 8,2% και οι τρεις χλωροφθοράνθρακες µε το υπόλοιπο 3,3%) ευθύνεται κατά κύριο λόγο η καύση ορυκτών καυσίµων. Στη χώρα µας, την κύρια ευθύνη για τα εκατοµµύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα που εκλύονται στην ατµόσφαιρα, φέρει η ηλεκτροπαραγωγή (εξάλλου, η ηλεκτροπαραγωγή ευθύνεται σηµαντικά για τις εκποµπές µεθανίου και υποξειδίου του αζώτου). H συµµετοχή της στις εκποµπές διοξειδίου του άνθρακα αυξήθηκε εντυπωσιακά την τελευταία 30ετία (από 32% το 1970 σε άνω του 51% σήµερα) λόγω της αύξησης της ενεργειακής ζήτησης (ταχύτερη από όλες τις χώρες της κοινότητας) που ικανοποιείται σε αυξανόµενο βαθµό από ηλεκτρισµό που παράγεται, επίσης σε αυξανόµενο βαθµό, από τον φτωχό ενεργειακά και ρυπογόνο περιβαλλοντικά λιγνίτη. Η E.E. έχει δεσµευτεί, βάσει του άρθρου 4 του Πρωτοκόλλου του Kιότο, για µείωση των εκποµπών της κατά 8% την περίοδο Στο εσωτερικό της E.E., κάθε χώρα-µέλος ανέλαβε µε συµφωνία που επικυρώθηκε οµόφωνα τον Απρίλιο του 2002, τη δική της επιµέρους υποχρέωση. Έτσι, αν για παράδειγµα το Λουξεµβούργο δεσµεύτηκε για µια µείωση της τάξης του -28%, η Γερµανία -21%, η Ιταλία -6,5%, η Ελλάδα δεσµεύτηκε να συγκρατήσει τις εκποµπές στο +25%. "Αν δεν πάρουµε κανένα άλλο µέτρο πέρα από αυτά που έχουµε λάβει έως τώρα", λέει ο πρόεδρος του Αστεροσκοπείου κ. ηµήτρης Λάλας, "οι εκποµπές του αερίων του θερµοκηπίου θα φτάσουν το +39% έως το Mε τα µέτρα που προτείνουµε εµείς η αύξηση θα συγκρατηθεί στο +24%". Το εξωτερικό (περιβαλλοντικό, κοινωνικό) όφελος που θα έχουµε αν συγκρατήσουµε τις εκποµπές των αερίων του θερµοκηπίου σ' αυτά τα επίπεδα ανέρχεται, σύµφωνα µε τις εκτιµήσεις µας, στα 802 εκατ. δολ. το χρόνο. Οι επενδύσεις που απαιτούνται για την υλοποίηση αυτών των µέτρων είναι 7,7 δισ. δολ. Από το ποσό αυτό, περίπου το 40% θα το επενδύαµε σε µέτρα που θα λαµβάναµε έτσι κι αλλιώς, ανεξαρτήτως θετικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων", σηµειώνει ο κ. Λάλας και συνεχίζει: "Eίναι νόµος του κράτους να συγκρατήσουµε την αύξηση στο +25%. Kάποια από τα προτεινόµενα µέτρα έχουν αρχίσει να εφαρµόζονται (µε τις γνωστές καθυστερήσεις, τα λειτουργικά, διοικητικά, γραφειοκρατικά προβλήµατα) και η απόδοσή τους θα αρχίσει να γίνεται ορατή µετά το Τώρα, αν δεν καταφέρουµε να συγκρατήσουµε την αύξηση στο +25%, θα πρέπει να αγοράσουµε δικαιώµατα ρύπανσης από κάποια άλλη χώρα". -55-

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ικαιώµατα ρύπανσης Aν αγοράσουµε δικαιώµατα για το σύνολο των εκποµπών, θα πρέπει να δαπανούµε περί τα 351 εκατ. δολάρια το χρόνο (προς 30 δολ. τον τόνο). Ήδη, εντός E.E., το ζήτηµα των δικαιωµάτων "λύθηκε" µε το ενιαίο διεθνές σύστηµα εξαγοράς ατµοσφαιρικών ρύπων, το οποίο συµφώνησαν πρόσφατα οι υπουργοί Περιβάλλοντος των χωρών-µελών. (Πωλητές δικαιωµάτων ρύπανσης είναι συνήθως οι πρώην ανατολικές χώρες που τελούν σε φάση αποβιοµηχάνισης και αγοραστές χώρες που µηδενίζουν την αύξηση των εκποµπών µόνο στα χαρτιά και στην πραγµατικότητα αυξάνουν ραγδαία τους ρύπους, όπως η Αυστραλία, η πιο σκληρή αντίπαλος κάθε πολιτικής µείωσης - επιδοτεί τις πιο ρυπογόνες βιοµηχανίες µε 4,5 δισ. δολ. το χρόνο.) Της Τασούλας Καραϊσκάκη Τα παραπάνω στοιχεία αποδεικνύουν την άκρως επιτακτική ανάγκη για µείωση των εκποµπών αερίων του θερµοκηπίου τόσο από περιβαλλοντική όσο και από οικονοµική άποψη. Στους παρακάτω πίνακες φαίνεται η απογραφή των ρύπων για το έτος (πηγή Πίνακας 3.8: Απογραφή ρύπων για το

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ Για κάθε µία από τις περιπτώσεις που µελετάµε θα υπολογίσουµε τη συνολική ποσότητα εκποµπών CO 2 καθώς και το λόγο των εκποµπών CO 2 προς το σύνολο της ηλεκτροπαραγωγής. Κατά την καύση ενός καυσίµου, ανάλογα µε την περιεκτικότητα του καυσίµου σε άνθρακα, παράγεται αντίστοιχη ποσότητα CO 2. Για παράδειγµα κατά την καύση της βενζίνης παράγονται 0,27 kg CO2 ανά kwh ενέργειας που εκλύεται από την καύση. Για το πετρέλαιο το αντίστοιχο µέγεθος είναι 0,24 kg CO2 / kwh, ενώ για το φυσικό αέριο 0,23 kg CO2 / kwh. (πηγή Εποµένως για κάθε περίπτωση, γνωρίζοντας την ενέργεια που παράγεται από την καύση του φυσικού αερίου, υπολογίζουµε την ποσότητα CO 2 που εκλύεται στο περιβάλλον. ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Α/Σ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 4.287,51 τόνοι CO 2 / έτος 0,9949 τόνοι CO 2 / MWh 0,2565 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) Α/Σ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 4.455,94 τόνοι CO 2 / έτος 1,0340 τόνοι CO 2 / MWh 0,2456 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ Α/Σ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 5.397,50 τόνοι CO 2 / έτος 1,0018 τόνοι CO 2 / MWh 0,2586 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ Α/Σ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 5.475,63 τόνοι CO 2 / έτος 0,9998 τόνοι CO 2 / MWh 0,2584 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) ΜΕΚ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 5.892,56 τόνοι CO 2 / έτος 0,6427 τόνοι CO 2 / MWh 0,3198 τόνοι CO 2 / MWh -57-

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) ΜΕΚ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 6.072,81 τόνοι CO 2 / έτος 0,6423 τόνοι CO 2 / MWh 0,3196 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο)& ΑΧΕΠΑ ΜΕΚ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 7.758,24 τόνοι CO 2 / έτος 0,6446 τόνοι CO 2 / MWh 0,4975 τόνοι CO 2 / MWh ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ ΜΕΚ Συνολικές εκποµπές CO2 : Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική ενέργεια: Λόγος εκποµπών / παραγόµενη ηλεκτρική & θερµική ενέργεια: 7.844,26 τόνοι CO 2 / έτος 0,6446 τόνοι CO 2 / MWh 0,4975 τόνοι CO 2 / MWh Αυτό που µπορούµε εύκολα να παρατηρήσουµε είναι ότι σε οποιαδήποτε περίπτωση εξασφαλίζουµε µειωµένες εκποµπές CO 2 ανά µονάδα παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση µε τις ήδη εγκατεστηµένες µονάδες ηλεκτροπαραγωγής (Πίνακας Γ). Ωστόσο, παρατηρούµε ότι αν λάβουµε υπόψη µας µόνο την ηλεκτροπαραγωγή, οι υπάρχουσες µονάδες φυσικού αερίου είναι λιγότερο ρυπογόνες από τις µηχανές που επιλέξαµε. Από τις υπάρχουσες µονάδες ηλεκτροπαραγωγής µε άλλα καύσιµα, οι µηχανές που επιλέξαµε υπερτερούν. Επίσης, ο αεριοστρόβιλος συγκριτικά µε τη ΜΕΚ εµφανίζει λιγότερους ρύπους, λαµβάνοντας υπόψη της συνολική παραγωγή ενέργειας (ηλεκτρική και θερµική). Για την περίπτωση του αεροστροβίλου, η Kawasaki δίνει στοιχεία και για τις εκποµπές NOx και CO, µε τις εκποµπές να φτάνουν τα 25ppm για το NOx, τα 50ppm για το CO και τα 2ppm για VOC. Για να αντιστοιχίσουµε τα ποσοστά αυτά σε πραγµατικές µονάδες θα πρέπει να γνωρίζουµε τον συνολικό όγκο τον καυσαερίων που αποβάλλονται. Η Kawasaki για τη συγκεκριµένη µηχανή, δίνει όγκο καυσαερίων m 3 /h σε πλήρες φορτίο. Επειδή δεν έχουµε στοιχεία για φορτίο 50 και 75%, θα υπολογίσουµε τον ετήσιο όγκο των αερίων σαν η µηχανή να λειτουργούσε υπό φορτίο 100% όλο το χρόνο (για τις ώρες που έχουµε υπολογίσει). -58-

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙΙΙ ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) Α/Σ Ώρες λειτουργίας: Όγκος καυσαερίων : Όγκος NOx : Όγκος CO : Όγκος VOC : 3039 h / έτος 68,6814 * 10 6 m 3 / έτος 1.717,04 m 3 / έτος 3.434,07 m 3 / έτος 137,36 m 3 / έτος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) Α/Σ Ώρες λειτουργίας: Όγκος καυσαερίων : Όγκος NOx : Όγκος CO : Όγκος VOC : 3128h / έτος 70,6928 * 10 6 m 3 / έτος 1.767,32 m 3 / έτος 3.534,64 m 3 / έτος 141,39 m 3 / έτος ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ Α/Σ Ώρες λειτουργίας: Όγκος καυσαερίων : Όγκος NOx : Όγκος CO : Όγκος VOC : 3985 h / έτος 90,061 * 10 6 m 3 / έτος 2.251,53 m 3 / έτος 4.503,05 m 3 / έτος 180,12 m 3 / έτος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ Α/Σ Ώρες λειτουργίας: Όγκος καυσαερίων : Όγκος NOx : Όγκος CO : Όγκος VOC : 4021h / έτος 90,8746 * 10 6 m 3 / έτος 2.271,87 m 3 / έτος 4.543,73 m 3 / έτος 181,75 m 3 / έτος -59-

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 4.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό, θα γίνει η οικονοµική σύγκριση και αξιολόγηση της εγκατάστασης συµπαραγωγής για όλες τις υπό µελέτη περιπτώσεις που έχουµε αναφέρει. Εισαγωγικά αναφέρουµε ότι η οικονοµική αξιολόγηση µιας επένδυσης είναι ζήτηµα πολύπλοκο και πολυδιάστατο και αποτελεί από µόνο του ολόκληρη επιστήµη, ενώ την εξαγωγή αξιόπιστων και ασφαλών αποτελεσµάτων απαιτείται συνεχής παρακολούθηση των νοµικών πλαισίων φορέων όπως το κράτος και η Ευρωπαϊκή Ένωση και συνεχής έρευνα των εθνικών και διεθνών αγορών. Η αστάθεια της αγοράς και οι συνεχείς εξελίξεις εγκυµονούν πολλούς κινδύνους και µπορούν να οδηγήσουν µια αρχικά συµφέρουσα επένδυση σε ζηµία. Στην παρούσα διπλωµατική εργασία θα γίνει µια απλή αλλά όσο το δυνατόν πλήρης οικονοµική µελέτη που θα ανταποκρίνεται στα ελληνικά δεδοµένα και θα λαµβάνει υπ όψη της το µεγαλύτερο µέρος των συνιστωσών του προβλήµατος. Η µεθοδολογία που θα ακολουθηθεί συνίσταται στην απλή λογική του υπολογισµού των συνολικών εξόδων εγκατάστασης και λειτουργίας της εγκατάστασης, καθώς και των εσόδων που θα αποφέρει σε βάθος χρόνου, µε σκοπό τον υπολογισµό του κέρδους και της απόσβεσης. Τα έξοδα κατασκευής µιας εγκατάστασης συµπαραγωγής αποτελούνται από τα παρακάτω. Προµήθεια και εγκατάσταση όλων των απαιτούµενων µηχανηµάτων (µηχανή, γεννήτρια, πίνακες χειρισµών και ελέγχου, Υ/Σ Μ.Τ. κτλ), Κατασκευή νέας παροχής φυσικού αερίου Τροποποίηση των σωληνώσεων θερµού νερού προς το δίκτυο θέρµανσης (και το ΑΧΕΠΑ) ιασύνδεση της εγκατάστασης µε το δίκτυο της ΕΗ. (Απαιτείται υποσταθµός ανύψωσης τάσης της γεννήτριας µε κατάλληλους Μ/Σ, καθώς και στεγασµένος χώρος για τη ΕΗ όπου θα τοποθετήσει τον πίνακα µε τα διακοπτικά και µετρητικά µέσα που απαιτούνται για την προστασία των εγκαταστάσεων, τη µέτρηση της εξερχόµενης ενέργειας αλλά και τη δηµιουργία βρόχου µεταξύ των καταναλωτών) οµικές εργασίες διαµόρφωσης των χώρων Έξοδα τεχνικής µελέτης και αδειοδότησης του σταθµού Τα λειτουργικά έξοδα της εγκατάστασης συνίστανται στα εξής: Αγορά φυσικού αερίου για την καύση Έξοδα συντήρησης Προσωπικό Ασφάλειες Κόστος ιδίων κεφαλαίων Σε περίπτωση δανεισµού πρέπει να συνυπολογιστούν τα έξοδα των τόκων. -60-

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Τα έσοδα της εγκατάστασης προκύπτουν από την πώληση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας στη ΕΗ και από τη µείωση της καύσης φυσικού αερίου από τους συµβατικούς λέβητες του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ. Μετά τον υπολογισµό όλων αυτών των συνιστωσών θα πρέπει να επιλεγεί ο συντελεστής απόσβεσης της εγκατάστασης, σε συνάρτηση µε την προβλεπόµενη διάρκεια ζωής της. Για παράδειγµα, αν η εγκατάσταση προβλέπεται να λειτουργήσει για τα τριάντα επόµενα χρόνια, συµφέρει να επιλεγεί σταθερός συντελεστής απόσβεσης για κάθε ένα από τα τριάντα χρόνια λειτουργίας (δηλαδή 3,33% για κάθε χρόνο). Η νοµοθεσία επιβάλλει µέγιστο συντελεστή απόσβεσης για Η/Μ εγκαταστάσεις 20%, δηλαδή απόσβεση της εγκατάστασης σε 5 έτη κατ ελάχιστο. Επιπλέον, θα πρέπει να ληφθούν υπ όψη επιπλέον δείκτες όπως είναι ο ετήσιος αναµενόµενος πληθωρισµός των τιµών αγοράς του Φ.Α., της τιµής πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας, ο πληθωρισµός της συντήρησης και τέλος το αναµενόµενο επιτόκιο (συντελεστής αναγωγής σε παρούσα αξία). εν πρέπει να παραβλέψουµε και την φορολογία που επιβάλλεται στα κέρδη από τη λειτουργία του σταθµού. Σύµφωνα µε τις πληροφορίες που µας διέθεσε η εταιρεία αξιοποίησης των πόρων του Α.Π.Θ. στην περίπτωση συµπαραγωγής η αντίστοιχη φορολογία των κερδών ανέρχεται στο 10%. Τέλος, θα πρέπει να µελετηθεί το ενδεχόµενο επιδότησης της επένδυσης από το κράτος ή την Ευρωπαϊκή Ένωση, µέσω επενδυτικού προγράµµατος. Για κάθε µία από τις τέσσερις περιπτώσεις θα µελετηθεί τόσο το ενδεχόµενο δανεισµού ενός µέρους του αρχικού κεφαλαίου όσο και το ενδεχόµενο επιδότησης. Τα τελικά αποτελέσµατα θα παρουσιαστούν σε συνοπτικούς πίνακες. 4.2 Ανάλυση Μεθοδολογίας Περιγραφή Υπολογισµού Εξόδων Κόστος Εγκατάστασης και Συντήρησης Τα έξοδα της εγκατάστασης συνίστανται στα έξοδα προµήθειας και εγκατάστασης των υλικών και µηχανηµάτων, τη θέση του σταθµού σε λειτουργία, τα έξοδα συντήρησης για τη λειτουργία του σταθµού και τα έξοδα αγοράς φυσικού αερίου. Για την προµήθεια και εγκατάσταση όλου του απαραίτητου εξοπλισµού, την εκκίνηση της λειτουργίας και για τη συντήρηση της εγκατάστασης λήφθηκαν οικονοµικές προσφορές από κατασκευαστικές εταιρείες της Ελλάδας και του εξωτερικού. Συγκεκριµένα, στην περίπτωση του αεροστροβίλου, λήφθηκε προσφορά από την ελληνική εταιρεία ΜΑΡΑΚ η οποία είναι αντιπρόσωπος της εταιρείας κατασκευής του αεροστροβίλου Kawasaki στην Ελλάδα, ενώ για την περίπτωση της µηχανής εσωτερικής καύσης λάβαµε προσφορά από την GE Infra-Energy της Βουλγαρίας. Οι προσφορές των εταιρειών εξαιτίας της µη ύπαρξης κατασκευαστικής µελέτης δεν είναι αναλυτικές ούτε δεσµευτικές. Αφορούν την προµήθεια των µηχανηµάτων, την εγκατάσταση και θέση του σταθµού σε λειτουργία. ηλαδή την προµήθεια των µηχανών (µηχανή, γεννήτρια, λέβητας καυσαερίων κλπ) µε όλους τους απαραίτητους αυτοµατισµούς και τα µέσα προστασίας, τη διασύνδεση του σταθµού µε το δίκτυο της ΕΗ (Μ/Σ, πίνακες, καλώδια κλπ), την παροχή φυσικού αερίου και την τροποποίηση του δικτύου σωληνώσεων για την παροχή θερµού νερού/ατµού. Στο κόστος συµπεριλαµβάνεται και ο Υ/Σ που θα πρέπει να -61-

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV εγκαταστήσει η ΕΗ και το παροχικό καλώδιο Μ.Τ. για τη σύνδεση µε το δίκτυο. Επιπλέον λάβαµε προσφορά για την ετήσια συντήρηση του σταθµού, η οποία περιλαµβάνει την επίσκεψη και επίβλεψη της κατάστασης των µηχανών και την επιδιόρθωση και προµήθεια ανταλλακτικών εάν απαιτηθεί. Οι προσφορές φαίνονται παρακάτω. Marac Kawasaki Α/Σ G.E. - Μ.Ε.Κ. Προµήθεια, Εγκατάσταση & θέση σε λειτουργία Συντήρηση Πίνακας 4.1 Οικονοµικές προσφορές εγκατάστασης και συντήρησης του σταθµού συµπαραγωγής Στο κόστος αυτό δεν συµπεριλαµβάνεται το κόστος για τη διασύνδεση του συστήµατος συµπαραγωγής µε τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ. Απόσβεση Απόσβεση είναι η λογιστική εκτίµηση της µόνιµης και µη αναστρέψιµης µείωσης της αξίας των ακινήτων η οποία οφείλεται κυρίως στην πάροδο του χρόνου ή στην εξέλιξη της τεχνολογίας. Συνίσταται στον καταµερισµό της αξίας του αγαθού στο χρόνο της υπολογιζόµενης ωφέλιµης διάρκειας ζωής του µε βάση ένα προκαθορισµένο χρονοδιάγραµµα. Η απόσβεση αρχίζει κατά το έτος της έναρξης χρήσεως του αγαθού και υπολογίζεται για ολόκληρο το έτος ασχέτως του χρονικού σηµείου ενάρξεως της χρήσεως του αγαθού κατά το έτος εκείνο. Υπάρχουν δύο µέθοδοι εγκεκριµένοι από το νόµο για τον υπολογισµού της απόσβεσης. Η σταθερή και η φθίνουσα µέθοδος. Με τη σταθερή µέθοδο οι αποσβέσεις υπολογίζονται µε την εφαρµογή σταθερού συντελεστή επί της αρχικής αξίας κτήσης ή της αναπροσαρµοσµένης αξίας των παγίων στοιχείων, προσαυξηµένης µε την αξία των προσθηκών και βελτιώσεων. Με τη φθίνουσα µέθοδο ο συντελεστής απόσβεσης παραµένει σταθερός σε όλη τη διάρκεια, υπολογίζεται όµως επί της αξίας που αποµένει µετά την αφαίρεση των αποσβέσεων των προηγούµενων χρήσεων. Από τους παραπάνω ορισµούς καταλαβαίνουµε ότι πρέπει να καθοριστούν η ωφέλιµη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης και κατ επέκταση ο συντελεστής της απόσβεσης καθώς και η µέθοδος της απόσβεσης. Στην παρούσα ανάλυση θα χρησιµοποιηθεί η σταθερή µέθοδος υπολογισµού της απόσβεσης. Η φθίνουσα µέθοδος χρησιµοποιείται κυρίως για βιοµηχανικές, βιοτεχνικές, µεταλλευτικές, λατοµικές και µικτές επιχειρήσεις για τον καινούριο µηχανολογικό εξοπλισµό παραγωγής τους. Οι κατασκευαστικές εταιρείες των µηχανών αποδίδουν µια ενδεικτική ωφέλιµη διάρκεια ζωής των µηχανηµάτων τους της τάξης των είκοσι ετών. Φυσικά η εύρυθµη λειτουργία τους εξαρτάται από τη συχνότητα και ποιότητα της συντήρησης αλλά και από τη συνολική διάρκεια λειτουργίας τους. Για την ανάλυσή µας θα εφαρµόσουµε χρονοδιάγραµµα εικοσαετίας λαµβάνοντας υπόψη και το γεγονός ότι η άδεια παραγωγής που παρέχεται για τη λειτουργία του σταθµού διαρκεί είκοσι χρόνια. Κατά συνέπεια, ο συντελεστής απόσβεσης θα είναι α = 5%. -62-

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Καθορίζοντας το συντελεστή απόσβεσης στο 5%, είµαστε σε θέση να υπολογίσουµε τη σταθερή ετήσια απόσβεση (C 1 ) της επένδυσης. C1 = a C= 0, 05 C, όπου C το αρχικό κόστος της επένδυσης. Κόστος Φυσικού Αερίου Για τη λειτουργία της εγκατάστασης απαιτείται η καύση φυσικού αερίου επιβαρύνοντας την επένδυση µε ένα επιπλέον κόστος. Για τον υπολογισµό του κόστους αυτού, απαιτείται η γνώση της ποσότητας του φυσικού αερίου που αναµένεται να καταναλωθεί ετησίως καθώς και το κόστος µιας kwh φυσικού αερίου. Στα προηγούµενα κεφάλαια και για κάθε περίπτωση υπολογίσαµε την ενέργεια (Κατανάλωση καυσίµου σε ΜWh) που απαιτεί να καταναλώσει η µηχανή για να παράγει τη επιθυµητή ποσότητα θερµικής και ηλεκτρικής ενέργεια. Για την εύρεση της τιµής πώλησης της kwh φυσικού αερίου, ανατρέξαµε στην ιστοσελίδα της Εταιρείας Παροχής Αερίου Θεσσαλονίκης όπου αναγράφονται οι µηνιαίες τιµές πώλησης του φυσικού αερίου στη Θεσσαλονίκη για τα διάφορα τιµολόγια που διαθέτει (πχ θέρµανση, κλιµατισµός, συµπαραγωγή κτλ). Επισυνάπτουµε τον πίνακα αυτό παρακάτω. Πίνακας 4.2 Τιµές φυσικού αερίου για το

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Από τον πίνακα παρατηρούµε µια πολύ µεγάλη διακύµανση των τιµών πώλησης από την αρχή του έτους µέχρι το τέλος του. Αυτό συµβαίνει γιατί η τιµή του φυσικού αερίου διαµορφώνεται µε βάση την τιµή πώλησης του πετρελαίου διατηρώντας σταθερό ποσοστό έκπτωσης σε σχέση µε την τιµή αυτή και αναπροσαρµόζεται περιοδικά βάσει των τιµών αυτών. Η µέση τιµή πώλησης για το 2009 για το τιµολόγιο Τ3C (συµπαραγωγή) ήταν 0,045 /kwh. Αυτό όµως δεν αρκεί για να λάβουµε αυτήν την τιµή ως αναφορά για τον υπολογισµό του ετήσιου κόστους για το φυσικό αέριο. Από παλαιότερα τιµολόγια φυσικού αερίου του ΑΠΘ για θέρµανση λαµβάνουµε τα παρακάτω στοιχεία για το κόστος της kwh. Μήνας Τιµή /kwh Μήνας Τιµή /kwh Νοέµβριος , Ιανουάριος , εκέµβριος , Φεβρουάριος , Μάρτιος , Ιανουάριος , Απρίλιος , Φεβρουάριος , Μάιος , Μάρτιος , Ιούνιος , Απρίλιος , Ιούλιος , Οκτώβριος , Αύγουστος , Νοέµβριος , Σεπτέµβριος , εκέµβριος , Οκτώβριος , Νοέµβριος , εκέµβριος , Πίνακας 4.3 Τιµές φυσικού αερίου από το 2004 ως το 2006 (τιµολόγιο θέρµανσης) Παρατηρούµε ότι στο τέλος του 2009 η τιµή του φυσικού αερίου µειώθηκε και έκλεισε πολύ κοντά στην τιµή του φυσικού αερίου κατά το τέλος του Γενικότερα βλέπουµε ότι το κόστος του φυσικού αερίου είναι ένας αστάθµητος και ευµετάβλητος παράγοντας που εισάγει µεγάλο ποσοστό κινδύνου στην επένδυση και θα πρέπει να διερευνηθεί σε µεγαλύτερο βάθος. Για την ανάλυση που κάνουµε και από τα στοιχεία των δύο πινάκων καταλήγουµε τελικά σε µια µέση τιµή αγοράς για το φυσικό αέριο στις 0,043 /kwh. Η τιµή αυτή θα πληθωρίζεται µε ένα συντελεστή της τάξης του 5% όπως θα εξηγηθεί και παρακάτω. Πρέπει ακόµα να παρατηρήσουµε ότι η θερµογόνος δύναµη του φυσικού αερίου όπως φαίνεται στον πίνακα 4.2 δεν παραµένει σταθερή. Ωστόσο αυτό δεν επηρεάζει το κόστος καθώς η χρέωση γίνεται µε την kwh και όχι µε τα κυβικά (m 3 ). Γνωρίζοντας εποµένως τη συνολική κατανάλωση καυσίµου και την τιµή της kwh, µπορούµε να υπολογίσουµε το κόστος του φυσικού αερίου ως εξής: C 2 = t KK = 0, 043 KK -64-

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Έξοδα Προσωπικού Για τη λειτουργία του σταθµού απαιτούνται 2-3 άτοµα για τη συνεχή παρακολούθηση και εποπτεία της εγκατάστασης. Το κόστος του προσωπικού θα το υπολογίσουµε µε ανά έτος και µε ετήσιο πληθωρισµό 1%. C 3 = Ασφάλειες Όπως κάθε επένδυση, έτσι και η συγκεκριµένη θα πρέπει να ασφαλιστεί ώστε σε περίπτωση βλάβης ή ζηµιάς να αποκατασταθεί χωρίς επιβάρυνση για τον επενδυτή. Το κόστος αυτό θα το υπολογίσουµε ως ποσοστό της συνολικής επένδυσης και συγκεκριµένα 1% του κόστους κεφαλαίου και µε 1% πληθωρισµό. C4 = 1% C, όπου C το αρχικό κόστος της επένδυσης. Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων Το κόστος ιδίων κεφαλαίων συνίσταται στα θεωρητικά κέρδη που θα είχε ο επενδυτής εάν τα κεφάλαια που απαιτήθηκαν για την υλοποίηση της επένδυσης τα επένδυε κάπου αλλού, όπως για παράδειγµα να τα κατέθετε στην τράπεζα. Το κόστος αυτό θα υπολογιστεί ως ποσοστό 1,5% επί της αξίας των ιδίων κεφαλαίων του επενδυτή. Το κόστος αυτό δεν θα το πληθωρίσουµε. C = 1,5% ', όπου C τα ίδια κεφάλαια της επένδυσης. 5 C Περιγραφή Υπολογισµού Εσόδων Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας Από τη λειτουργία του σταθµού συµπαραγωγής έχουµε σαν αποτέλεσµα την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας η οποία θα διοχετεύεται εξ ολοκλήρου στο δίκτυο της ΕΗ. Σύµφωνα µε το νόµο 3468, άρθρο 9 ο αρµόδιος ιαχειριστής του Συστήµατος ή του ικτύου υποχρεούται να δίνει προτεραιότητα κατά την κατανοµή του φορτίου στις µονάδες ΣΗΘΥΑ ανεξάρτητα από την εγκατεστηµένη ισχύ τους. Αυτό εξασφαλίζει στον επενδυτή ότι σε κάθε περίπτωση η παραγόµενη ηλεκτρική ενέργειά του θα πωλείται στη ΕΗ µε εξασφαλισµένα έσοδα και χωρίς κίνδυνο. Για τον υπολογισµό των ετήσιων εσόδων από την πώληση της ηλεκτρικής ενέργειας, χρειάζεται η γνώση της ετήσιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία έχει υπολογιστεί στα προηγούµενα κεφάλαια και η τιµή πώλησης της kwh. Από την ιστοσελίδα της ΡΑΕ και την απόφαση Ο που αναπροσαρµόζει το άρθρο 13 του νόµου 3468 λάβαµε τον παρακάτω πίνακα. -65-

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Πίνακας 4.4 Τιµολόγια Απορρόφησης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από Παραγωγό ή Αυτοπαραγωγό µέσω σταθµού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από Α.Π.Ε. ή Σ.Η.Θ.Υ.Α. ή µέσω Υβριδικού Σταθµού Από τον πίνακα 4.4 βλέπουµε ότι η τιµή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας για το 2009 ήταν 80,14 /MWh. Η τιµή αυτή ήταν διαφορετική το 2006 που ψηφίστηκε ο νόµος 3468 και συγκεκριµένα έφτανε τα 73 /MWh. Αυτό σηµαίνει ότι η τιµή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας πληθωρίζεται µε περίπου 10% κάθε τρία χρόνια ή αλλιώς µε 3,5% το έτος. Η έννοια του πληθωρισµού θα αναλυθεί και παρακάτω. Γνωρίζοντας εποµένως τη συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και την τιµή της kwh, µπορούµε να υπολογίσουµε τα ετήσια έσοδα ως εξής: E = ΗΕ= 80, 14 ΗΕ 1 t -66-

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Έσοδα Θερµικής Ενέργειας Τα έσοδα από τη χρήση της θερµικής ενέργειας των καυσαερίων για τη θέρµανση των κτιρίων δεν προκύπτουν ως πραγµατικά χρήµατα από την πώληση ενός αγαθού αλλά ως κέρδος από την καύση φυσικού αερίου. ηλαδή αν δεν υπήρχε η µονάδα συµπαραγωγής, το συµβατικό λεβητοστάσιο θα έπρεπε να απορροφήσει περισσότερο φυσικό αέριο για τη θέρµανση των κτιρίων από ότι αν ένα µέρος των θερµικών αναγκών καλυπτόταν από τη συµπαραγωγή. Για τον υπολογισµό των εσόδων που προκύπτουν, θα πρέπει να υπολογίσουµε τι κόστος θα είχαµε σε περίπτωση που το ποσό θερµικής ενέργειας από τη συµπαραγωγή θα έπρεπε να καλυφθεί από τους συµβατικούς λέβητες. Για να το υπολογίσουµε θα πρέπει να γνωρίζουµε το ποσό θερµικής ενέργειας που παράγεται από τη συµπαραγωγή, το βαθµό απόδοσης του υπάρχοντος λεβητοστασίου (ώστε να γίνει η µετατροπή της θερµικής ισχύος σε ισχύ καυσίµου) και το κόστος µιας kwh καυσίµου. Η θερµική ενέργεια που παράγεται από τη συµπαραγωγή έχει υπολογιστεί για κάθε περίπτωση στα προηγούµενα κεφάλαια. Ο βαθµός απόδοσης του λεβητοστασίου θα ληφθεί ίσος µε 85%, παραδοχή η οποία έγινε και στους αρχικούς υπολογισµούς µας όταν θέλαµε να υπολογίσουµε τις θερµικές ανάγκες των κτιρίων από την µηνιαία κατανάλωση φυσικού αερίου. Η τιµή της kwh φυσικού αερίου θα ληφθεί από τα τιµολόγια θέρµανσης (Τ3) και µε βάση τα στοιχεία των πινάκων 4.2 και 4.3 θα διαµορφωθεί στα 0,045 /kwh. Η τιµή αυτή είναι κατά 0,002 /kwh µεγαλύτερη από αυτή που θεωρήσαµε ως τιµή αγοράς για το φυσικό αέριο. Η παραδοχή αυτή έγινε µε βάση τις τιµές του πίνακα 4.2 από όπου φαίνεται ότι τα τιµολόγια Τ3 και Τ3C διαφέρουν περίπου κατ αυτή την τιµή. Προφανώς θα εφαρµοστεί και εδώ συντελεστής πληθωρισµού ίσος µε 5%. Γνωρίζοντας όλα αυτά µπορούµε να υπολογίσουµε τα ετήσια έσοδα ως εξής: E 2 ΘΕ ΘΕ = t = 0,045 0,85 η λεβ Άλλες παράµετροι Πληθωρισµός, ανεισµός, Επιδοτήσεις Πληθωρισµός Ο πληθωρισµός σαν έννοια ορίζεται ως η ποσοστιαία µεταβολή του γενικού επιπέδου των τιµών µιας οικονοµίας µέσα σε µια συγκεκριµένη χρονική περίοδο. Παράγοντες που συµβάλλουν στη διαµόρφωση του πληθωρισµού µιας οικονοµίας είναι η τεχνολογία, οι διεθνείς αγορές, πολιτικοί και κοινωνικοί παράγοντες κτλ. Σε µια οικονοµική αξιολόγηση δεν είναι δυνατόν να παραβλέψουµε τον πληθωρισµό που υφίστανται οι τιµές αγοράς και πώλησης των αγαθών. Συγκεκριµένα, η τιµή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας και η τιµή αγοράς και πώλησης του φυσικού αερίου, το κόστος της συντήρησης (µισθοί, ανταλλακτικά κλπ) είναι µεγέθη που πληθωρίζονται µε κάποιο ποσοστό κάθε χρόνο. -67-

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Η εκτίµηση του συντελεστή πληθωρισµού είναι δύσκολο να ληφθεί µε ασφάλεια καθώς είναι µέγεθος ευµετάβλητο και εξαρτάται από µια πληθώρα παραγόντων. Στην παρούσα ανάλυση θα επιδιώξουµε την όσο το δυνατόν ακριβή εκτίµηση των συντελεστών πληθωρισµού για κάθε περίπτωση. Πληθωρισµός ηλεκτρικής ενέργειας Η τιµή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας το 2006 ήταν 73 /MWh σύµφωνα µε το άρθρο 13 του νόµου 3468, ενώ από το 2008 διαµορφώθηκε στα 80,14 /MWh. ηλαδή υπήρξε µια αύξηση της τάξης του 10% µέσα σε δύο χρόνια. Εποµένως, στο χρονοδιάγραµµα της ταµειακής ροής που θα περιγραφεί στη συνέχεια, τα έσοδα κάθε έτους δεν θα είναι σταθερά αλλά θα πληθωρίζονται κάθε δύο χρόνια µε ποσοστό 10% και σύµφωνα µε τις σχέσεις E1,1 = 80, 14 E = 1,2 E1,1 HE E 1,3 = E1,2 (1+ 10%) E E 1, n = 1, n 1 E 1, n+ 1 = E1, n (1+ 10%), όπου Ε 1,n τα έσοδα της n χρονιάς και n άρτιος Πληθωρισµός φυσικού αερίου Η τιµή πώλησης φυσικού αερίου το 2006 ήταν 0,0397 /kwh σύµφωνα µε τα στοιχεία που έχουµε από τα παλιότερα τιµολόγια του ΑΠΘ (τιµολόγιο θέρµανσης). Το 2009 η τιµή του διαµορφώθηκε στα 0,0458 /kwh. ηλαδή υπήρξε µια αύξηση της τάξης του 15,4% µέσα σε τρία χρόνια ή αλλιώς αύξηση 5% κάθε χρόνο. Εποµένως, στο χρονοδιάγραµµα της ταµειακής ροής, τα έσοδα από τη θερµική ενέργεια αλλά και τα έξοδα από την κατανάλωση φυσικού αερίου για κάθε έτος δεν θα είναι σταθερά αλλά θα πληθωρίζονται κάθε χρόνο µε ποσοστό 5% και σύµφωνα µε τη σχέση E E (1 5%) έσοδα από θερµική ενέργεια 2, n = 2, n 1 + C C (1 5%) έξοδα αγοράς καυσίµου 2, n = 2, n 1 + Πληθωρισµός του κόστους συντήρησης Εκτός από τα καταναλωτικά αγαθά όπως η ηλεκτρική ενέργεια και το φυσικό αέριο θα πρέπει να πληθωριστεί και το κόστος της συντήρησης αφού αυτή περιλαµβάνει µισθούς, ανταλλακτικά κτλ τα οποία επιδέχονται και αυτά αυξήσεις κατά τη διάρκεια των χρόνων. Το ποσοστό που θα χρησιµοποιηθεί σε αυτήν την περίπτωση θα είναι 1% καθώς τόση είναι η µέση -68-

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV αύξηση των µισθών για τα ελληνικά δεδοµένα. Το κόστος της συντήρησης θα διαµορφώνεται για κάθε χρόνο ως εξής C 3, n = C3, n 1 (1+ 1%) Με παρόµοιο τρόπο πληθωρίζεται το κόστος του προσωπικού και της ασφάλειας της εγκατάστασης. άνειο Επιτόκιο Για την πραγµατοποίηση µιας επένδυσης απαιτούνται κεφάλαια κίνησης, τα οποία πολλές φορές δεν είναι άµεσα διαθέσιµα από τον επενδυτή. Οι τράπεζες, προκειµένου να βοηθήσουν τον επενδυτή στην υλοποίηση του έργου δανείζουν ένα ποσό και θέτουν όρους για την αποπληρωµή του. Ορίζουν δηλαδή το χρόνο και το ύψος της κάθε δόσης καθώς και ένα ποσοστό επιτοκίου (σταθερό ή κυµαινόµενο) µε το οποίο προσδιορίζονται οι τόκοι, δηλαδή τα επιπλέον χρήµατα που θα καταβάλει ο δανειζόµενος στην τράπεζα. Ένας επενδυτής θα πρέπει να είναι πολύ προσεκτικός κατά τη λήψη του δανείου ως προς τους όρους του συµβολαίου που θα υπογράψει αλλά και το µέγεθος του κεφαλαίου που θα δανειστεί. Για τη συγκεκριµένη ανάλυση θα θεωρήσουµε ότι το 25% του αρχικού κεφαλαίου για τη συµπαραγωγή µε αεροστρόβιλο και το 10% για τη συµπαραγωγή µε ΜΕΚ θα προέλθει από δανεισµό µε σταθερό επιτόκιο 5,85%. Ορίζουµε περίοδο αποπληρωµής 5 χρόνια µε σταθερό ύψος ετήσιας δόσης. Τα δεδοµένα αυτά λήφθηκαν µε βάση το Επιχειρηµατικό Πολυδάνειο Ανάπτυξη Εθνοαναπτυξιακό 5 της Εθνικής Τράπεζας Ελλάδος. Η λήψη του δανείου θα επηρεάσει το επιχειρηµατικό σχήµα προσθέτοντας ένα επιπλέον κόστος για τους τόκων και µια ετήσια ταµειακή ροή για τη δόση του δανείου διάρκειας 5 ετών. Το ύψος κάθε ετήσιας και σταθερής δόσης υπολογίζεται από τη σχέση C 4, n n i (1+ i) Π, όπου Π το ποσό του δανείου, i το ετήσιο επιτόκιο και n τα χρόνια (1+ i) 1 = n Επιδότηση Εκτός από το δανεισµό, παρέχονται διευκολύνσεις χρηµατοδότησης επενδύσεων από διάφορους φορείς όπως το κράτος και η Ευρωπαϊκή Ένωση. Κύριος στόχος των δράσεων είναι οι ενεργειακές επενδύσεις που συµβάλλουν στην αύξηση της ανταγωνιστικότητας της Ελληνικής οικονοµίας µε ταυτόχρονο σεβασµό των περιβαλλοντικών δεσµεύσεων της χώρας. Οι επιδοτήσεις που παρέχονται έχουν ισχύ µερικών µηνών και επιβάλλουν αναλυτική περιγραφή της επένδυσης, µε πληθώρα δικαιολογητικών και δεσµεύσεων που µεταβάλλονται ανάλογα µε την περίπτωση. Ένα τρέχον πρόγραµµα επιδοτήσεων είναι αυτό της ΕΣΠΑ που παρέχει επιδοτήσεις µε σκοπό την ενδυνάµωση της ισόρροπης ανάπτυξης, την αύξηση της απασχόλησης, την βελτίωση της ανταγωνιστικότητας της οικονοµίας, την ενίσχυση της επιχειρηµατικότητας, την προώθηση της τεχνολογικής αλλαγής και της καινοτοµίας, την προστασία του περιβάλλοντος και την εξοικονόµηση ενέργειας, όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο νόµος 3299/2004 που διέπει τις εν λόγω επιχειρηµατικές επενδύσεις. -69-

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Με βάση το νόµο αυτό και λαµβάνοντας υπόψη ότι η επένδυση πρόκειται να γίνει στο νοµό Θεσσαλονίκης (Περιοχή Α, βάσει του άρθρου 2) και ότι η επένδυση αφορά σταθµό παραγωγής ενέργειας από συµπαραγωγή (Κατηγορία 1, βάσει του άρθρου 3, παράγραφος β,vi) το ποσοστό χρηµατοδότησης ανέρχεται στο 20% του συνολικού κόστους της επένδυσης (άρθρο 4). Φορολογία Το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης ως µη κερδοσκοπικό ίδρυµα, διαθέτει πόρους τους οποίους διαχειρίζεται µια ειδική για το σκοπό αυτό εταιρεία αξιοποίησης πόρων του ΑΠΘ. Σύµφωνα µε τις πληροφορίες που µας παρείχε η εταιρεία αυτή, το ΑΠΘ για κάθε επιχειρηµατική δραστηριότητα που ασκεί, επιβαρύνεται µε ποσοστό φορολόγησης 10% επί των κερδών της Τελικό χρηµατοδοτικό σχήµα & αξιολόγηση της επένδυσης Το χρηµατοδοτικό σχήµα που θα εφαρµόσουµε για να αξιολογήσουµε την επένδυση αυτή συνίσταται στην ανάληψη δανείου που ανέρχεται στο 25% του αρχικού κεφαλαίου που απαιτείται για την επένδυση στις περιπτώσεις συµπαραγωγής µε αεροστρόβιλο και στο 10% για τις περιπτώσεις συµπαραγωγής µε ΜΕΚ, µε σταθερό επιτόκιο 5,85%, σταθερή ετήσια δόση και συνολική διάρκεια πέντε (5) ετών. Επιπλέον, θεωρούµε επιδότηση ύψους 20% και ίδια κεφάλαια 55% επί του αρχικού κεφαλαίου της επένδυσης για την περίπτωση του αεροστροβίλου και 70% στην περίπτωση της ΜΕΚ. Για την αξιολόγηση της επένδυσης θα εφαρµοστεί χρονοδιάγραµµα 20ετίας στο οποίο θα υπολογίζονται για κάθε χρόνο τα συνολικά έξοδα, τα έσοδα, τα κέρδη προ και µετά φόρων, η ετήσια και συνολική ταµειακή ροή και η παρούσα αξία της ταµειακής ροής. Αναλυτικότερα, υπολογίζονται για κάθε έτος τα συνολικά έξοδα που συνίστανται στα εξής: Απόσβεση: σταθερή ετήσια απόσβεση µε ποσοστό 5% επί του συνολικού κεφαλαίου µείον το ποσό της επιδότησης. Κόστος φυσικού αερίου: υπολογίζεται από την ετήσια κατανάλωση καυσίµου επί της τιµής της kwh µε ετήσιο πληθωρισµό 5%. Κόστος συντήρησης: σταθερό κόστος συντήρησης µε πληθωρισµό 1% Τοκοχρεωλυτική δόση δανείου: επιτόκιο 5,85% επί του υπολειπόµενου ποσού οφειλής, σταθερό για 5 χρόνια. Κόστος προσωπικού σταθερό µε ετήσιο πληθωρισµό 1% Κόστος ασφάλειας µε 1% επί της συνολικής επένδυσης και ετήσιο πληθωρισµό 1% Κόστος ιδίων κεφαλαίων, 1,5% επί των ιδίων κεφαλαίων -70-

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Τα συνολικά έσοδα αποτελούνται από τα εξής: Έσοδα ηλεκτρικής ενέργειας: υπολογίζονται από την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επί της τιµής της kwh µε πληθωρισµό 10% κάθε δύο χρόνια. Έσοδα θερµικής ενέργειας: υπολογίζονται από την ετήσια παραγωγή θερµικής ενέργειας αφού διαιρεθεί µε την απόδοση του συµβατικού λεβητοστασίου επί την τιµή της kwh φυσικού αερίου και µε ετήσιο πληθωρισµό 5%. Η διαφορά των εξόδων από τα έσοδα µας δίνει για κάθε χρόνο τα καθαρά κέρδη τα οποία πρέπει να φορολογηθούν. Σε περίπτωση που προκύπτει ζηµία ο φόρος είναι µηδενικός. Σε διαφορετική περίπτωση επιβάλλεται φόρος 10% ώστε να προκύψουν τα καθαρά κέρδη µετά τους φόρους. Η ετήσια ταµειακή ροή, είναι ουσιαστικά τα χρήµατα που εισέρχονται ή εξέρχονται από το ταµείο σε ετήσια βάση και υπολογίζονται από τα καθαρά κέρδη µετά τους φόρους προσθέτοντας το αντίστοιχο ποσό της απόσβεσης και αφαιρώντας τη δόση του δανείου. Το άθροισµα των ετήσιων ταµειακών ροών προσδιορίζει το συνολικό ποσό που θα υπάρχει στο ταµείο µετά από τα 20 χρόνια λειτουργίας της εγκατάστασης. Τέλος, γίνεται η αναγωγή της ταµειακής ροής σε παρούσα αξία για κάθε χρόνο µέσω ενός συντελεστή αναγωγής σε παρούσα αξία. Η διαδικασία αυτή αντιπροσωπεύει το κόστος ευκαιρίας της επένδυσης. ηλαδή σε περίπτωση µη υλοποίησης της εγκατάστασης, τα χρήµατα αυτά θα µπορούσαν είτε να κατατεθούν σε ένα τραπεζικό λογαριασµό ώστε να εισπράττεται το επιτόκιο των καταθέσεων είτε να επενδυθούν µε διαφορετικό τρόπο. Ο συντελεστής αυτός ορίστηκε στο 1,5% ως µέσος όρος των επιτοκίων καταθέσεων της Εθνικής Τράπεζας της Ελλάδος (1,5%). Η σχέση υπολογισµού της παρούσας αξίας κάθε χρόνο είναι Ταµειακή _ Ροή Παρο ύσα _ Αξία _ Ταµειακής _ Ροής =, όπου n τα έτη n (1+ 2%) Όταν η αθροιστική παρούσα αξία της ταµειακής ροής τον τελευταίο χρόνο, προκύπτει µεγαλύτερη από τα ίδια κεφάλαια που απαιτήθηκαν για την επένδυση, τότε αυτή αξιολογείται ως συµφέρουσα επένδυση. Στις παρακάτω σελίδες, παρουσιάζεται αναλυτικότερα το χρονοδιάγραµµα των οικονοµικών µεγεθών όπως διαµορφώνονται σε κάθε έτος και για κάθε µία από τις τέσσερις υπό µελέτη περιπτώσεις. -71-

84 4.3 Παρουσίαση Αποτελεσµάτων Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 4.349,48 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,19 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,33 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,88 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 25% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,86 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,98 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,24 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,91 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,71 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,25 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,27 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,11 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,39 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,51 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,77 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,77 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,77 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,29 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,56-72-

85 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,19 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,02 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,87 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,81 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,28 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,11 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,39 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,59 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,74 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,26 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,36 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,98 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,07 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,54 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,18 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,15 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,52 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,55 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,07 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,92 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,21 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,21 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,24 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,60-73-

86 4.3.2 Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 4.535,49 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,26 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,17 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,76 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 25% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,66 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,38 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,24 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,46 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,71 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,25 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,83 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,12 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,01 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,13 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,30 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,13 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,87 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,58 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,97-74-

87 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,19 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,79 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,87 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,58 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,66 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,39 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,05 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,47 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,72 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,72 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,86 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,13 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,07 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,78 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,18 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,39 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,08 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,99 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,07 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,68 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,05 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,05 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,74 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,90-75-

88 4.3.3 Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 5.387,44 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,87 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,44 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,71 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 25% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,70 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,10 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,24 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,20 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,71 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,25 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,56 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,51 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,24 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,74 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,18 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,30 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,70 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,12 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,91-76-

89 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,19 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,35 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,87 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,14 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,47 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,30 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,77 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,63 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,20 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ 7.638, , , , , ,20 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής 6.680, , , , , ,86 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,06 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,07 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,83 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,18 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,44 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,60 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,77 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,37 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,92 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,62 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,62 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,68 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,65-77-

90 4.3.4 Αεροστρόβιλος ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 5.476,78 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,24 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,15 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,41 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 25% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,11 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,73 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,24 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,77 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,71 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,25 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,13 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,08 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,06 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,14 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,01 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,21 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,79 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,74 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,32-78-

91 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,19 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,83 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,87 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,62 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,33 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,93 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,26 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,64 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,30 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,30 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,67 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,44 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,07 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,39 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,18 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,01 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,81 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,79 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,60 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,60 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,06 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,06 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,96 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,17-79-

92 4.3.5 ΜΕΚ ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 9.167,68 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,03 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,88 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,00 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 10% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,86 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,98 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,50 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,78 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,38 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,12 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,08 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,87 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,54 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,41 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,67 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,67 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,67 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,25 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,10-80-

93 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,93 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,88 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,33 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,87 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,10 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,10 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,20 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,67 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,67 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,67 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,47 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,09 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,26 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,74 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,72 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,08 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,16 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,63 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,78 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,30 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,30 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,30 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,29 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,86-81-

94 4.3.6 ΜΕΚ ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας 9.453,96 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,16 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,35 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,88 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 10% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,53 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,79 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,50 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,98 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,38 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,12 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,29 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,31 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,86 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,17 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,12 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,12 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,12 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,80 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,14-82-

95 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,93 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,13 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,33 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,12 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,10 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,51 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,61 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,51 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,51 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,51 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,66 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,55 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,26 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,43 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,72 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,77 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,32 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,36 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,68 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,09 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,09 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,09 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,54 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,49-83-

96 4.3.7 ΜΕΚ ΑΠΘ (Κεντρικό Λεβητοστάσιο) & ΑΧΕΠΑ ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας ,49 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,88 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,03 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,76 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 10% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,48 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,64 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,50 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,93 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,38 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,12 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,23 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,00 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,20 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,20 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,03 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,03 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,03 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,55 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,23-84-

97 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,93 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,66 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,33 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,65 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,43 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,59 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,01 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,64 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,64 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,64 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,61 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,06 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,26 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,11 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,72 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,45 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,57 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,84 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,41 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ 9.072, , , , , ,04 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ 9.979, , , , , ,04 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,04 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,03 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,21-85-

98 4.3.8 ΜΕΚ ΑΠΘ (Σύνολο Λεβητοστασίων) & ΑΧΕΠΑ ΕΣΟ Α ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΣΟ Α ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή Ηλ. Ενέργειας ,09 MWh/yr Παραγωγή Θερµ. Εν ,82 MWh/yr Συντ. Φορολογίας Εισοδ. 10% Τιµή ιάθεσης Ηλ. Εν. 80,14 euro/mwh Απόδοση 0,85 Συντ. Αναγωγής σε Π.Α. 1,50% Πληθωρισµός Ηλ. Εν. 10,00% Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,045 euro/kwh Ετήσιες Πωλήσεις ,87 euro Πληθωρισµός 5,00% Ετήσιες Πωλήσεις ,59 euro ΕΞΟ Α Συνολική Επένδυση ,00 euro Συντήρηση ,00 ευρώ/έτος Κόστος Προσωπικού ,00 Ίδια κεφάλαια ,00 euro Πληθωρισµός 1,00% Πληθωρισµός 1,00% Επιδότηση 20% ,00 euro άνειο 10% ,00 euro Κατανάλωση Καυσίµου ,51 MWh/yr Ασφάλεια 1% ,00 Επιτόκιο 5,85% για 5 έτη Τιµή αγοράς Καυσίµου 0,043 euro/kwh Πληθωρισµός 1,00% Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων 1,5% ,00 euro Πληθωρισµός 5,00% Αποσβέσεις (Σταθερές) ,00 5% Ετήσιο Κόστος ,93 euro ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις 0, , , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , , , ,50 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , , , ,73 Προσωπικό , , , , , , , ,41 Ασφάλεια , , , , , , , ,38 Τοκοχρεωλυτική όση , , , , ,12 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , , , ,04 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , , , ,29 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , , , ,85 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , , , ,14 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,90 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , , , ,90 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , , , ,90 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,50 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , , , ,04-86-

99 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,93 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,10 Προσωπικό , , , , , ,73 Ασφάλεια , , , , , ,33 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,10 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,98 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,27 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,25 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,85 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,85 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,85 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,49 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,93 ΕΤΗ Αθροιστικές Αποσβέσεις , , , , , ,00 Αποσβέσεις , , , , , ,00 Συντήρηση , , , , , ,26 Κόστος Φυσικού Αερίου , , , , , ,78 Προσωπικό , , , , , ,36 Ασφάλεια , , , , , ,72 Τοκοχρεωλυτική όση Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , , , ,00 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΞΟ Α , , , , , ,12 Έσοδα Ηλεκτρικής Ενέργειας , , , , , ,38 Έσοδα Θερµικής Ενέργειας , , , , , ,85 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΕΣΟ Α , , , , , ,24 ΚΕΡ Η ΠΡΟ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,89 ΚΕΡ Η ΜΕΤΑ ΦΟΡΩΝ , , , , , ,89 ΤΑΜΕΙΑΚΗ ΡΟΗ , , , , , ,89 Παρούσα Αξία Ταµειακής Ροής , , , , , ,09 Π.Α. ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗΣ ΤΑΜ. ΡΟΗΣ , , , , , ,52-87-

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV 4.4 Σχολιασµός Αποτελεσµάτων Στους παρακάτω πίνακες φαίνονται συνοπτικά τα δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν για την οικονοµική ανάλυση κάθε περίπτωσης και τα αποτελέσµατα που προέκυψαν. Μεγέθη ΕΣΟ Α Ετήσιες Πωλήσεις Ηλεκτρικής Ενέργειας Ετήσιες Πωλήσεις Θερµικής Ενέργειας ΑΕΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ Κεντρικό Σύνολο Κεντρικό Σύνολο Λεβητοστάσιο Λεβητοστασίων Λεβητοστάσιο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ , , , , , , , ,41 ΕΞΟ Α Ετήσιο Κόστος Καυσίµου , , , ,73 Προσωπικό , , , ,00 Ασφάλεια , , , ,00 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , ,00 Συντήρηση , , , ,00 Συνολική Επένδυση , , , ,00 Αποσβέσεις , , , ,00 (Σταθερές, 5%) Ίδια κεφάλαια , , , ,00 Επιδότηση 20% , , , ,00 άνειο 25% / 10% , , , ,00 Επιτόκιο 5,85% 5,85% 5,85% 5,85% Περίοδος αποπληρωµής 5 χρόνια 5 χρόνια 5 χρόνια 5 χρόνια Τοκοχρεωλυτική όση δανείου , , , ,25 Παρούσα Αξία Αθροιστικής Ταµειακής Ροής Άθροισµα Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,70 Πίνακας 4.5 Αποτελέσµατα Οικονοµικής Ανάλυσης µε Αεροστρόβιλο -88-

101 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΙV Μεγέθη ΕΣΟ Α Ετήσιες Πωλήσεις Ηλεκτρικής Ενέργειας Ετήσιες Πωλήσεις Θερµικής Ενέργειας ΜΕΚ Κεντρικό Σύνολο Κεντρικό Σύνολο Λεβητοστάσιο Λεβητοστασίων Λεβητοστάσιο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ , , , , , , , ,59 ΕΞΟ Α Ετήσιο Κόστος Καυσίµου , , , ,93 Προσωπικό , , , ,00 Ασφάλεια , , , ,00 Κόστος Ιδίων Κεφαλαίων , , , ,00 Συντήρηση , , , ,00 Συνολική Επένδυση , , , ,00 Αποσβέσεις , , , ,00 (Σταθερές, 5%) Ίδια κεφάλαια , , , ,00 Επιδότηση 20% , , , ,00 άνειο 25% / 10% , , , ,00 Επιτόκιο 5,85% 5,85% 5,85% 5,85% Περίοδος αποπληρωµής 5 χρόνια 5 χρόνια 5 χρόνια 5 χρόνια Τοκοχρεωλυτική όση δανείου , , , ,12 Παρούσα Αξία Αθροιστικής Ταµειακής Ροής Άθροισµα Ταµειακής Ροής , , , , , , , ,07 Πίνακας 4.6 Αποτελέσµατα Οικονοµικής Ανάλυσης µε ΜΕΚ Από τους παραπάνω πίνακες φαίνεται ξεκάθαρα ότι σε καµία περίπτωση η επένδυση δεν προκύπτει συµφέρουσα, αλλά αντίθετα είναι ζηµιογόνα. Μπορούµε ωστόσο να παρατηρήσουµε ότι στην περίπτωση που συµπεριληφθούν τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ στα θερµικά φορτία, µε τα ίδιο χρηµατοδοτικό σχήµα πετυχαίνουµε καλύτερα οικονοµικά αποτελέσµατα. ηλαδή όσο περισσότερα θερµικά φορτία τόσο το καλύτερο για την επένδυση. Στην περίπτωση συµπαραγωγής µε ΜΕΚ τα αποτελέσµατα είναι ακόµα χειρότερα από του αεροστροβίλου. Η αίτια βρίσκεται στην εξαιρετικά µεγάλη κατανάλωση καυσίµου που παρουσιάζουν οι ΜΕΚ σε σχέση µε την παραγόµενη ηλεκτρική και θερµική ενέργεια (χαµηλός βαθµός απόδοσης). Η γενικότερη αιτία που η εγκατάσταση αποδεικνύεται µη συµφέρουσα είναι η αυξηµένη και ασταθής τιµή αγοράς του καυσίµου αλλά και η χαµηλή τιµή αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. -89-

102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 5.1 Σχολιασµός Αποτελεσµάτων - Συµπεράσµατα Στο κεφάλαιο αυτό θα σχολιάσουµε τα τεχνικά και οικονοµικά αποτελέσµατα που προέκυψαν από τους υπολογισµούς των προηγούµενων κεφαλαίων. Στην αρχή του δεύτερου κεφαλαίου έγινε η ανάλυση των θερµικών φορτίων του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ (µε βάση τα δεδοµένα του 2005) και η κατανοµή τους στις 8760 ώρες του έτους. Από την ανάλυση προέκυψε ότι τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ λειτουργούν ετησίως περί τις 3400 ώρες για θέρµανση, στις οποίες το φορτίο κατανέµεται ως εξής: 1300 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 10 ως 23 MW 1400 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 5 ως 10 MW 800 ώρες το φορτίο είναι µικρότερο από 5 MW Αντίστοιχα για το ΑΧΕΠΑ, µε 5000 ώρες συνολικής λειτουργίας ετησίως για την κάλυψη αναγκών θέρµανσης (ανεξάρτητα από τη λειτουργία για θέρµανση νερού για άλλες διεργασίες), η κατανοµή του φορτίου προέκυψε ως εξής: 1500 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 10 ως 20 MW 1500 ώρες το φορτίο κυµαίνεται από 5 ως 10 MW 2000 ώρες το φορτίο είναι µικρότερο από 5 MW Για τη λειτουργία των λεβητοστασίων του ΑΠΘ και του ΑΧΕΠΑ το 2005, υπολογίστηκε κατανάλωση φυσικού αερίου ,32MWh µε αντίστοιχο κόστος ,04 για όλα τα λεβητοστάσια του ΑΠΘ, ενώ το ΑΧΕΠΑ κατανάλωσε ,56MWh φυσικού αερίου µε αντίστοιχο κόστος ,22 για το κεντρικό λεβητοστάσιό του. Κατασκευάζοντας τις καµπύλες φορτίου και διάρκειας φορτίου για το ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ παρατηρήθηκε µια πολύ µικρή µέση ισχύ σε σχέση µε τη µέγιστη ζήτηση και µεγάλη ζήτηση µόνο για µικρό χρονικό διάστηµα και για τις δύο περιπτώσεις. ηλαδή αν θα έπρεπε να καλύψουµε όλο το φορτίο µόνο µε την εγκατάσταση ΣΗΘ, θα χρειαζόµασταν µια πολύ µεγάλη ονοµαστική ισχύ των µηχανών προκειµένου να καλυφθεί το µέγιστο φορτίο, έχοντας όµως συνεχή λειτουργία, σε πλήρες φορτίο, µόνο για λίγες ώρες το χρόνο. Προφανώς κάτι τέτοιο θα ήταν ασύµφορο. Προκειµένου λοιπόν να µειώσουµε την απαιτούµενη ονοµαστική ισχύ, άρα και το αρχικό κόστος της εγκατάστασης, οδηγηθήκαµε στην παράλληλη λειτουργίας της νέας εγκατάστασης ΣΗΘ µε αυτή των λεβητοστασίων που ήδη υπάρχουν, τα οποία θα αναλαµβάνουν να καλύψουν τις ανάγκες αιχµής του θερµικού φορτίου. Για να µην έχουµε µεγάλες διακυµάνσεις του θερµικού φορτίου και ικανοποιητική µέση ισχύ, καταλήξαµε σε µια µηχανή µε ονοµαστική θερµική έξοδο περίπου 3MW και ηλεκτρική ονοµαστική έξοδο όσο το δυνατόν µεγαλύτερη. Για να καταλήξουµε µε ασφάλεια σε αυτό το µέγεθος της µηχανής επεξεργαστήκαµε στοιχεία καταναλώσεων και µέσων θερµοκρασιών και για άλλες χρονιές µετά το Το είδος της τεχνολογίας που µπορεί να χρησιµοποιηθεί ποικίλει. Οι περιπτώσεις που µελετήσαµε είναι η χρήση αεροστροβίλου και µηχανή εσωτερικής καύσης. Οι µηχανές πάνω στις οποίες βασίστηκε η µελέτη είναι ο αεροστρόβιλος GPB15D της εταιρείας Kawasaki και η µηχανή εσωτερικής καύσης της General Electric τύπου JMS

103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V Ο αεριοστρόβιλος GPB15D της εταιρείας Kawasaki είναι κατάλληλος για εφαρµογές συµπαραγωγής που απαιτούν παραγωγή θερµικής ενέργειας της τάξης των 3ΜW και ηλεκτρικής ενέργειας 1,5MW, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζεται ως Green Engine, δηλαδή µηχανή σχεδιασµένη για εγκαταστάσεις σε περιοχές που απαιτούν µειωµένες εκποµπές ρύπων, µε µόλις 25ppmv εκποµπές ΝΟx και 50ppmv εκποµπές CO (O 2 =15%) σε πλήρες φορτίο. Τα ονοµαστικά στοιχεία του Α/Σ (3MW th, 1,5MW el ) είναι από τα µικρότερα που κυκλοφορούν στο εµπόριο για τέτοιου είδους εφαρµογές. Η µηχανή εσωτερικής καύσης τύπου JMS 620 της εταιρείας General Electric είναι µια µηχανή µε ικανότητα απόδοσης περίπου 3MW θερµικής ενέργειας και 3MW ηλεκτρικής ενέργειας. Η µηχανή διαθέτει τέσσερις βαλβίδες ψεκασµού του καυσίµου σε κάθε κύλινδρό της καθώς και έναν κεντρικά τοποθετηµένο προθάλαµο καύσης προηγµένης σχεδίασης που προσφέρει υψηλή ποιότητα καύσης, µε µειωµένες απώλειες και βέλτιστες συνθήκες ανάφλεξης. Η χρήση προθάλαµου καύσης κάνει τη διαδικασία της καύσης πιο αποδοτική και αξιόπιστη, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνονται µειωµένες εκποµπές ρύπων (ΝΟx). Επιπλέον, αέρας και καύσιµο αναµιγνύονται σε χαµηλή πίεση πριν την καύση γεγονός που προσφέρει ένα οµογενοποιηµένο µίγµα, δίνοντας τις κατάλληλες προϋποθέσεις για αποδοτικότερη καύση. Στην περίπτωση της ΜΕΚ, πρέπει να αναφέρουµε ότι θερµική ενέργεια δεν προκύπτει µόνο από τα καυσαέρια αλλά και από το σύστηµα ψύξης της µηχανής. Για όλους τους συνδυασµούς των περιπτώσεων υπολογίστηκαν η ετήσια αναµενόµενη κατανάλωση καυσίµου, παραγωγή ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας και δείκτες απόδοσης. Όλα τα αποτελέσµατα φαίνονται συνοπτικά στον παρακάτω πίνακα. Μεγέθη Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΕΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ Κατανάλωση Καυσίµου [MWh / έτος] , , , ,11 Θερµική Ενέργεια [MWh / έτος] , , , ,24 Ηλεκτρική Ενέργεια [MWh / έτος] 4.349, , , ,78 Ηλεκτρική Απόδοση [%] 23,33 23,41 22,96 23,00 Θερµική Απόδοση [%] 66,77 67,13 65,81 66,00 Ολική Απόδοση [%] 90,10 90,54 88,77 89,00 Λόγος Ηλεκτρισµού Θερµότητας 0,3494 0,3487 0,3489 0,3485 Εξοικονόµηση Πρωτογενούς Ενέργειας 22,41 22,77 21,22 21,43 [%] Πίνακας 5.1: Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση του αεροστροβίλου -91-

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V Μεγέθη Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΜΕΚ Κεντρικό Λεβητοστάσιο Σύνολο Λεβητοστασίων ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ ΑΠΘ & ΑΧΕΠΑ Κατανάλωση Καυσίµου [MWh / έτος] , , , ,51 Θερµική Ενέργεια [MWh / έτος] 9.258, , , ,82 Ηλεκτρική Ενέργεια [MWh / έτος] 9.167, , , ,09 Ηλεκτρική Απόδοση [%] 35,78 35,81 35,68 35,68 Θερµική Απόδοση [%] 36,14 36,16 36,03 36,03 Ολική Απόδοση [%] 71,92 71,97 71,71 71,71 Λόγος Ηλεκτρισµού Θερµότητας 0,9902 0,9902 0,9903 0,9903 Εξοικονόµηση Πρωτογενούς Ενέργειας 14,42 14,47 14,16 14,17 [%] Πίνακας 5.2: Συγκεντρωτικός πίνακας αποτελεσµάτων κατανάλωσης καυσίµου, ηλεκτροπαραγωγής και θερµικής παραγωγής για την περίπτωση της ΜΕΚ Mε χρήση αεροστροβίλου προέκυψαν µικρότερες καταναλώσεις καυσίµου, µεγαλύτερη ποσότητα θερµικής ενέργειας αλλά µικρότερη ηλεκτρική παραγωγή. Ωστόσο, ο συνολικός συντελεστής απόδοσης του συστήµατος µε χρήση Α/Σ είναι πολύ µεγαλύτερος σε σχέση µε τη ΜΕΚ αγγίζοντας το 90% σε αντίθεση µε το 72% της ΜΕΚ. Όταν το ΑΧΕΠΑ συµµετέχει και αυτό στη διαδικασία της συµπαραγωγής, όπως είναι λογικό, αυξάνονται όλα τα µεγέθη κατ αναλογία µε την αύξηση του φορτίου, χωρίς να παρουσιάζονται αισθητές αλλαγές στην απόδοση του συστήµατος. Από την οικονοµική ανάλυση, προέκυψαν πολύ αρνητικά αποτελέσµατα για όλες τις περιπτώσεις. Η συµπαραγωγή µε τα σηµερινά δεδοµένα για τις τιµές των ενεργειακών προϊόντων όχι µόνο δεν προκύπτει συµφέρουσα, αλλά αποβαίνει ζηµιογόνα. Ωστόσο διαπιστώθηκε ότι όταν τα φορτία είναι περισσότερα (µικρά λεβητοστάσια ΑΠΘ και ΑΧΕΠΑ) τα οικονοµικά αποτελέσµατα είναι ευνοϊκότερα. -92-

105 ΚΕΦΑΛΑΙΟ V 5.2 Προτάσεις για περαιτέρω ανάλυση Τα όρια της παρούσας µελέτης σε ότι αφορά τη διαχείριση της θερµότητας σταµατούν στον εναλλάκτη καυσαερίων, δηλαδή στην παραγωγή θερµικής ενέργειας. Ο τρόπος διανοµής της αποτελεί ένα ξεχωριστό κοµµάτι που χρήζει µελέτης ως προς την απόδοσή του κ την αξιοπιστία του υπάρχοντος δικτύου διανοµής της.. Τα στοιχεία θερµοκρασίας και πίεσης του νερού / ατµού στην έξοδο του εναλλάκτη θα πρέπει να είναι τέτοια που να συµφωνούν µε τα ονοµαστικά στοιχεία της υπάρχουσας εγκατάστασης θέρµανσης. Αν δεν συµφωνούν, θα πρέπει να παρεµβληθούν εναλλάκτες στα σηµεία σύνδεσης που θα τα προσαρµόζουν στις επιθυµητές τιµές. Ωστόσο, η παρούσα εγκατάσταση του κεντρικού λεβητοστασίου δεν λειτουργεί στα ονοµαστικά της στοιχεία θερµοκρασίας και πίεσης του νερού εξόδου (υπέρθερµο νερό), καθώς το δίκτυο σωληνώσεων δεν είναι αξιόπιστο. Τα τεχνικά αυτά θέµατα θα πρέπει να εξεταστούν µε µεγαλύτερη προσοχή και να δοθεί µια τεχνικά και οικονοµικά υλοποιήσιµη λύση ώστε το σύστηµα να λειτουργεί όσο το δυνατόν αποδοτικότερα. Επίσης πρέπει να εξεταστεί περαιτέρω η διάταξη της εγκατάστασης για τις δυνατές περιπτώσεις ροής της θερµότητας. Η εγκατάσταση συµπαραγωγής µπορεί να λειτουργεί παράλληλα είτε σε σειρά µε τους συµβατικούς λέβητες. Για κάθε περίπτωση θα πρέπει να µελετηθεί και η αλλαγή της συνολικής απόδοσης του συστήµατος µετά την παρεµβολή των εναλλακτών και τις αλλαγές του δικτύου σωληνώσεων. Επιπλέον, πρέπει να επαναληφθεί η µελέτη µε νεότερα στοιχεία θερµοκρασίας και κατανάλωσης καυσίµου. Τα στοιχεία που χρησιµοποιήσαµε ήταν του 2005, καθώς αυτά ήταν τα πιο πρόσφατα που υπήρχαν σε ηλεκτρονική µορφή. Ωστόσο, έγινε µια αναφορά στις καταναλώσεις φυσικού αερίου των εν λειτουργία εγκαταστάσεων για χρονιές µετά το 2005 για να διαπιστωθεί η σταθερότητά τους. Από τα στοιχεία αυτά φάνηκε σταθερή κατανάλωση για τα µικρά λεβητοστάσια του ΑΠΘ και το ΑΧΕΠΑ, χωρίς όµως να συµβαίνει το ίδιο για το κεντρικό λεβητοστάσιο του ΑΠΘ. Στο κεντρικό λεβητοστάσιο έγινε αντικατάσταση των παλιών µηχανηµάτων µε καινούρια τα οποία ξεκίνησαν να λειτουργούν το 2007 χωρίς όµως σηµαντική µείωση της κατανάλωσης. Το 2009 λειτούργησε σύστηµα scada για τον έλεγχο της λειτουργίας του κεντρικού λεβητοστασίου, το οποίο θα επεκταθεί και στα µικρότερα λεβητοστάσια του ΑΠΘ, που οδήγησε σε µείωση της κατανάλωσης κατά 45% σε σχέση µε το Όλα αυτά επιβάλλουν τη συλλογή νεότερων στοιχείων και την επανεξέταση του εγχειρήµατος. Τέλος, αφού ληφθεί η τελική απόφαση για το είδος της µηχανής που θα χρησιµοποιηθεί και για τα θερµικά φορτία που θα τροφοδοτηθούν, πρέπει να γίνει η κατασκευαστική µελέτη του έργου, όπου θα αναλύονται όλες οι λεπτοµέρειες της κατασκευής, όπως η θέση εγκατάστασης, οι δοµικές εργασίες διαµόρφωσης των χώρων, οι εργασίες διασύνδεσης µε τη ΕΗ, οι µετατροπές του δικτύου σωληνώσεων, η παροχή φυσικού αερίου κλπ. -93-

106 -94-

107 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Συγγράµµατα 1. Π.Ντοκόπουλος, «Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών», Εκδόσεις ΖΗΤΗ, Έκδοση 1 η 2..Λαµπρίδης, Π.Ντοκόπουλος, Γ.Παπαγιάννης, «Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Tόµος Α, Εκδόσεις ΖΗΤΗ, Έκδοση 1 η 3. Βασίλειος Χατζηαθανασίου, «Σταθµοί Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας», Εκδόσεις Υπηρεσία ηµοσιευµάτων Α.Π.Θ Y. A. Çengel, M.A. Boles, «Θερµοδυναµική για Μηχανικούς», Τόµος Β, Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ, Έκδοση 3η Νόµοι 1. N_ APE / ΑΠΕ 129( )_ Directive_8_2004_el 3. Απόφαση Ε(2006) 6817 της 21ης εκεµβρίου ΦΕΚ 655/Β/ Κώδικας διαχείρισης του συστήµατος και συναλλαγών Ηλεκτρικής Ενέργειας 5. Εθνικό σχέδιο κατανοµής δικαιωµάτων εκποµπών για την περίοδο Ορισµός τιµολόγιου µεταφοράς φυσικού αερίου και αεριοποίησης ΥΦΑ 7. Νόµος 3299/2004 ικτυακοί Τόποι ιπλωµατικές Εργασίες 1. «Συστήµατα συµπαραγωγής ηλεκτρισµού και θερµότητας Περίπτωση του Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης και του Νοσοκοµείου ΑΧΕΠΑ», Στεφανία Ι. Αδάµου, Επιβλέπων Β.Χατζηαθανασίου, Θεσσαλονίκη - Ιούνιος «ιερεύνηση των δυνατοτήτων διείσδυσης συστηµάτων συµπαραγωγής σε κτίρια», Γεώργιος Αγτζόγλου, Βασίλειος Ζιώγος, Θεσσαλονίκη

108 Φυσικά Πρόσωπα 1. Ντοκόπουλος Πέτρος Επίκουρος καθηγητής του ΑΠΘ του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2. Παπαγιάννης Γρηγόρης Επίκουρος καθηγητής του ΑΠΘ του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 3. Συντηρητές Λεβητοστασίων ΑΠΘ 4. Αστεροσκοπείο ΑΠΘ 5. Χρόνης Γιάννης ιοικητικό στέλεχος ΑΠΘ 6. Σκαρπέτης Γιώργος, Σταθόπουλος Γιάννης Ηλεκτρολόγοι / Μηχανολόγοι Μηχανικοί της εταιρείας ΜΑΡΑΚ ΑΕΒΕ 7. Γιακουµάκη Εύα Ηλεκτρολόγος Μηχανικός, ΕΗ Αγ. ηµητρίου 8. Λουκαδόπουλος Μηνάς Ηλεκτρολόγος / Μηχανολόγος Μηχανικός 9. Καρατζάς Αριστοτέλης Οικονοµολόγος / Λογιστής -96-

109 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ -97-

110 -98-

111 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Αεροστροβίλου -99-

112 -100-

113 -101-

114 -102-

115 -103-

116 -104-

117 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β Τεχνικά χαρακτηριστικά Μ.Ε.Κ

118 -106-

119 -107-

120 -108-

121 -109-

122 -110-