Οικισμοί , απόγευμα. Θέμα: Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας για κάλυψη θερμικών φορτίων. βιομηχανίας και τηλεθέρμανσης

Transcript

1 , απόγευμα Οικισμοί Προεδρείο: Σ. Δοyάνης I. Καλογήρου Πρόεδρος (Καλογήρου): Κύριοι συνάδελφοι ξεκινάμε την απογευματινή συνεδρίαση, η πρώτη εισήγηση έχει θέμα - γενικά η απογευματινή συνεδρίαση είναι αφιερωμένη στον οικιστικό τομέα και στα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στον οικιστικό τομέα, η 1 η εισήγηση είναι του κυρίου Βακάλη, του συναδέλφου Βακάλη, με θέμα συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας για κάλυψη θερμικών φορτίων βιομηχανίας τηλεθέρμανσης. Ο κύριος βακάλης όμως βρίσκεται στην Κίνα αυτή τη στιγμή σ ένα ταξίδι ακριβώς γι αυτά τα θέματα και έτσι θα μιλήσει στη θέση του ο συνάδελφος Ευθυμιάδης. Ο κύριος Βακάλης είναι γνωστό παλιό στέλεχος της ΔΕΗ, διδάκτωρ μηχανολόγος και τώρα ασχολείται με θέματα μελετητικά ιδίως στον τομέα αυτόν της συμπαραγωγής. Ο κύριος Ευθυμιάδης είναι διδάκτωρ μηχανολόγος-ηλεκτρολόγος και αυτή την εποχή απασχολείται στο Ινστιτούτο Τεχνολογικών Εφαρμογών του ΕΛΚΕΠΑ, μια παρουσίαση των δραστηριοτήτων του έγινε σήμερα το πρωί α πό τον κύριο Κωδωνά. Ο κυριος Ευθυμιάδης. Έχετε 15' λεπτά maximum. Θέμα: Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας για κάλυψη θερμικών φορτίων βιομηχανίας και τηλεθέρμανσης Εισηγητής: Ανδρέας Βακάλης, δρ. μηχανολόγος, μηχανικός Παρουσιαστής: Απόστολος Ευθυμιάδης, δρ. ΜΗ 1. Βασικές αρχές συμπαραγωγής Όπως είναι γνωστό για να μετατραπεί θερμική ενέργεια σε μηχανική, σύμφωνα με το δεύτερο θερμοδυναμικό α ξίωμα, περισσότερο από το 50% της ενέργειας αυτής α ποβάλλεται ενεργειακά υποβαθμισμένο, δηλαδή με μικρότερη θερμοκρασία. Οσο μεγαλύτερος βαθμός αποδόσεως, στην ενεργειακή μετατροπή απαιτείται, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία στην οποία αποβάλλεται η υποβαθμισμένη θερμική ενέργεια. Είναι γενικά γνωστό ότι, ακόμα και στην περίπτωση ιδανικών διεργασιών χωρίς απώλειες, ανάμεσα στην εισερχόμενη για μετατροπή θερμική ενέργεια Qt με απόλυτη θερμοκρασία Τ, το τμήμα αυτής Qm που μετατρέπεται σε μηχανική ε-

2 Ιούλ.-Αύγ Τεχνικά Χρονικά 57 νέργεια και την υπόλοιπη ποσότητα Qo που αποβάλλεται υποβαθμισμένη σε θερμοκρασία Το, ισχύουν οι σχέσεις: Ot = Qm + Qo (πρώτο θερμοδυναμικό αξίωμα) Qm 1 Το (δ. θ.. -- = - -- ευτερο ερμοδυναμικο αξιωμα Qt Τ. (του Carnot). Σύμφωνα με τις νεώτερες μεθόδους διατύπωσης των νόμων της θερμοδυναμικής το τμήμα της ενέργειας που μπορεί να μετασχηματισθεί από την αρχική μορφή σε ο ποιαδήποτε άλλη καλείται εξέργεια. Το υπόλοιπο τμήμα της ενέργειας, που δεν μπορεί να αλλάξει μορφή, καλείται ανέργεια. Για κάθε μορφή ενέργειας ισχύει πάντα η σχέση: Ενέγεια = Εξέργεια + Ανέργεια Στην παραπάνω σχέση ένας από τους όρους του δεύτερου μέλους μπορεί να είναι μηδέν, όπως είναι μηδέν ο ό ρος της ανέργειας στην μηχανική ενέργεια, την ηλεκτρική ενέργεια ή τη χημική ενέργεια των καυσίμων. Στην περίπτωση της θερμικής ενέργειας ο όρος εξέργεια είναι τόσο μεγαλύτερος όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, ενώ μηδενίζεται και το σύνολο της θερμικής ενέργειας είναι ανέργεια, στην περίπτωση που η θερμοκρασία είναι ίση με την θερμοκρασία αναφοράς του περιβάλλοντος. 2. Ενεργειακό και εξεργειακό ισοζύγιο Οπως για κάθε διεργασία εξετάζεται ο ενεργειακός βαθμός αποδόσεως που ορίζεται σαν λόγος της ωφέλιμης προς την προσδιδόμενη ενέργεια πολύ ενδιαφέρουσες πληροφορίες για την οικονομικότητα και ορθολογική αξιοποίηση της ενέργειας σε μία διεργασία, μπορεί να δώσει και ο εξεργειακός βαθμός αποδόσεως. Ο εξεργειακός βαθμός αποδόσεως ορίζεται σαν λόγος της θεωρητικά ελάχιστης απαιτούμενης εξέργειας για την κάλυψη των θερμικών αναγκών ε προς την εξέργεια της πραγματικά προσδιδόμενης στη διεργασία ενέργειας Ε. Η τιμή του εξεργειακού βαθμού απόδοσης στις συνήθεις διεργασίες θέρμανσης νερού ή χώρων, με χρήση συμβατικών λεβήτων ή ηλεκτρικής ενέργειας, είναι πολύ χαμηλή γεγονός που αποδεικνύεται καθαρά με τους ε ξής συλλογισμούς: Η εξέργεια ενός ποσού θερμότητας Q που προσδίδεται σε απόλυτη θερμοκρασία τ είναι: Ε= Q Τ-Το Το όπου Το η θερμοκρασία περιβάλλοντος σε k. Εάν η προσδιδόμενη θερμότητα Q προέρχεται από καύση σε συμβατικό λέβητα θέρμανσης νερού ή από χρήση ηλεκτρικής ενέργειας το σύνολο της θερμικής ενέργειας Q είναι καθαρή εξέργεια. Q=E Στην περίπτωση αυτή ο εξεργειακός βαθμός απόδοσης της διεργασίας είναι: π = εξ Τ-Το Το Στη διαπίστωση των παραπάνω σκέψεων ελήφθη ο ενεργειακός βαθμός αποδόσεως της διάταξης μετασχηματισμού της ενέργειας [λέβητας] ίσος με μονάδα. Στην περίπτωση που ο βαθμός απόδοσης στην ενεργειακή μετατροπή είναι η" τότε ο εξεργειακός βαθμός απόδοσης είναι: n = εξ Τ-Το Το Π ε' Ενεικτικά αναφέρουμε ότι στην περίπτωση που ένας λέβητας με βαθμό απόδοσης 85% θερμαίνει νερά σε θερμοκρασία 90 ο C ο εξεργειακός βαθμός αποδόσεως είναι 26%. 3. Συμπαραγωγή και κύκλοι συμπαραγωγής Ο εξαιρετικά χαμηλός βαθμός εξεργειακής απόδοσης, στη διεργασία θέρμανσης νερού με ατμολέβητα οφείλεται στη χαμηλή θερμοκρασία τελικής χρήσης των 90 C. Μία σοβαρή βελτίωση μπορεί να επιτευχθεί εάν μηχανικό έργο παραχθεί από ένα τμήμα της θερμικής ενέργειας πριν αυτή υποβαθμιστεί στη θερμοκρασία τελικής χρήσης. Η βελτίωση αυτή επιτυγχάνεται σε εγκαταστάσεις συμπαραγωγής έργου και θερμότητας CHP [Cogeneration Heat and Power]. Στις σύγχρονες εγκαταστάσεις θερμοηλεκτρικών σταθμών, ο μέγιστος βαθμός αποδόσεως που επιτυγχάνεται στην ενεργειακή μετατροπή δεν υπερβαίνει το 40%. Για να επιτευχθεί αυτός ο βαθμός αποδόσεως η ενέργεια α ποβάλλεται με χαμηλή θερμοκρασία, μέσω του συμπυκνωτή προς το περιβάλλον [θάλασσα, ποταμός ή ατμόσφαιρα]. Η συμπαραγωγή αποβλέπει στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και εκμετάλλευση της θερμότητας που aποβάλλουμε σε εγκαταστάσεις όπου αυτή μπορεί ακόμη να είναι χρήσιμη. Στις εγκαταστάσεις συμπαραγωγής δεχόμαστε μια μείωση του βαθμού απόδοσης στην ενεργειακή μετατροπή ώστε η θερμότητα που αποβάλλεται από το σύστημα να είναι θερμοκρασίας κατάλληλης για επωφελή εκμετάλλευση σε θερμοβόρες εγκαταστάσεις. Με τη μέθοδο της συμπαραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας που επιτυγχάνεται στις εγκαταστάσεις συνδυασμένης παραγωγής, ο ολικός βαθμός αποδόσεως στην εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας του καυσίμου φτάνει και το 800Jo. Οι πιο συνηθισμένες εγκαταστάσεις συμπαραγωγής μεγάλων ποσών θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας είναι σήμερα εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων, αεριοστροβίλων και δηζελομηχανών Εγκαταστάσεις συμπαραγωγής με αεριοστρόβιλο Οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ή μηχανικής ε νέργειας με αεριοστροβίλους έχουν πολύ χαμηλό βαθμό αποδόσεως ο οποίος σπάνια υπερβαίνει το 25% και καταναλώνουν εξευγενισμένα υγρά ή αέρια καύσιμα. Οι παραπάνω ιδιότητες καθιστούν τους αεριοστροβίλους εγκαταστάσεις με υψηλό κόστος παραγωγής και για το λόγο αυτό μόνο για κάλυψη αναγκών αιχμής χρησιμοποιούνται. Ο χαμηλός βαθμός αποδόσεως των αεριοστροβίλων οφείλεται κυρίως στην υψηλή θερμοκρασία,

3 58 Τεχνικά Χρονικά Ιοuλ-Αuγ ' C έως 550' C, με την οποία αποβάλλονται τα καυσαέρια και σε απώλειες ψύξεως του αέρα, όταν η εγκατάσταση διαθέτει διβάθμιο συμπιεστή με ενδιάμεση ψύξη. Η χρήση της θερμότητας που αποβάλλεται από τις εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων για τη θέρμανση νερού aτμολεβήτων και αντίστοιχη εξοικονόμηση καυσίμου, ή για θέρμανση νερού που κυκλοφορεί σε δίκτυο παροχής θερμότητας πόλεων σχήμα 1, οδηγεί σε συνδυασμένη παραγωγή με πολύ ικανοποιητικό ολικό βαθμό αποδόσεως, ο οποίος υπερβαίνει το 80%. νωση του ατμού διακόπτεται σε πίεση 2+5 bar και ο α τμός οδηγείται από την έξοδο του aτμοστροβίλου στο δίκτυο θέρμανσης ή στον εναλλάκτη συμπυκνωτή για παραγωγή θερμού νερού. Στην εγκατάσταση με απομάστευση Σχ. 5 απομαστεύεται ατμός με κατάλληλη πίεση από ενδιάμεση βαθμίδα του aτμοστροβίλου, που τροφοδοτεί το σύστημα θέρμανσης, ενώ η υπόλοιπη ποσότητα του ατμού συνεχίζει την εκτόνωσή της μέχρι το συμπυκνωτή της εγκατάστασης. Η εγκατάσταση αντίθλιψης σε σύγκριση με την αντίστοιχη εγκατάσταση απομάστευσης παρουσιάζει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: - Απλή μορφή εγκατάστασης. - Περιορισμένες διαστάσεις aτμοστροβίλου και εναλλάκτη συμπυκνωτή με αντίστοιχα μειωμένο κόστος κατασκευής. Σχ. 180~C 1. Αεροσυμπιεστής 4. Γεννήτρια 2. Ενχυση καυσίμου 5. Εναλλάκτες: θερμότητας 3. Αεροστρόβιλος β. Πλαστικό δοχείο διαστολής 1. Διάταξη συvδυασμέvης παραγωγής ηλεκτρικής εvέργειας και θερμότητας με εγκατάσταση αεριοστροβίλου Εγκαταστάσειc; συμπαραγωγήc; με ατμοστρόβιλο Σε μια εγκατάσταση ατμοηλεκτρικού σταθμού παραγωγής με ατμοστρόβιλο, Σ χ. 2, ο ατμός εκτονώνεται μέχρι την απόλυτη πίεση των 0,05+0, 1 bar και αποδίδει τη θερμότητα συμπυκνώσεως στον συμπυκνωτή ο οποίος είναι ένας εναλλάκτης που λειτουργεί με κενό στην πλευρά του ατμού. Σε σύγχρονες εγκαταστάσεις ατμοηλεκτρικών σταθμών όπως του σχήματος 3, ο μέγιστος βαθμός απόδοσης που επιτυγχάνεται στην εκμετάλλευση της ενέργειας του καυσίμου είναι μικρότερος του 40%, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα ενεργειακής ροής [σχήμα 2]. Η ανάκτηση μέρους ή και του συνόλου της θερμότητας απωλειών, με αντίστοιχη αύξηση του βαθμού αποδόσεως στην ολική εκμετάλλευση της ενέργειας του καυσίμου, πραγματοποιείται με συμπαραγωγή θερμού νερού ή α τμού χαμηλής πιέσεως. Η βασική αρχή της διάταξης συμπαραγωγής φαίνεται στο σχήμα 4. Η εγκατάσταση συμπαραγωγής μπορεί να πάρει δύο μορφές, ανάλογα με τον τρόπο λήψης της θερμότητας από το θερμοδυναμικό κύκλο, τη μορφή της εγκατάστασης με αντίθλιψη ή τη μορφή της εγκατάστασης με απομάστευση. Στην εγκατάσταση με αντίθλιψη Σχ. 4 η εκτό- - Μείωση μέχρι και πρακτικά μηδενισμό των αναγκών σε ψυκτικό νερό της εγκατάστασης. Η εγκατάσταση αντίθλιψης έχει όμως και το σοβαρό μειονέκτημα ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ~τενά συνδεδεμένη με την ποσότητα θερμότητας που καταναλώνει το δίκτυο, έτσι είναι αδύνατη η ανεξάρτητη λειτουργία του ατμοηλεκτρικού σταθμού από το δίκτυο θέρμανσης, δυνατότητα η οποία είναι χαρακτηριστική του συστήματος με απομάστευση Συμπαραγωγή με δηζελομηχανή Η δηζελομηχανή, για μικρού και μεσαίου μεγέθους ε γκαταστάσεις συμπαραγωγής, αποτελεί πολύ ενδιαφέρουσα λύση λόγω του υψηλού βαθμού απόδοσης στην ηλεκτροπαραγωγή, του μεγάλου εύρους των εμπορικά διαθέσιμων μεγεθών [από μερικά kw μέχρι 20 KW] και του υψηλού εξεργειακού περιεχόμενου της ενέργειας που αποβάλλει με τα καυσαέρια. Η θερμότητα στις δηζελομηχανές είναι aπολήψιμη από 3 ρευστά: τα καυσαέρια, το ψυκτικό νερό και το λάδι λίπανσης. Σχήμα 6. Η θερμοκρασία στην οποία αποβάλλονται τα καυσαέρια στις δηζελομηχανές είναι χαμηλότερη από την αντίστοιχη των αεριοστροβίλων και κυμαίνεται ανάμεσα στους 300' C 400' C. Η πίεση του ατμού που παράγεται από waste heat bαiler, που συνεργάζεται με δηζελομηχανή, είναι συνήθως μικρότερη των 1 Ο bar. Πέρα από τη θερμότητα των καυσαερίων σοβαρά ποσά θερμικής ενέργειας, σε χαμηλότερη θερμοκρασία [60' έως 80 C], α ποβάλλονται με το ψυκτικό νερό της μηχανής και των ψυγείων λαδιού λίπανσης. Περίπου το 60% της ενέργειας του καυσίμου αποβάλλεται με τα καυσαέρια και το ψυκτικό νερό των δηζελογεννητριών και είναι δυνατό να ανακτηθεί με κατάλληλες διατάξεις συμπαραγωγής. 4. Το ελληνικό δυναμικό συμπαραγωγής Δυναμικό συμπαραγωγής έχουν όλες οι εγκαταστάσεις που παράγουν ή καταναλώνουν ηλεκτρική και θερμική ε νέργεια. Τις εγκαταστάσεις με δυναμικό συμπαραγωγής

4 Ιούλ.-Αύγ Τ εχνίκά Χρονικά 59,, On"'.ο J~ οι Οο Ο~ οι a..,.,~. ο,~""\\\ αιι.,~-..' σο-~' 0ΛΙΜΟ1. Ι!,.ΙιδΜ0Ι.lrιl'"ι060U41. _11...,1:)\"tt οοο Β Λ[ ε;.ιτ Al Τ ΑΤΜσlΤΡΟβιι\01 G Γ[Ν,..ΗΠIΙΑ Η [ΝΜΛΑΚ'Η~t β[ρηοτητασ arp ΤΡΟΟΟιtιΟΓΙ<Ιi ΑΝΤΙ'ι\Λ Λ[θΗΤΑ l Ot θ[ρμικο OOPtiQ ONI0-4 [Ν[Ρr[ΙΑ Οβ ΑΠ{)Λ[Ι(t Λ[βΗΤΑ 0 m {}Ο (λ IMH Η /'C. κ.ροf'1η):.ανικη tncpγeja ao: (}Ο[ΑΙΜΗ β(ρμιμη [Ν(ΡΓ[LΙ Σχήμα 2 I~, ' Α ΜΡ Υ Α ΜΡ.,! ιn- ι ~--~ mn mτι nn~ Λέβητας Στρόβιλος ΥΠ Υnεpθερμαντήρος Αναθερμαντήρας Στρόβιλος ΜΠ - - " r "' /., ou ΜΡ χ /Γr1 Μ> ~~~, Στρόβιλος ΧΠ Συμπυκνωτής I j ' ~ ΠΥΧ Προθερμαντής ΥΠ ΠΥΥ Προθερμαντής ΥΠ ΤΔ Τροφοδοτική Δεξαμενή Σχ. 3. Διάταξη εγκ!αεως παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ατμοστρόβιλο. θα εξετάσουμε χωριστά σε δύο ομάδες: - Την ομάδα των βιομηχανικών εγκrπαστάσεων και - Την ομάδα των σταθμών παραγωγής της Δ.Ε.Η Βιομηχανικές εγκαταστάσεις Σημαντική δυνατότητα συμπαραγωγής έχουν οι βιομηχανίες εγκατάστασεις παραγωγής ζάχαρης, χαρτοποιίας, υφαντουργίας, διυλιστήρια, χαλυβδουργίες, χημικής βιομηχανίας, βιομηχανίας τροφίμων κλπ. Οι εγκαταστάσεις συμπαραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας, που είναι εγκατεστημένες σε 20 ελληνικές βιομηχανικές μονάδες, έχουν συνολική ηλεκτρική ισχύ περίπου 300 MW. Από τις εγκαταστάσεις αυτές περίπου το 65% είναι με ατμοστρόβιλο, το 20% με δηζελογεννήτρια και οι υπόλοιπες με αεριοστpόβιλο. Από τα ε γκατεστημένα 300 MW λειτουργούν μόνο τα 150 MW περίπου. Οι υπόλοιπες εγκαταστάσεις παραμένουν ε κτός λειτουργίας χωρίς να υπάρχουν συγκεκριμένα αίτια για την κατάσταση αυτή. Η συμμετοχή της συμπαραγωγής στην κάλυψη της ενεργειακής ζήτησης στη Ελλάδα είναι πολύ χαμηλή γεγονός που φαίνεται και σε σύγκριση με τη γειτονική μας Ιταλία όπου πάνω από 12% της ετήσιας ηλεκτροπαραγωγής, σε εθνική κλίμακα, παράγεται σε εγκαταστάσεις συμπαραγωγής ΑτμοηΑεκτρικοί σταθμοί Δ.Ε.Η, Οι μονάδες παραγωγής των μεγάλων ατμοηλεκτρικών σταθμών της Δ.Ε.Η., με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 5500 MW και ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας περίπου GWH, αποβάλλουν στο περιβάλλον με μορφή ανέργειας περίπου GWH θερμότητας. Η ανάκτηση ενός ποσοστού 15% της παραπάνω θερμότητας ισοδυναμεί με Τ.Ι.Π. Τις μονάδες παραγωγής των θερμοηλεκτρικών σταθμών της Δ.Ε.Η. μπορούμε να εξετάσουμε σε δύο ομάδες: - Την ομάδα των μεγάλων μονάδων με υπερθέρμανση και αναθέρμανση του ατμού και - Την ομάδα με τις μικρότερες μονάδες με απλή υ- περθέρμανση. Στην ομάδα των μεγάλων μονάδων παραγωγής υπάγονται μονάδες με ισχύ 125 MW, 150 MW και 300 MW. Στις μονάδες αυτές είναι δυνατή η απομάστευση ατμού από τη γραμμή διασύνδεσης του σώματος μέσης με το

5 60 Τεχνικά Χρονικά Ιούλ.-Αύγ '.> ο 0\ Β ο ο Qm 02~01. BFP β Λ[Ε!ΙΗΤΙ.l Τ,t,TMOtτPCJιθι,a.,Ql G Γ(Νt.ιΙ 41"ΡιΑ Η [ΝΑ.ι\ι\ΑΚΤΙ-Ιt θ(pt-"'ithtai BrP ΤΡΟΟΟΔ()Γι(Η ΑΝΤΑΙΛ Ιι:θΗ1Α l θ[ρμιi<ο OOPTIO Ot ΟΝΊ<Η [Ν(ΡΠ:ΙΙ. Οβ.ι.nΩι\t.ι(Σ Λ[θΗΤΛ Om ΩΟ(λΙΜΗ HI'C. κρ()ηη);.ανιιu1 (Ν(ΡΓ()Α Οο : ΩΟU\ΙΜΗ θ[ρμικη [Ν[ΡΓ[Ιι Σχήμα 4 Καt. σι μο +.ιι Νερό Ψuςεωι; Λέβηιαι:, nrτ n:τ.ι Α Α Γ Ι Λέβητας Ατμοστpόβιλος Γεννήτρια Συμπυκνωτής εναλλάκτης ΜΠ Σ, Κύριος συμπυκνωτής ΠΥΣ Προθερμαντήι; χαμηλής πιέσεως ΤΔ Τροφοδοτική δεξαμενη ΠΥΥ Προθερμαντής Υψηλής Πιέσεως ECO u Απαερωt -ηeι Σχήμα 5 Σχήμα 6 σώμα της χαμηλής πίεσης του ατμοοτρόβιλου [Grossoνer] και στην περίmωση διβάθμιου σταθμού λήψης θερμότητας συμπληρωματικά και από την απομάστευση Νο 1. Στον πίνακα 1 δίνονται τα βασικά λειτουργικά μεγέθη των μεγάλων μονάδων της Δ.Ε.Η. με τον όρο της περιορισμένης έκτασης συμπαραγωγής. Από τον πίνακα αυτό φαίνεται ότι με μόνο 6% μείωση της ηλεκτρικής ισχύος των ατμοηλεκτρικών μονάδων της Δ.Ε.Η. επιτυγχάνεται εξοικονόμηση πενταπλάσιας ποσότητας θερμικής ενέργειας που στο σύνολο των μονάδων της μπορεί να φθάσει συνολικά σε ποσότητα που για να παραχθεί διαφορετικά απαιτείται κατανάλωση τόνων πετρελαίου το χρόνο. Η ομάδα των μικρών ατμοηλεκτρικών μονάδων της Δ.Ε.Η. που περιλαμβάνει μεγέθη με ιαχύ 40, 60 και 70 MW είναι μια ομάδα μηχανών που τείνει να τεθεί σε διαθεσιμότητα ή περιορισμένη εκμετάλλευση, σε περιόδους αιχμής στη ζήτηση, επειδή οι μονάδες αυτές έχουν χαμηλό βαθμό απόδοσης. Η μετατροπή των παλαιών αυτών μονάδων σε μονάδες ολικής αντίθλιψης μπορεί να τις μετατρέψει σε οικονομικότατους σταθμούς συμπαραγωγής αφού το σύνολο των απωλειών που περιόριζαν αρχικά το βαθμό απόδοσης ανακτάται και αξιοποιείται με τη μορφή θερμότητας. Σε πολλές πόλεις της Ευρώπης ακριβώς οι μικρότερες και λιγότερο οικονομικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής έχουν μετατραπεί σε σταθμούς συμπαραγωγής με

6 Ιούλ.-Αυγ Τεχνικά Χρονικό 61 Σχήμα 7. Πρόγραμμα υπολογισμού κόσrους μεταφοράς θερμικής ενέργειας ΔΕΔΟΜΕΝΑ Παροχή θερμού νερού: Ταχύτητα θερμού νερού: Μήκος μεταφοράς: Ώρες λειτουργίας/έτος: Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας: Θερμοκρασία νερού στην αναχώρηση: Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος: Θερμοκρασία νερού επιστροφής: Επιτόκιο χρεωλυσίου σε παρούσα αξία: Χρόνος απόσβεσης εγκαταστάσεων μεταφοράς: Q (t/h) ν (m/s) (<3m/s) ιο (m). Η (h) ΚΕ (Δρχ./ kwh) ΤΟΝ ( C) TOUT ( C) Τ2 ( C) ΕΡΤ YEAR (χρόνια) Συντελεστής αγωγιμότητας ρευστού προς αγωγό: Α1 (W/m 2 k) Συντ. αγωγιμότητας αγωγού προς αέρα περιβάλ.: Α2 (W/m 2 k) Συντελεστής θερμικής διαπερατότητας: LAMDA (W/- m 2 k) ** Πίνακας υδραυλικών αντιστάσεως: R (mmws/m) Πίνακας κόστους σωλήνων τυποποιημένων: (Δρχ/m) Πίνακας κόστους μόνωσης σωλήνων: (Δρχ/m 2 ) Πίνακας κόστους τυποποιημένων αντλιών: Πίνακας κόστους υπέργειας ή υπόγειας όδευσης τυποποιημένων σωλήνων: Υπολογισμός και l τυποποίηση διαμέτρου σωλήνων l (ΔρΧ) (Δρχ/m) Υπολογισμός πτώσης πίεσης και θερμοκρασίας στη σωλήνωση 1 Εύρεση και τυποποίηση της αντλίας μεταφοράς 1 Υπολογισμός του ελάχιστου κόστους μεταφοράς της θερμικής ενέργειας και της τελικά aξιοποιήσιμης ποσότητάς της. 1 Υπολογισμός του κόστους της εκμεταλλεύσιμης ενέργειας * Οι παραπάνω υπολογισμοί γίνονται με διάφορα μήκη μεταφοράς, ξεκινώντας aπό μία αρχική τιμή LO και aυξάνοντάς την με το εκάστοτε επιθυμητό βήμα. ** Οι παραπάνω υπολογισμοί μπορούν να γίνουν ταυτόχρονα για τέσσερις τύπους μονωτικών υλικών και διάφορα πάχη. Από το πρόγραμμα εκλέγεται η εκάστοτε οικονομικότερη λύση. *** Ο πίνακας δίνει τις αντιστάσεις των σωληνώσεων ανά τρέχον μέτρο, ανάλογα με τη διάμετρό τους και την παροχή του ρευστού. αντίθλιψη και τροφοδοτούν τα δίκτυα περιφερειακής θέρμανσης. 5. Περιφερειακή θέρμανση και συμπαραγωγή Ενας από τους σπουδαιότερους καταναλωτές της θερμότητας που παράγεται με συμπαραγωγή είναι και τα δiκτυα περιφερειακής θέρμανσης ή τηλεθέρμανσης. Επειδή οι σταθμοί παραγωγής βρίσκονται σε κάποια απόσταση από τις πόλεις καταναλωτές θερμότητας παρουσιάζει ενδιαφέρον η μελέτη του συστήματος μεταφοράς θερμικής ενέργειας από τον τόπο παραγωγής στη θέση κατανάλωσης. Τα δίκτυα μεταφοράς θερμότητας λειτουργούν συνήθως με τη μεταφορά θερμού νερού υπό πίεση σε θερμοκρασία από 120 ο C έως 150 ο C. Η επιλογή της θερμοκρα-

7 62 Τεχvικά Χρονικά Ιούλ.-Αύγ Πίνακας 1 Ισχύ Παροχή ατμού τ /Η Μείωση 121 Ανάκτηση 131 Ετήσια εξοικ. 141 Συντελεστ. 151 Αριθμός Μονάδας Ονομαστική Ονομαστ. Συνολική 1 Ηλεκτρικής θερμότητας Ενέργειας Ανάκτησης ομοιων MW Λέβητα Στροβίλου απομαστεuσ. ισχύος MW 10 Kcal/h Τόνοι πετρ. θερμοτ. HRF Μονάδων [1] Για κάλυψη θερμικών φορτίων συμπαραγωγής. [2] Που οφείλεται στην απομάστευση. [3] Με μέση ενθαλπία απομάστευσης 675 Kcal/kg και επιστροφή συμπυκνώματος 90 C. [4] Για ώρες λειτουργίας το χρόνο και βαθμό απόδοσης 80% στην καύση πετρελαίου. [5J Λόγος της θερμότητας που ανακτάται προς τη μείωση της ηλεκτρικής παραγωγής, τα ποσά μετρούνται με τις ίδιες μονάδες. [6] Περιλαμβάνεται και μια μονάδα 200 MW στο Κερατσίνι. 'j,_, ~~ 'Ί --;;:-----,... 0=77t/h (5χ10'kcal/h) Q=154t/h (1Qχ1Q'kcal/h) ~ " " Q=308t/h (20χ10'kcallh) Q=770t/h (50χ10'kcallh) - Κόστος θερμικής ενέργειας από καύση δήζελ (η=ο.β): 450 δρχ.ικwh Σχήμα 9: Κόστος μεταφοράς θερμικής ενέργειας διάρκεια λειτουργίας 2.500h/έτος - δισωλήνιο σύστημα Σχήμα Β: οίας Κόστος μεταφοράς θερμικής ενέργειας διάρκεια λειτουργίας 3.500h/έτος - δισωλήνιο σύστημα μεταφοράς πρέπει πάντα να αποτελεί αντικείμενο βελτιστοποίησης διότι όσο είναι χαμηλότερη η θερμοκρασία αποστολής του θερμού νερού τόσο χαμηλότερες είναι οι απώλειες θερμότητας στη μεταφορά και υψηλότερος ο συντελεστής ανάκτησης της θερμότητας HRF στο σταθμό συμπαραγωγής. Αντίθετα με την αύξηση της θερμοκρασίας του θερμού νερού μειώνεται η παροχή του και αντίστοιχα οι διαστάσεις και το κόστος του δικτύου μεταφοράς. Για την ταχεία εκτίμηση του κόστους που επιβαρύνει τη μεταφορά θερμότητας για τροφοδοσία συστημάτων περιφερειακής θέρμανσης αναmύξαμε πρόγραμμα ηλε- κτρονικού υπολογισμού που εκτιμάται το κόστος μεταφοράς της θερμικής ενέργειας λαμβάνοντας υπόψη τα εξής μεγέθη: Μήκος μεταφοράς. Ωρες λειτουργίας το έτος. Παροχή του θερμού νερού. Θερμοκρασία του νερού πριν και μετά τη χρήση. Ταχύτητα μεταφοράς του νερού. Θερμοκρασία του περιβάλλοντος χώρου. Κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας. Είδος του δικτύου μεταφοράς [υπέργεια ή υπόγεια ό δευση, υλικό κατασκευής και πάχος των σωληνωσεων]. Είδος και το πάχος της μόνωσης των σωληνώσεων. Στο Σχήμα 7 παρουσιάζονται τα βήματα του προγράμμα-

8 Ιούλ.-Αύγ Τεχνικά Χρονικά 63 τος Η/Υ και στα Σχήματα 8 και 9 το κόστος μεταφοράς της θερμότητας σε συνάρτηση με την απόσταση μεταφοράς για και ώρες λειτουργίας το χρόνο. Τα διαγράμματα στα Σχήματα 8 και 9 χαράχθηκαν με τις εξής παραδοχές: - Η μεταφορά του νερού γίνεται με χρήση σιδηροσωλήνων. Ευχαριστώ ήολύ. - Θερμοκρασία αναχώρησης θερμού νερού - Θερμοκρασία επιστροφής ψυχρού νερού - Ταχlιτητα νερού - Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας - Επιτόκιο χpεωλuσίου σε παρούσα αξία [aποπληθωρισμένο] - Χρόνος απόσβεσης εγκαταστάσεων μεταφοράς - Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος - Συντελεστής αγωγιμότητας ρευστού προς αγωγό - Συντελεστής αγωγιμότητας αγωγού προς αέρα περιβάλλοντος 120 oc 55 oc 2 m/s 9 δρχ./kwh 10% 15 χρόνια 8 C 400 W/m 2 k 7 W/m 2 k Πρόεδρος (Καλογήρου): Ευχαριστούμε τον κύριο Ευθυμιάδη και για την προθυμία του να παρουσιάσει την εισήγηση μια που ο κύριος Βακάλης δεν μπορούσε να έρθει, ο επόμενος ομιλητής είναι ο κύριος Χρήστος Ζαχαρίας, είναι μέλος γραφείου μελετών ειδικευμένου στις ενεργειακές μελέτες. Το θέμα το οποίο θα παρουσιάσει είναι: η «περιφερειακή θέρμανση πόλεων». Υπενθυμίζω ότι όσοι θέλουν ερωτήσεις καλό είναι να τις συμπληρώνουν στα έντυπα τα οποία υπάρχουν για το τέλος, καθώς επίσης και παρεμβάσεις και όπου εκεί νομίζω και ο κύριος Λέφας μπορεί να θέσει όλο αυτό. Θα είναι πάρα πολύ ενδιαφέρον, θα έχετε τον καιρό μετά να μας τα πείτε. Λέφας: Σ.Σ.: Μιλάει μακριά από το μικρόφωνο και δεν aκούγεmι Θέμα: Περιφερειακή θέρμανση πόλεων Εισηγητής: Χρήστος Ζαχαρίας, ΜΗ ΕΜΠ, ΛΔΚ σύμβουλοι τεχνικών και αναmυξιακών έργων 1. Εισαγωγή Η θέρμανση της κατοικίας, των δημοσίων χώρων και των εμπορικών καταστημάτων σε πολλές πόλεις του ανατολικού και δυτικού κόσμου έπαψε να αποτελεί ιδιωτική υ πόθεση αυτών που χρησιμοποιούν το συγκεκριμένο χώρο και θεωρείται πλέον κοινωνικό αγαθό. Οπως στις ελληνικές πόλεις θεωρείται φυσικό το ότι κάθε οικοδομή είναι συνδεδεμένη με το κοινό δίκτυο της πόλεως για παροχή ηλεκτρικού και νερού έτσι σε πόλεις ορισμένων ευρωπαϊκών χωρών θεωρείται πλέον αυτονόητο, χρήσιμο και οικονομικό να είναι κάθε κτήριο συνδεδεμένο στο δίκτυο ΠΕΡιΦΕΡΕιΑΚΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ. Μία τακτική συνήθως επιχείρηση κοινής ωφέλειας παράγει, εκμεταλλεύεται τα δίκτυα και διανέμει στους κaταναλωτές, τη θερμότητα με παρόμοιο τρόπο που άλλες επιχειρήσεις στην Ελλάδα εξασφαλίζουν το πόσιμο νερό. Το σύστημα περιφερειακής θέρμανσης πόλεων αποτελείται από: - Τους κεντρικούς σταθμούς παραγωγής θερμότητας. - Το δίκτυο μεταφοράς θερμότητας. - Το δίκτυο διανομής της θερμότητας στους καταναλωτές. - Τ ι ς εσωτερικές εγκαταστάσεις θέρμανσης. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία του ΟΗΕ, που προέρχονται από δειγματοληπτική έρευνα σε 17 χώρες ανά τον κόσμο, το 31% της συνολικά κατανaλισκόμενης ενέργειας δαπανάται για την εξυπηρέτηση των κτηριακών ε γκαταστάσεων