KAΥΣΙΜΑ. Μ. Φούντη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2004

Transcript

1 KAΥΣΙΜΑ Μ. Φούντη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2004

2 Κατηγορίες καυσίµων Στερεά: Τύρφη Φαιάνθρακες (λιγνίτης, κώκ) Λιθάνθρακες Υγρά: Αέρια: Αέριο πυρόλυσης, εξανθράκωσης Φωταέριο Υγραέριο Φυσικό αέριο Υγραέριο Diesel Mαζούτ Βενζίνη Κηροζίνη

3 Κριτήρια επιλογής καυσίµου Τύπος εστίας / θαλάµου καύσης και σύστηµα επεξεργασίας καυσίµου Περιοχή λειτουργίας συστήµατος καύσης Τεχνολογία καύσης Είδος θαλάµου καύσης ιαθέσιµα συστήµατα προστασίας περιβάλλοντος Ύψος διατιθέµενων κεφαλαίων.

4 Ενδεικτικές χρήσεις καυσίµων Κ α ύ σ ι µ ο Μ ο ρ φ ή κ α ι τ ρ ό π ο ς Π α ρ ο χ ή ς κ α υ σ ί µ ο υ Ε φ α ρ µ ο γ ή Ά ν θ ρ α κ α ς Κ α ύ σ η εσ χά ρα ς ( κώ κ, λιθάνθρακες) Κ ο ν ιο π ο ιη µ ένο ς σ ε ρ ε ύ µ α α έ ρ α ά ν θ ρ α κ α ς Α τ µ ό ς, α π ό π ρ ο θ ε ρ µ α σ µ έ νο σ ω λ ή ν α ή δ ο χ ε ίο Ο ικ ια κ έ ς (ισ τ ο ρ ικ ά ) Μ ικ ρ ο ί β ιο µ η χ α ν ικ ο ί λέβητες Μ εγάλες β ιο µ η χ α ν ικ έ ς εσ τίες Τ σ ιµ εντοκλίβ α νοι Μ ε ρ ικ ο ί α ε ρ ιο σ τ ρ ό β ιλ ο ι α ε ρ ο σ κ α φ ώ ν Θ ε ρ µ ά σ τ ρ ε ς Μόνιµες συνθήκες ροής Κ η ρ ο ζ ίν η Ε λ α φ ρ ύ π ε τ ρ έ λ α ιο Β α ρ ύ π ε τ ρ έ λ α ιο ( Μ α ζ ο ύ τ ) Σ π ρ έ ϋ σ τ α γ ο ν ιδ ίω ν α π ό δ ια σ κ ο ρ π ισ τ ή ρ α π ε ρ ισ τ ρ ε φ ο µ ένο υ καλύµ µ α τ ο ς (κάδου) Σ π ρ έ ϋ α π ό δ ια σ κ ο ρ π ισ τ ή ρ α σ τ ρ ο β ιλ ισ µ ο ύ Σ π ρ έ ϋ α π ό δ ια σ κ ο ρ π ισ τ ή ρ α σ τ ρ ο β ιλ ισ µ ο ύ έ σ µ η σ τ α γ ο ν ιδ ίω ν π α ρ α σ υ ρ ο µ ένη α π ό ρ ε ύ µ α ή µ ε π ίε σ η Π ε ρ ιο ρ ισ µ ένα σ ε ο ικ ια κούς λέβητες (ό χ ι σ τ η ν Ε λ λ ά δ α ) Α ε ρ ιο σ τ ρ ό β ιλ ο ι α ε ρ ο σ κ α φ ώ ν Β ιο µ η χ α ν ικ ο ί α ε ρ ιο σ τ ρ ό β ιλ ο ι Μ εγάλοι ο ικ ια κ ο ί λέβητες Α ν ο ικ τ έ ς εσ τίες Μ εγάλοι β ιο µ η χ α ν ικ ο ί λέβητες Υ γ ρ ά και σ τ ε ρ ε ά καύσιµ α π υ ρ α ύ λ ω ν Σ π ρ έ ϋ α π ό σ υ γ κ έ ν τ ρ ω σ η δ ε σ µ ώ ν α έ ρ α Σ ε µ ο ρ φ ή µ π λ ό κ δ ια τ ρ η τ ώ ν καύση σ τ η ν ελεύθ ερη επ ιφ ά νεια Σ ε µ εγά λες µ η χ α ν έ ς π υ ρ α ύ λ ω ν Μ ικ ρ έ ς µ η χ α ν έ ς (π. χ. P o l a r i s ) π ο υ α π α ιτ ο ύ ν σ τ ιγ µ ια ία ετοιµ ό τ η τ α Μεταβατικές συνθήκες ροής Β ε ν ζ ίν η Ε λ α φ ρ ύ π ε τ ρ έ λ α ιο (D ie se l) Ε ξ ά τ µ ισ η σ ε επ α φ ή µ ε α έ ρ α και θ ε ρ µ ές επ ιφ ά νειες Σ π ρ έ ϋ σ χ η µ α τ ιζ ό µ ενο α π ό έγχυσ η µ έσ α α π ό µ ικ ρ ή δ ια τ ο µ ή σ ε π ε π ιε σ µ ένο α έ ρ α (µ π έ κ ) Σ ε µ η χ α ν έ ς ένα υσ η ς µ ε σ π ιν θ ή ρ α (Ο Τ Τ Ο µ η χ α ν έ ς ) Σ ε µ η χ α ν έ ς ένα υσ η ς υ π ό σ υ µ π ίε σ η (D ie s e l µ η χ α ν έ ς )

5 Προσδιορισµός θερµογόνου δύναµης Κατά την καύση ενός καυσίµου η χηµική του ενέργεια µετατρέπεται σε αισθητή θερµότητα. Θερµογόνο ικανότητα του καυσίµου ονοµάζουµε την θερµότητα που προκύπτει από την καύση ενός kmol καυσίµου H Q n o = kj/kmol n: kmol του καυσίµου

6 Προσδιορισµός θερµογόνου δύναµης Ho = Hu + µ H 2 O r r: θερµότητα υγροποίησης του υδρατµού (r = 2449 kj/kg για νερό 20 ο C) Κατώτερη θερµογόνος ικανότητα (Hu): Στην θερµοκρασία αναγωγής ο υδρατµός του καυσαερίου βρίσκεται σε αέρια φάση Ανώτερη θερµογόνος ικανότητα (Ho): Στην θερµοκρασία αναγωγής ο υδρατµός του καυσαερίου έχει µετατραπεί σε νερό Η Ηο είναι µεγαλύτερη από την Hu κατά την θερµότητα υγροποίησης του υδρατµού που βρίσκεται στο καυσαέριο.

7 Προσδιορισµός θερµογόνου δύναµης Για αέρια µείγµατα H = V H + V H + ΣV H M CO CO H2 H2 CnHm CnHm Τα στερεά και υγρά καύσιµα δεν είναι µείγµατα στοιχείων αλλά συνήθως µείγµατα χηµικών ενώσεων των στοιχείων: H o = c h s η ( kj / kg) 2 O Hu = c h s η ( kj / kg) 2 O

8 Χαρακτηριστικά στερεών καυσίµων Καύσιµ ο Σύσταση σε φυσική Φ υ σ ικ ά κατάσταση H u (M J/kg) χαρακτηριστικά Γενικά: Πτητικά Υγρασία Τέφρα Τύρφη ~ (1 )* Νεώτεροι ( ή µ αλακοί) φαιάνθρακες ~ ( kcal/kg) (2 )* Γ α ιώ δ ε ις φαιάνθρακες Γ ε ω λ ο γ ι κ ή η λ ι κ ί α Ε λασ τικότητα σε εξω τερική πίεση Ιν ώ δ εις, µ αλακοί, π λασ τικότητα σε εξω τερική πίεση Υγρασία + Λιγνίτης + Πισσάσφαλτος + Κυτταρίνη Ο ξ έ α φυτικής προέλευσης + Λιγνίτης + Πυροπισσίτης Μ ικ ρ ή θερµ ογόνος ικ α ν ό τ η τ α λόγω µ εγάλης περιεκτικότητας σε αδρανείς ουσίες 6072% 8090% % 5565% 5070% 220% 5055% 2540% 1030% ~ 1020 ( kcal/kg) Λιθάνθρακες Προέρχονται από φαιάνθρακες µ ετά από πίεση και θέρ µ ανση από υπερκείµ ενα γεω λογικά στρώµ ατα εν περιέχουν κυτταρίνη ούτε λιγνίτη ~ 12% ~ 7% ~ 18%

9 Τύρφη Ητύρφη είναι το γεωλογικά νεώτερο καύσιµο Συστατικά: κυρίως λιγνίνη και κυτταρίνη Χαρακτηρίζεται από µεγάλη περιεκτικότητα σε υγρασία 8095%. Παρουσιάζει ελαστικότητα σε εξωτερική πίεση Η συνήθης σύσταση της τύρφης σε κατάσταση ελεύθερη υγρασίας είναι: Ανθρακας 45 63% Αζωτο 1% Υδρογόνο 5 6% Θείο 0,3 1% Οξυγόνο 25 36% Τέφρα %

10 Τύρφη Ηθερµογόνος ικανότητα και η περιεκτικότητα σε πτητικά εξαρτώνται από την φυσική κατάσταση Κατάσταση Φυσική Ξερή σε ρεύµα αέρα Μετά από συµπίεση Ξύλο Πράσινο (χλωρό) Ξηρό στον αέρα Απορρίµατα Πτητικά κατά µάζα % Πτητικά % Η 2 Ο% Τέφρα % Hu [MJ/kg] ,1 0,5 0,7 0, , Υγρασία % Τέφρα % Hu [MJ/kg] 35 0, ,1 15,

11 Νεώτεροι φαιάνθρακες (µαλακοί φαιάνθρακες) Συστατικά: Οξέα φυτικής προέλευσης, λιγνίτης και πυροπισσίτης. Είναι ινώδεις και µαλακοί και αντίθετα µε την τύρφη δεν είναι ελαστικοί αλλά πλαστικοί. Μεγάλη περιεκτικότητα σε πτητικά (55% 65%), σε υγρασία (50% 70%), και τέφρα (2% 20%). Εξ αιτίας µεγάλης περιεκτικότητας σε αδρανείς ουσίες, η θερµογόνος ικανότητά είναι πολύ µικρή (Hu = 3,4 10,5 ΜJ/kg ή kcal/kg). Aντιπροσωπευτικοί µαλακοί φαιάνθρακες βρίσκονται στα πλούσια σε αδρανή συστατικά κοιτάσµατα της Πτολεµαϊδας και Μεγαλόπολης.

12 Γαιάνθρακες Χωρίζονται σε Λιθάνθρακες και Φαιάνθρακες ανάλογα µε την περιεκτικότητά τους σε: Πτητικά Κυρίως υδρογονάνθρακες υπό µορφή ατµών. Εγκαταλείπουν το καύσιµο από οc. Σηµαντικά γιατί έρχονται σε επαφή µε τον κόκκο πριν αρχίσει η καύση. Τέφρα Μεταλλικές ενώσεις: SO3, οξείδια των µετάλλων Al (Al2O3), Si (sio2), Fe, Ca, Μg, K, Na. Υγρασία Βαθµό εξανθράκωσης Μορφή φλόγας (Φωτεινή ή σκοτεινή, µεγάλου ή µικρού µεγέθους).

13 Θερµογόνος ικανότητα στερεών καυσίµων Ηο : Ανώτερη Θ.Ι. αυτή που αποδίδεται σε αδιαβατική βόµβα. Hu :Κατώτερη Θ.Ι θερµότητα που αποδίδει το καύσιµο σε αδιαβατική βόµβα µείον αυτή που χρειάζεται η υγρασία του καυσίµου για την εξάτµισή της. Τα στερεά καύσιµα περιλαµβάνουν την οργανική καύσιµη ύλη και τα άκαυστα συστατικά που είναι η υγρασία και η τέφρα.

14 ( w f) Θερµογόνος ικανότητα στερεών καυσίµων Ηθερµογόνος ικανότητα µπορεί να αναφέρεται σε φυσική κατάσταση: Ελεύθερη υγρασίας % κ. µ. (w.f) Ελεύθερη υγρασίας και τέφρας % κ. µ. (w.a.f) Hu = Hu 100 w ( wf ), w Hu = Hu (w α f ) 100 w α 24,42w λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης H 2 O 100 w= περιεκτικότηκα κ.µ. σε νερό

15 Επίδραση των πτητικών και της υγρασίας Η περιεκτικότητα των γαιανθράκων σε πτητικά επηρεάζει: την θερµογόνο ικανότητα την ταχύτητα ανάφλεξης. Η αύξηση της περιεκτικότητας του καυσίµου σε υγρασία αυξάνει τον όγκο των καυσαερίων. Κατώτερη και ανώτερη θερµογόνος ικανότητα στερεών καυσίµων σε συνάρτηση της περιεκτικότητάς των σε πτητικά.

16 Επίδραση των πτητικών και της υγρασίας Ταχύτητα ανάφλεξης µίγµατος κονιοποιηµένου γαιάνθρακα και αέρα σε συνάρτηση της περιεκτικότητας σε πτητικά και τέφρα.

17 Υγρά καύσιµα Είναι προϊόντα της κλασµατικής απόσταξης πετρελαιοειδών, καθώς επίσης προϊόντα απόσταξης λιθανθράκων και φαιανθράκων ή κατάλοιπα διαφόρων διεργασιών (π.χ.σουλφίζ από τη παραγωγή χάρτου).

18 Υγρά καύσιµα Βενζίνες Πετρέλαια Εσωτερικής Καύσης Πετρέλαια Εξωτερικής Καύσης Οι βενζίνες χρησιµοποιούνται κυρίως για την κίνηση των βενζινοκίνητων οχηµάτων. Στην αγορά διατίθενται (ανάλογα µε τον αριθµό των οκτανίων και την περιεκτικότητα σε µόλυβδο των βενζινών) τρεις ποιότητες, απλή, σούπερ και αµόλυβδη σούπερ. Τα πετρέλαια εσωτερικής καύσης χρησιµοποιούνται σε καυστήρες για θέρµανση (πετρέλαιο θέρµανσης) αλλά και για την κίνηση των οχηµάτων (πετρέλαιο κίνησης) καθώς επίσης και των πλοίων. Ας σηµειωθεί δε ότι από το 1992 και ύστερα στην ελληνική αγορά προσφέρονται δύο ποιότητες πετρελαίου, το πετρέλαιο κίνησης µε υψηλό ειδικό φόρο κατανάλωσης και το πετρέλαιο θέρµανσης µε µειωµένο ειδικό φόρο κατανάλωσης από τον Οκτώβριο µέχρι τον Απρίλιο. Τα πετρέλαια εξωτερικής καύσης (µαζούτ Νο 1 και Νο 3 ) καταναλώνονται συνήθως από τη βιοµηχανία για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ατµού, καθώς επίσης για την ολοκλήρωση διάφορων χηµικών και άλλων εργασιών.

19 Υγρά καύσιµα Κ η ρ ο ζ ίν η Φ ω τ ισ τ ικ ό Π ε τ ρ έ λ α ιο Υγραέρια Άσφαλτος Λιπαντικά Η κηροζίνη διατίθεται ως καύσιµ ο για την κίνηση τω ν αεριωθούµ ενω ν αεροσκαφών Το φωτιστικό πετρέλαιο είναι κατάλληλο για φωτισµ ό και θέρµ ανση. Τα υγραέρια χρησιµ οποιούνται α ) από τα νο ικ ο κ υ ρ ιά για διάφορες οικιακές χρήσεις (θέρµ ανση, µ αγείρεµ α κ. λ. π ), η διακίνηση τω ν οποίων γίνεται µ έσα σε χαλύβδινες φιάλες υπό πίεση, β ) από τη βιοµ ηχανία ως καύσιµ ο υψηλής καθαρότητας, προς την οποία µ εταφέρονται µ ε ειδικά βυτιοφόρα οχήµ ατα γ ) από αυτοκινητιστές επιβατικώ ν οχηµ άτων δηµ οσίας χρήσεω ς (ταξί), ο εφοδιασµ ός τω ν οποίων γίνεται σε ειδικά πρατήρια τω ν εταιριώ ν ε µ πορίας που διαθέτουν τον κατάλληλο εξοπλισµ ό. Οι άσφαλτοι χρησιµ οποιούνται για διάφορες εργασίες ( επίστρω ση οδών, πρώτη ύλη στη βιοµ ηχανία κ. α ). Η διακίνηση τους σε µ εγάλες ποσότητες γίνεται συνήθως χύµ α µ ε δεξαµ ενόπλοια, που διαθέτουν θερµ αινόµ ενες δεξαµ ενές, ή µ ε ειδικά θερµ αινόµ ενα βυτιοφόρα, όταν δε πρόκειται για µ ικ ρ ές ποσότητες, συσκευάζονται και διανέµ ονται σε χαλύβδινα βαρέλια. Για τη λίπανση τω ν µ ηχανών οι εταιρείες ε µ πορίας διαθέτουν στην αγορά µ εγάλη ποικιλία λιπαντικών, τα οποία ανάλογα µ ε το είδος καυσίµ ων της µ ηχανής ( βενζίνη, πετρέλαιο κ. λ. π ) διακρίνονται σε διάφορες ποιότητες.

20 Τύποι υδρογονανθράκων Το αργό πετρέλαιο είναι σύνθετο µίγµα αερίων, υγρών και διαλυµένων στερεών, κυρίως υδρογονανθράκων, χωρίς να αποκλείονται και διάφορες προσµίξεις αζώτου, θείου και µεταλλικών στοιχείων. Υδρογονάνθρακες που περιέχουν έως 4 άτοµα άνθρακα είναι αέριοι, από 4 έως 20 είναι υγροί, ενώ από 20 και πάνω είναι στερεοί. Συνήθως, κατατάσσονται σε 4 κύριες οµάδες: παραφίνες, ολεφίνες, ναφθένια και αρωµατικοί. Το ποσοστό που αυτές οι κατηγορίες είναι παρούσες σε ένα καύσιµο καθορίζουν και το χαρακτήρα του καυσίµου.

21 Παραφίνες Έχουν γενικό τύπο της µορφής C n H 2n+2. Παρουσιάζουν υψηλότερο λόγο υδρογόνου/άνθρακα, χαµηλότερη πυκνότητα και υψηλότερη ενεργειακή αξία από τους άλλους τύπους υδρογονανθράκων. Χαρακτηρίζονται από υψηλή θερµική ευστάθεια και η καύση τους είναι ελεύθερη από κωκ και καπνό.

22 Ολεφίνες Έχουν γενικό τύπο της µορφής C n H 2n. Συνήθως είναι προϊόντα επεξεργασίας του αργού πετρελαίου και δεν συναντώνται στη φυσική του σύσταση. Είναι χηµικά πολύ ενεργές ενώσεις και αντιδρούν εύκολα µε τις διάφορες προσµίξεις δίνοντας κολλώδεις ουσίες. (Ανεπιθύµητες π.χ. ως καύσιµα αεριοστροβίλων).

23 Ναφθένια Έχουν τον ίδιο γενικό τύπο µε τις ολεφίνες, αλλά είναι κορεσµένοι κυκλικοί υδρογονάνθρακες.

24 Αρωµατικοί υδρογονάνθρακες Έχουν γενικό τύπο της µορφής C n H 2n6. Έχουν περίπου την ίδια δοµή µε τα ναφθένια, όµως περιέχουν λιγότερο υδρογόνο και ως συνέπεια έχουν πολύ µικρότερη ενεργειακή αξία. Παρουσιάζουν τάση δηµιουργίας αιθάλης και καταστρέφουν αντικείµενα που έχουν ελαστικότητα, γι αυτό µπορεί να προκαλέσουν πρόβληµα στα συστήµατα τροφοδοσίας καυσίµου. Παρόλο, όµως, που είναι γενικά ανεπιθύµητα, το ποσοστό τους στα καύσιµα είναι πολύ υψηλό ώστε να δικαιολογήσει τα έξοδα της αποµάκρυνσής τους.

25 Ανεπιθύµητες προσµίξεις Ένα απεσταγµένο καύσιµο µπορεί να περιέχει τις εξής παρασιτικές προσµίξεις: Ασφαλτίνες. Ενθαρρύνουν τη δηµιουργία λάσπης χαµηλής θερµοκρασίας που µπορεί να φράξει το σύστηµα τροφοδοσίας. Κολλοειδή. Ανόργανα στοιχεία και διάφορα µέταλλα κάτω από επίδραση θερµοκρασίας, φωτός και καταλυτών µπορεί να αντιδράσουν µε το ατµοσφαιρικό ή το εντός του καυσίµου οξυγόνο και να δηµιουργήσουν κολλοειδή. Για την καταπολέµησή τους χρησιµοποιούνται διάφορα αντιοξειδωτικά προσθετικά. Ιζήµατα. ηµιουργούν προβλήµατα φραγής σωληνώσεων και γι αυτό χρησιµοποιείται φιλτράρισµα.

26 Ανεπιθύµητες προσµίξεις Τέφρα. Σε πολύ υψηλές θερµοκρασίες ευνοεί τη διάβρωση. Νερό. Σε χαµηλές θερµοκρασίες µπορεί να κρυσταλλοποιηθεί δηµιουργώντας προβλήµατα στένωσης. Επίσης περιέχει άλατα και βακτήρια που µπορεί να οδηγήσουν σε διάβρωση. Θείο. Κατά τη διάρκεια της καύσης το µεγαλύτερο ποσοστό του µετατρέπεται σε SO2, και στη συνέχεια σε οξέα που δηµιουργούν διάβρωση. Νάτριο. Συνήθως υπάρχει µε τη µορφή NaCl που µετατρέπεται σε HCl, που είναι πολύ διαβρωτικό. Αφαιρείται µε ποτάσιο ή µε υδατοδιαλυτά άλατα του καλίου ξεπλένοντας µε νερό. Βαννάδιο. Σε υψηλές θερµοκρασίες παράγονται τήγµατα που στερεοποιούνται πάνω στε επιφάνειες οδηγώντας σε διάβρωση.

27 Πρόσθετα Μια τεχνική βελτίωσης ή τροποποίησης των παραγώγων του πετρελαίου είναι η προσθήκη µικρών ποσοτήτων συγκεκριµένων ουσιών που λέγονται πρόσθετα. Το πλέον προφανές για ένα πρόσθετο είναι ότι βελτιώνει τις ιδιότητες χωρίς να προκαλεί αλλού αντίστροφα αποτελέσµατα.

28 Πρόσθετα Πρόσθετα χρησιµοποιούνται για: εµπόδιση δηµιουργίας κολλοειδών εµπόδιση δηµιουργίας σκουριάς εµπόδιση κρυσταλλοποίησης εµπόδιση δηµιουργίας στατικού ηλεκτρισµού, που αποτελεί κίνδυνο φωτιάς ή και έκρηξης κυρίως κατά τη διάρκεια της επανατροφοδοσίας καυσίµου, όπου και δηµιουργούνται σπινθήρες. βελτίωση της λίπανσης, που τυχόν χάθηκε εξαιτίας της πλήρης αποθείωσης. εµπόδιση εκαπνισµού. Τα πρόσθετα αυτά είναι κυρίως οργανοµεταλλικές ενώσεις του βαρίου, µαγνησίου και σιδήρου. Το µειονέκτηµα είναι πως κατά τη διάρκεια της καύσης µπορεί να δηµιουργήσουν οξείδια που επικάθονται στα πτερύγια. Επίσης ενδέχεται να δηµιουργηθεί καυσαέριο χειρότερο περιβαλλοντικά του καπνού. Γι αυτό το πρόβληµα του εκαπνισµού έγκειται σχεδόν αποκλειστικά στη βελτίωση του σχεδιασµού του θαλάµου καύσης.

29 Χαρακτηριστικά µεγέθη υγρών καυσίµων α ύσιµ ο θανόλη H 3 OH) Πυκνότητα 15 ο C g/cm Σύνθεση C H O+N S Ho [M J/kg ] 22.3 Hu [M J/kg ] 19.6 Θερµ ο κρασία ανάφλεξης [ ο C] 400 C/H 3 ραέριο ( C 3 H 8, C 4 H 10 ) Υ γρό) ε νζόλιο C 6 H 6 ) ενζίνη D ies el EL L M S π όσταγλιθανρ άκων λ αφρύ Β αρύ π όσταγφαιανρ άκων

30 Χαρακτηριστικά µεγέθη υγρών καυσίµων Πυκνότητα (υγρό καύσιµο S) (υγρό καύσιµο EL) ρ = ρ 15 0, 00064( ϑ 15) [ kg/ dm ] ρ = ρ 15 0, 00067( ϑ 15) [ kg/ dm ] ρ 15 είναι η πυκνότητα στους 15 ο C. 3 3 Ειδική θερµοχωρητικότητα στους 15 ο C p 15 = c 3, , ρ [kj/kg.k] Μέση ειδική θερµοχωρητικότητα c = ( 2, , ρ) + ( 0, , 00115ρ) ϑ [kj/kg.k] pm Συντελεστής θερµικής αγωγιµότητας δ) Συντελεστής διαστολής β = 0,00072 [Κ 1 ] λ 0, 1172 = ( 1 0, ϑ) [ wmk /. ) ρ

31 Αέρια καύσιµα Στις τεχνικές εστίες χρησιµοποιούνται: Αέρια µίγµατα µε συστατικά, Η 2, CO,C x H y ) Φυσικό αέριο (µίγµα υδρογονανθράκων που προέρχεται από πετρελαιοφόρες κοιλότητες σε φυσική κατάσταση αέριο) Υγραέριο Υποπροϊόντα βιοµηχανικών διεργασιών όπως φωταέριο (ξηρή απόσταξη λιθανθράκων κατά τη παραγωγή κωκ), αέριο υψικαµίνων (συστατικά 31% CO, 2.3% Η 2, 57,4% Ν 2, 9% CO 2 χαµηλή Hu 4380 kj/kg), αέρια πυρόλυσης, αέρια εξανθράκωσης

32 Κατάταξη ανάλογα µε την θερµογόνο ικανότητα 1η Οµάδα: H o έως Π.χ. αέριο υψικαµίνων 2η Οµάδα: από H o [ kj/ m n ] Π.χ. φωταέριο ή αέριο εξαερίωσης στερεών καυσίµων 3η Οµάδα: H o Π.χ. φυσικό αέριο 3 [ kj/ m n ] 3 [ kj/ m n ] 3 n 3 1m = 1m στους 0 [ ο C] και 1013,25 [m bar]

33 Θερµοκρασία ανάφλεξης [ ο C] αερίων καυσίµ. Μονοξείδιο άνθρακα Υδρογόνο Μεθάνιο Αιθάνιο Αιθυλένιο Προπάνιο Βουτάνιο CO H 2 CH 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 3 H 8 C 4 H

34 Σύνθεση και Θ.Ι. αερίων καυσίµων Αέριο Υψικαµίνων Φωταέριο Υδαταέριο Φυσικά αέρια Χώρα προέλευσης Πυκνότητα [kg/m 3 ] 1,29 0,59 0,71 α) Γερµανία β) Γαλλία γ) Ιταλία δ) Ολλανδία Σύνθεση κατ όγκο % CO H 2 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 CO 2 N 2 O 2 H 2 S Ho MJ/m 3 31,0 21,5 40,0 2,3 51,5 50,0 0,3 17,0 0,3 94,2 89,6 89,6 98,6 74,0 82,2 69,6 96,5 99,6 91,7 97,5 99,5 88,8 81,9 85,1 2,0 2,0 1,0 1,7 0,5 0,6 0,6 3,1 2,7 5,0 0,5 6,2 3,5 1,8 1,7 0,5 0,2 1,0 0,4 0,2 1,3 0,1 1,0 0,4 0,8 1,1 0,3 0,25 0,9 0,5 0,6 9,0 4,0 5,0 0,8 2,8 0,5 0,1 17,8 10,0 10,0 0,1 0,8 3,0 57,4 4,0 4,7 5,5 8,2 0,6 7,5 7,1 0,2 0,5 0,4 1,4 14,4 8,6 0,6 15,1 2,0 0,03 4,35 17,3 11,6 Hu MJ/m 4,25 15,6 10,6 37,8 33,2 30,2 35,7 36,2 29,5 33,3 37,0 35,7 40,5 35,2 35,5 37,5 31,9 33,1 ε) Αυστρία 97,0 0,8 0,3 0,6 1,3 36,3 ζ) Σοβ. Ενωση 93,0 94,5 93,1 3,3 2,0 4,0 1,0 2,2 1,8 0,6 0,5 0,7 2,3 35,5 35,8 36,3 η) Αλγερία 79,6 7,4 2,7 1,4 0,2 5,1 42,5

35 Ενεργειακό ισοζύγιο της Ελλάδας Μια από τις αναγκαιότητες της οικονοµικής ανάλυσης της ενεργειακής βιοµηχανίας και της σχέσης της µε την υπόλοιπη οικονοµία είναι η γνώση των στοιχείων που συνθέτουν την προσφορά ενός ενεργειακού φορέα και τη διάρθρωση της κατανάλωσής του µεταξύ των τελικών καταναλωτών. Κοινή µονάδα µετρήσεως για τοενεργειακό ισοζυγίου είναι το Τ.Ι.Π. (Τόνοι Ισοδύναµου Πετρελαίου), που συµβατικά θεωρείται ίσο µε 107 kcal.

36 Ενεργειακό ισοζύγιο της Ελλάδας Παραγωγή Πρωτογενούς Ενέργειας: Πρωτογενής είναι η ενέργεια που αποκτάται απευθείας από τη φύση. Στην Ελλάδα πρωτογενείς µορφές ενέργειας είναι κατά κύρια ποσότητα ο λιγνίτης και ακολουθούν το αργό πετρέλαιο, η υδροηλεκτρική ενέργεια και το φυσικό αέριο. Καθαρές Εισαγωγές: Εισαγωγές των πρωτογενών και δευτερογενών µορφών ενέργειας, έστω και αν αυτές προορίζονται για µη ενεργειακές χρήσεις. Ακαθάριστη Εγχώρια Κατανάλωση: Ορίζεται ως η συνολική ποσότητα πρωτογενούς ενέργειας και ισοδύναµων µορφών που απαιτούνται για να καλυφθεί η εγχώρια ζήτηση. Ισούται µε το αλγεβρικό άθροισµα πρωτογενούς παραγωγής ενέργειας, εισαγωγών και εξαγωγών. Χρήση ενέργειας: Είναι η τελική ενεργειακή κατανάλωση, δηλαδή η ποσότητα των ενεργειακών προϊόντων και των µη ενεργειακών προϊόντων των πρωτογενών µορφών ενέργειας, που χρησιµοποιήθηκαν από τους τελικούς καταναλωτές. Ισούται µε το αλγεβρικό άθροισµα της Ακαθάριστης Εγχώριας Κατανάλωσης, της Μετατροπής Ενέργειας και της Κατανάλωσης του Ενεργειακού Τοµέα.

37 Μορφές ενέργειας Στερεά Καύσιµα Στα στερεά καύσιµα περιλαµβάνεται κατά κύρια ποσότητα ο λιγνίτης και ακολούθως ο λιθάνθρακας, τα συσσωµατώµατα ανθρακίτη, οι µπρικέττες λιγνίτη και ο οπτάνθρακας κωκ. Ο λιγνίτης αποτελεί το µεγαλύτερο µέρος των εγχώριων πόρων πρωτογενούς ενέργειας και είναι βασική παράµετρος για την επίτευξη της ενεργειακής αυτοδυναµίας της Ελλάδας και τον περιορισµό της εισαγόµενης ενέργειας (πετρέλαιο). Η κατανάλωση του λιγνίτη προορίζεται κυρίως για ηλεκτροπαραγωγή και ένα µικρό µέρος για άλλες χρήσεις, όπως είναι η παραγωγή αζωτούχων λιπασµάτων. Τα αποθέµατα του λιγνίτη υπολογίζονται σε 9.500*10 6 τόνους περίπου, µε υπαιθρίως απολήψιµα τόνους και επαρκούν, λαµβάνοντας υπόψη τις συνολικές ανάγκες της χώρας και το βαθµό της αυξανόµενης ζήτησης για ηλεκτρική ενέργεια, για χρόνια ακόµη.

38 Μορφές ενέργειας Υγρά Καύσιµα Στα υγρά καύσιµα περιλαµβάνεται το πετρέλαιο και τα παράγωγά του, όπως η βενζίνη, το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης και άλλα πετρελαϊκά παράγωγα. Το πετρέλαιο υπάρχει ως πρωτογενής µορφή ενέργειας στην Ελλάδα σε πολύ µικρές ποσότητες και η εξόρυξή του άρχισε το 1981 µε την εκµετάλλευση των κοιτασµάτων του Πρίνου. Το 1999 η παραγωγή ουσιαστικά σταµάτησε, λόγω της µερικής εξάντλησης του κοιτάσµατος σε συνδυασµό µε την πτώση των τιµών του πετρελαίου στη διεθνή αγορά, η οποία κατέστησε ασύµφορη την περαιτέρω εκµετάλλευση. Το 2000 η παραγωγή πετρελαίου ξεκίνησε ξανά µε ταυτόχρονες προσπάθειες ανεύρεσης και άλλων κοιτασµάτων. Λόγω της ελάχιστης ποσότητας αργού πετρελαίου που βρίσκεται στον ελλαδικό χώρο, η κάλυψη των αναγκών της χώρας σε πετρέλαιο επιτυγχάνεται µέσω εισαγωγών.

39 Μορφές ενέργειας Αέρια Καύσιµα Περιλαµβάνεται το φυσικό αέριο και το υγραέριο. Το φυσικό αέριο έχει πολλαπλές εφαρµογές υποκαθιστώντας το πετρέλαιο στη βιοµηχανία και στον οικιακό τοµέα. Τα αποθέµατα φυσικού αερίου στην Ελλάδα είναι ελάχιστα. Η παραγωγή του άρχισε µόλις το 1981 µε την εκµετάλλευση των κοιτασµάτων του Πρίνου και σταµάτησε το Το εισαγόµενο φυσικό αέριο προέρχεται κατά κύριο λόγο από τη Ρωσίαµε αγωγό µέχρι τη Βουλγαρία. Προβλέπεται και η εισαγωγή µικρότερων ποσοτήτων υγροποιηµένου αερίου από την Αλγερία και η αποθήκευσή τους σε τερµατικό σταθµό σε εγκαταστάσεις της νήσου Ρεβυθούσας. Με την ολοκλήρωση, το 1996, του κεντρικού αγωγού από τα σύνορα µε τη Βουλγαρία έως την Αττική (µήκους 511χλµ.), την κατασκευή της πρώτης φάσης των δικτύων διανοµής µέσης πίεσης αστικών και βιοµηχανικών περιοχών, καθώς και του συνοριακού σταθµού µέτρησης, άρχισε η τροφοδοσία µε φυσικό αέριο των πρώτων βιοµηχανιών. Σήµερα (2003) συνεχίζεται η κατασκευή κλάδων χαµηλής πίεσης στις αστικές περιοχές, µε σκοπό την εξάπλωση της χρήσης του φυσικού αερίου και στον οικιακό τοµέα. Σχεδιάζεται η χρήση του φυσικού αερίου και για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος στις µονάδες της Κοµοτηνής και του Λαυρίου.

40 Μορφές ενέργειας Α.Π.Ε. Ανανεώσιµες Πηγές ενέργειας (Α.Π.Ε.) ορίζονται οι ενεργειακές πηγές που είναι ανεξάντλητες (ηλιακή, αιολική, γεωθερµική, υδροηλεκτρική κλπ). Στην Ελλάδα, λόγω των γεωγραφικών και κλιµατολογικών συνθηκών, οι ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, µπορούν να αποτελέσουν ένα σηµαντικό εθνικό ενεργειακό πόρο. Αυτό βέβαια θα εξαρτηθεί από την τεχνοοικονοµική εξέλιξή τους, ώστε να γίνουν ανταγωνιστικές και αξιόπιστες, και από την ανάπτυξη ανάλογης ελληνικής βιοµηχανίας, προκειµένου να υπάρξει µείωση του συναλλαγµατικού κόστους κατά την εφαρµογή τους. Στο ενεργειακό ισοζύγιο οι ΑΠΕ κατηγοριοποιήθηκαν µε βάση το ποσό πρωτογενούς ενέργειας που προσδίδει η εκµετάλλευσή τους στη χώρα µας.

41 Μορφές ενέργειας Α.Π.Ε Βιοµάζα: Είναι αποτέλεσµα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας που µετασχηµατίζει την ηλιακή ενέργεια σε οργανική ύλη µε µια σειρά διεργασιών των φυτικών οργανισµών χερσαίας ή υδρόβιας προέλευσης (δασικά γεωργικά υποπροϊόντα, απόβλητα γεωργικών βιοµηχανιών και βιοµηχανιών τροφίµων κλπ). Απόβλητα: Είναι κυρίως αστικά εκείνα απορρίµµατα τα οποία υπάγονται στην κατηγορία της βιοµάζας.

42 Μορφές ενέργειας Α.Π.Ε Υδροηλεκτρική Ενέργεια: Αξιοποιεί τις υδατοπτώσεις και τη ροή των υδάτων µε στόχο την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή το µετασχηµατισµό τους σε απολήψιµη µηχανική ενέργεια. Υπολογίζεται ότι το οικονοµικά εκµεταλλεύσιµο δυναµικό είναι 15 TWh, ενώ σήµερα γίνεται εκµετάλλευση των 4.5 TWh, δηλαδή του 30% του συνολικού δυναµικού. Άλλες ΑΠΕ: Εδώ περιλαµβάνονται η ηλιακή ενέργεια κατά κύριο λόγο, δηλαδή η αξιοποίηση µέσω τεχνολογιών της θερµότητας και των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων που εκπέµπει ο ήλιος. Σε πολύ µικρότερο ποσοστό περιλαµβάνεται η αιολική ενέργεια (κινητική ενέργεια που παράγεται από τη δύναµη του ανέµου και µετατρέπεται σε απολήψιµη µηχανική ενέργεια ή και σε ηλεκτρική ενέργεια), καθώς και η γεωθερµική ενέργεια (θερµική ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης και εµπεριέχεται σε φυσικούς ατµούς, θερµά νερά και θερµά ξηρά πετρώµατα). Ηλεκτρισµός: Περιλαµβάνεται η παραγωγή ηλεκτρισµού σε δηµόσιους θερµικούς και υδροηλεκτρικούς σταθµούς, σε σταθµούς αυτοπαραγωγών, καθώς και σε αιολικά πάρκα.

43 Κατηγορίες τελικής ενεργειακής κατανάλωσης Βιοµηχανία: Περιλαµβάνονται όλες οι βιοµηχανικές µονάδες της χώρας, από τη βαριά βιοµηχανία (σιδήρου και χάλυβα, χηµική και πετροχηµική, µεταλλευµάτων, µε µεταλλικών ορυκτών, µηχανηµάτων και εξοπλισµού), ως τις µικρότερες βιοµηχανικές µονάδες (τροφίµων, ποτών και καπνού, χάρτου και εκτυπώσεων, ξύλου και προϊόντων του, κατασκευών, υφαντουργίας και δερµάτων κ.λ.π.). Μεταφορές: Στην κατηγορία αυτή καταγράφεται η κατανάλωση ενέργειας από δηµόσια και ιδιωτικά µέσα µεταφοράς (αεροµεταφορές, οδικές, σιδηροδροµικές, ακτοπλοϊκές). Τριτογενής τοµέας: Περιλαµβάνει την ενεργειακή κατανάλωση των ιδιωτικών και των δηµόσιων υπηρεσιών, των εµπορικών επιχειρήσεων, των τουριστικών επιχειρήσεων κλπ. Οικιακός τοµέας: Περιλαµβάνει την ενεργειακή κατανάλωση των ελληνικών νοικοκυριών για οικιακές χρήσεις.

44 Παραγωγή πρωτογενούς ενέργειας Παραγωγή Πρωτογενούς Ενέργ ειας 2000 Αέρια Καύσιµα 0,42% Υγρά Καύσιµα 2,58% ΑΠΕ 14,13% Παραγωγή Πρωτογενούς Ενέργ ειας Στερεά Καύσιµα 82,87% Τ.Ι.Π Στερεά Καύσιµα Υγρά Καύσιµα Αέρια Καύσιµα Α.Π.Ε.

45 Καθαρές Εισαγωγές Ενέργειας Καθαρές Εισαγωγές 2000 Ηλεκτρισµός 0,57% Στερεά Καύσιµα 3,10% Αέρια Καύσιµα 6,47% Καθαρές Εισαγωγές Υγρά Καύσιµα 89,86% 1000 Τ.Ι.Π Στερεά Καύσιµα Υγρά Καύσιµα Αέρια Καύσιµα Ηλεκτρισµός

46 Ακαθάριστη Εγχώρια Κατανάλωση Ακαθάριστη Εγχώρια Κατανάλωση 2000 Ακαθάριστη Εγ χώρια Κατανάλωση Αέρια Καύσιµα 5,00% Ηλεκτρισµός 0,00% Α.Π.Ε 5,18% Στερεά Καύσιµα 33,40% Υγρά Καύσιµα 56,42% Τ.Ι.Π Στερεά Καύσιµα Υγρά Καύσιµα Αέρια Καύσιµα Ηλεκτρισµός Α.Π.Ε.

47 Χρήση Ενέργειας κατά Ενεργειακή Μορφή Χρήση ενέργειας (ανά καύσιµο) 2000 Ηλεκτρισµός 19,05% ΑΠΕ 5,37% Στερεά Κάυσιµα 4,49% Αέρια Καύσιµα 4,34% Υγρά Καύσιµα 66,74%

48 Χρήση Ενέργειας κατά Ενεργειακή Μορφή Χρήσ η Ενέρ γ εια ς (ανά καύσ ιµ ο ) Τ. Ι. Π Στερεά Καύσιµ α Υγρά Καύσιµ α Αέρια Καύσιµ α Ηλεκτρισµ ός Α. Π. Ε.

49 Χρήση Ενέργειας κατά Τοµέα Χρήση ενέργειας (ανά τοµέα) 2000 Οικιακός Τοµέας 23,87% Βιοµηχανία 24,45% Τριτογενής Τοµέας 12,83% Μεταφορές 38,86%

50 Χρήση Ενέργειας κατά Τοµέα Χρήση Ενέργ ειας (ανά Τοµέα) Τ.Ι.Π Βιοµηχανία Μεταφορές Τριτογενής Οικιακός

51 Σύνοψη Τύποι καυσίµων Χαρακτηριστικά ιδιότητες χρήσεις καυσίµων Ενεργειακό ισοζύγιο Ελλάδας Χρήσεις καυσίµων στην Ελλάδα