Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Transcript

1 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας Ενότητα : Ενέργεια από βιομάζα IV Μέθοδοι Αξιοποίησης-Περιβαλλοντικής Διαχείρισης του Βιοαερίου Σκόδρας Γεώργιος, Αν. Καθηγητής gskodras@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Παραγωγή βιοαερίου Βιοαέριο = CH4 (50-80%) + CO2 (45-15%) Βιομεθανοποίηση (ή αναερόβια χώνευση) = Διαδικασία παραγωγής βιοαερίου από οργανική ύλη με την επίδραση μικροοργανισμών και χωρίς την παρουσία αέρα Πρώτες ύλες Απορρίμματα Υγρά απόβλητα 4

5 Πρώτες ύλες βιοαερίου Η βιομεθανοποίηση μπορεί να εφαρμοστεί σε όλων των ειδών τα απόβλητα που περιέχουν οργανική ύλη Αγροτικά απόβλητα (φυτικά ή κτηνοτροφικά) Βιομηχανικά οργανικά απόβλητα (στερεά ή υγρά) Αστικά απόβλητα Αστικά λύματα και ιλείς Αστικά απορρίμματα (οικιακά, απορρίμματα κήπων κλπ) 5

6 Σχηματική λειτουργία ενός ΧΥΤΑ 1. Φρεάτιο συλλογής βιοαερίου 2. Δίκτυο συλλογής βιοαερίου 3. Μονάδα παραγωγής θερμότητας/ρεύματος 4. Δίκτυο ρεύματος 5. Δίκτυο θέρμανσης νερού 6. Συλλογή διασταλλαζόντων 7. Αποθήκευση διασταλλαζόντων 8. Επεξεργασία διασταλλαζόντων 6

7 Κατηγορίες μικροοργανισμών Πηγή άνθρακα Αυτότροφους (CO 2 ) Ετερότροφους (οργανικό υλικό) Παρουσία οξυγόνου Αερόβιους (παρουσία Ο 2 ) Αναερόβιους (απουσία Ο 2 ) Επαμφοτερίζοντες Θερμόφιλους ( > 40 ο C) Θερμοκρασία Μεσόφιλους (20-40 ο C) Ψυχρόφιλους ( < 20 ο C) 7

8 Είδη μικροοργανισμών (1/2) ΒΑΚΤΗΡΙΑ (πρωτίστου ενδιαφέροντος για την παραγωγή βιοαερίου): Είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που παράγονται με διαχωρισμό τους σε δυο. Έχουν μέσο όρο μήκους περίπου 1 μm και μπορεί να είναι αερόβια, αναερόβια ή επαμφοτερίζοντα. Μερικά βακτήρια είναι παθογόνα. Ταξινομούνται ανάλογα με το σχήμα τους σε ραβδοειδή, σφαιροειδή και νηματώδους μορφής. ΦΥΚΗ: Είναι φωτοσυνθετικά φυτά. Είναι μονοκύτταροι ή πολυκύτταροι αυτότροφοι μικροοργανισμοί. 8

9 Είδη μικροοργανισμών (2/2) ΜΥΚΗΤΕΣ:Είναι αερόβιοι, πολυκυτταρικοί, ετεροτροφικοί μικροοργανισμοί που δεν περιέχουν χλωροφύλη. ΠΡΩΤΟΖΩΑ: Είναι μονοκύτταροι μικροοργανισμοί με μήκος από δυο ως εκατοντάδες μm. Είναι κυρίως αερόβια και ετερότροφα. Κινούνται μέσω της ουράς τους και συχνά καταβροχθίζουν βακτήρια ενώ μερικά τρώνε και φύκη. 9

10 Περιβαλλοντικοί παράγοντες ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (-5οC 80oC) ph ( εύρος 5-9) ΥΓΡΑΣΙΑ (άνω του 15%) Τοξικές ενώσεις (βαρέα μέταλλα, αμμωνία, σουλφίδια κ.ά) 10

11 Τρόποι δράσης βακτηρίων Τα ετερότροφα βακτήρια αποκτούν ενέργεια από την οξείδωση των οργανικών συστατικών. Η οξείδωση αυτή μπορεί να είναι αερόβια (παρουσία διαλυμένου Ο2) Οργανικό συστατικό (C, O, H, N, P, S) + θρεπτική ύλη (Ν, P κ.ά) + Ο2 -> -> CO2 + H2O + NO3- + PO43- + SO42- + νέα κύτταρα + ενέργεια (π.χ. CH3COOH (οξικό οξύ) + 2O2 -> 2CO2 + 2 H2O) ή αναερόβια Οργανικό συστατικό (C, O, H, N, P, S) + θρεπτική ύλη (Ν, P κ.ά) + H2O -> -> CH4 + CO2 + H2S + N2 + PH3 + νέα κύτταρα + ενέργεια (π.χ. CH3COOH (οξικό οξύ) -> CO2 + CH4) 11

12 Οικοσύστημα της μεθανογένεσης Πολύπλοκη διαλυμένη οργανική ύλη Υδρολυτικά βακτήρια Διαλυμένη οργανική ύλη Πτητικά λιπαρά οξέα και αλκοόλες Οξικογενή βακτήρια Μεθανογενή (Οξικοφιλή) βακτήρια Οξικό οξύ (CH 3 COOH) CO 2 H 2 Μεθανογενή (Υδρογονοφιλή) βακτήρια CH 4 CO 2 CH 4 12

13 Αντιδράσεις της αναερόβιας αποικοδόμησης των απορριμμάτων (1/2) Διεργασίες Αντιδρώντα Προϊόντα Διάλυσης Οξικογενείς C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O C 6 H 12 O 6 C 6 H 12 O 6 CH 3 CH 2 COOH + 2H 2 O CH 3 C 2 H 4 COOH + 2H 2 O CH 3 CH 2 OH + H 2 O C 6 H 5 COOH + 4H 2 O 2CH 3 COOH + H 2 + 2CO 2 CH 3 C 2 H 4 COOH + 2H 2 + 2CO 2 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 CH 3 COOH + CO 2 + 3H 2 2CH 3 COOH + 2H 2 CH 3 COOH + 2H 2 3CH 3 COOH + H 2 13

14 Αντιδράσεις της αναερόβιας αποικοδόμησης των απορριμμάτων (2/2) Διεργασίες Αντιδρώντα Προϊόντα Μεθανογενείς 4H 2 + CO 2 CH 3 COOH HCOOH + 3H 2 CH 3 OH + H 2 Αναγωγής θειικών 4H 2 + SO H + CH 3 COOH + SO 4 2-2CH 3 C 2 H 4 COOH + SO H + CH 4 + 2H 2 O CH 4 + CO 2 CH 4 + 2H 2 O CH 4 + H 2 O HS - + 4H 2 O CO 2 + HS - + HCO H 2 O 4CH 3 COOH + HS - 14

15 Μη έμβιοι παράγοντες που επηρεάζουν την μεθανογένεση Υγρασία Οξυγόνο Υδρογόνο Θερμοκρασία Οικοσύστημα μεθανογένεσης ph και αλκαλικότητα Αναστολείς Θρεπτικές ουσίες Θειικό άλας 15

16 Φάσεις παραγωγής αερίου ΧΥΤΑ 2 μήνες 2 χρόνια 10 χρόνια 16

17 Σύσταση αστικών απορριμμάτων (1/2) Μέση σύσταση αστικών απορριμμάτων στην Ελλάδα (1997) Γυαλί 5% Μέταλλα 5% Λοιπά 15% Ζυμώσιμα 46% Πλαστικά 9% Χαρτί 20% 17

18 Σύσταση αστικών απορριμμάτων (2/2) Μέση τυπική σύσταση αστικών απορριμμάτων στις ΗΠΑ (1990) Συστατικά % κ.β. (εύρος τιμών) Οργανικά Υπολείμματα τροφών 9 (6-18) Χαρτί 34 (25-40) Χαρτόνια 6 (3-10) Πλαστικά 7 (4-10) Υφάσματα 2 (0-4) Λάστιχα 0,5 (0-2) Δέρμα 0,5 (0-2) Απορρίμματα κήπων 18,5 (5-20) Ξύλο 2 (1-4) Μη οργανικά Γυαλί, Μέταλλα, κ.ά. 20,5 (8-30) 18

19 Παραγωγή βιοαερίου και σύσταση απορριμμάτων Η παραγωγή του βιοαερίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σύσταση των απορριμμάτων και το % των ταχέως και βραδέως αποικοδομήσιμων συστατικών * Φύλλα και χόρτα (60% των συνολικών απορριμμάτων κήπου) Συστατικά Υπολείμματα τροφών Εφημερίδες, χαρτί γραφείου Χαρτόνια Υφάσματα Λάστιχα, Δέρμα Ταχέως βιοαποικοδομήσιμα Βραδέως βιοαποικοδομήσιμα Απορρίμματα κήπων * Ξύλο 19

20 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (1/6) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Σύσταση απορριμμάτων 79,5% οργανικά και 20,5% αδρανή Τ.Β.Α. είναι 60,1% και Β.Β.Α είναι 12,4% (τα πλαστικά που είναι 7% θεωρούνται αδρανή) Συστατ ικά Απορ/τα (ως έχει) (lb) Ξηρά απορ/τα (lb) C (lb) H (lb) O (lb) N (lb) S (lb) Τέφρα (lb) Τ.Β.Α 60,1 44,8 19,83 2,69 19,31 0,34 0,09 2,55 Β.Β.Α 12,4 7,3 3,84 0,48 2,44 0,23 0,01 0,29 20

21 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (2/6) Συστατικά % (ash free) C H O N S Τ.Β.Α 46,93 6,37 45,70 0,80 0,21 Β.Β.Α 54,78 6,85 34,81 3,28 0,14 21

22 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (3/6) Διαιρώντας με το ΜΒ προκύπτει Συστατικά C H O N S Τ.Β.Α 3,91 6,37 2,86 0,06 0,01 Β.Β.Α 4,56 6,85 2,18 0,23 0,04 Μοριακός λόγος (Ν=1) Συστατικό TBA BBA C 68,5 19,5 H 110,5 29 O 50,1 9,2 N

23 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (4/6) Η συνολική στοιχειομετρική αντίδραση της βιοαποικοδόμισης της οργανικής ύλης των απορριμμάτων είναι: C a H b O c N d + (4a-b-2c-3d/4) H 2 O (4a-b-2c-3d/8) CH 4 + (4a-b+2c+3d/8) CO 2 + d NH 3 Ο χημικός τύπος της οργανικής ύλης (χωρίς το θείο) είναι: TBA = C 68 H 111 O 50 N, BBA = C 20 H 29 O 9 N Για TBA C 68 H 111 O 50 N + 16 H 2 O 35 CH CO 2 + NH Για ΒBA C 20 H 29 O 9 N + 9 H 2 O 11 CH CO 2 + NH

24 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (5/6) Με βάση το ειδικό βάρος του CH 4 και του CO 2 (1,6 lb/m 3 και 4,41 lb/m 3 αντίστοιχα) προκύπτει ότι ο όγκος των παραγόμενων αερίων είναι: Για τα ΤΒΑ CH 4 = (560 x 44,8) / (1741 x 1,6) = 9,006 m 3 CO 2 = (1452 x 44,8) / (1741 x 4,41) = 8,47 m 3 Για τα BΒΑ CH 4 = (176 x 7,3) / (427 x 1,6) = 1,88 m 3 CO 2 = (396 x 7,3) / (427 x 4,41) = 1,53 m 3 24

25 Υπολογισμός της παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου (6/6) Ο θεωρητικός όγκος παραγόμενου βιοαερίου ανά κιλό ξηρής οργανικής ύλης είναι Για τα ΤΒΑ 0,86 m 3 /kg ξηρού Για τα ΒΒΑ 1,04 m 3 /kg ξηρού 25

26 Ετήσιος Ρυθμός Παραγωγής βιοαερίου- Τριγωνικό μοντέλο T.B.A. Περίοδος ολικής αποσύνθεσης 5 χρόνια B.B.A. Περίοδος ολικής αποσύνθεσης 15 χρόνια 26

27 Συνολική παραγωγή βιοαερίου Το 75% των ΤΒΑ και το 50% των ΒΒΑ είναι διαθέσιμα για βιοαποικοδόμιση Αποτίθενται ίσοι όγκοι απορριμμάτων κάθε έτος 27

28 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις του βιοαερίου των ΧΥΤΑ (1/2) Εκρήξεις ή πυρκαγιές και κίνδυνος ασφυξίας από τη συγκέντρωση βιοαερίου σε κλειστούς χώρους (κτίρια, υπόνομοι, φρεάτια). Το CH4 είναι εκρηκτικό σε ατμοσφαιρική συγκέντρωση 5-15% κ.ο. Έξοδος του βιοαερίου από ρωγμές στην επιφάνεια του ΧΥΤΑ- κίνδυνος πρόκλησης πυρκαγιάς των απορριμμάτων και εκπομπές τοξικών αερίων 28

29 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις του βιοαερίου των ΧΥΤΑ (2/2) Επιζήμια αποτελέσματα στις καλλιέργειες ή την βλάστηση του καλυπτόμενου χώρου διάθεσης ή της γειτονικής περιοχής του ΧΥΤΑ Προβλήματα οσμών (από τα θειούχα συστατικά- H2S και πολυθειούχα, τα οξέα και τις αλδεϋδες), κυρίως κατά τους ψυχρούς και υγρούς μήνες που δεν επιτυγχάνεται η απαιτούμενη αραίωση (χαμηλότερη βιοχημική οξείδωση) 29

30 Συλλογή βιοαερίου Για την αποφυγή των περιβαλλοντικών επιπτώσεων Για την παραγωγή ενέργειας (θερμότητας και ρεύματος) 30

31 Μέθοδοι συλλογής βιοαερίου Μετά το τέλος της πλήρωσης Κατακόρυφα φρεάτια συλλογής Οριζόντια επιφανειακή ανάκτηση Κατά τη διάρκεια της πλήρωσης Κατακόρυφα φρεάτια συλλογής Οριζόντια φρεάτια συλλογής 31

32 Κατακόρυφο σύστημα συλλογής βιοαερίου μετά την πλήρωση του χώρου διάθεσης (1/2) Κατακόρυφα φρεάτια συλ-λογής συνδεδεμένα μεταξύ τους με ένα οριζόντιο δίκτυο συλλογής. Γίνονται γεωτρήσεις σε όλο το βάθος του χώρου. Μέσα στη γεώτρηση τοποθετείται διάτρητος πλαστικός σωλήνας, όπου στην κεφαλή του φρεατίου είναι πλήρης. Ο χώρος γύρω από το σωλήνα συμπληρώνεται με χαλίκια και επάνω τοποθετείται στεγανή τάπα. 32

33 Κατακόρυφο σύστημα συλλογής βιοαερίου μετά την πλήρωση του χώρου διάθεσης (2/2) 33

34 Οριζόντια επιφανειακή ανάκτηση βιοαερίου μετά την πλήρωση του χώρου διάθεσης 1. Κατακόρυφος σωλήνας 2. Τελική κάλυψη 3. Προστατευτικό στρώμα 4. Φράγμα αερίου 5. Διάτρητος σωλήνας 6. Υλικό κάλυψης 7. Απορρίμματα 8. Μονάδα καθαρισμού 9. Προώθηση βιοαερίου 34

35 Κατακόρυφο σύστημα συλλογής βιοαερίου (1/2) 1. Απορρίμματα 2. Σταδιακή κατασκευή φρεατίων κατά την πλήρωση του χώρου 35

36 Κατακόρυφο σύστημα συλλογής βιοαερίου (2/2) 1. Απορρίμματα 2. Διάτρητος σωλήνας από μπετόν 3. Διάτρητος σωλήνας (PVC ή χάλυβας) 4. Χοντρά χαλίκια ή πέτρες 36

37 Οριζόντιο σύστημα συλλογής βιοαερίου 1. Κατακόρυφα περιμετρικά φρεάτια συλλογής 2. Οριζόντιοι σωλήνες συλλογής (διάτρητοι) 37

38 Επεξεργασία/Καθαρισμός βιοαερίου Το βιοαέριο περιέχει διάφορες προσμίξεις Η 2 Ο (απομάκρυνση εξαιτίας της μεγάλης ποσότητας νερού που παράγεται) Η 2 S (οξύ, διαβρωτικό, αποθείωση) CO 2 (οξύ όταν είναι διαλυμένο στο νερό, αναβάθμιση για χρήση κυρίως ως καύσιμο κίνησης οχημάτων) Πτητικές οργανικές ουσίες και τοξικές ουσίες (από ΧΥΤΑ) Το βιοαέριο πρέπει να επεξεργαστεί πριν την χρήση του για λόγους ασφαλείας και αξιοπιστίας των συσκευών 38

39 Ποσότητα νερού που παράγεται από την αναερόβια χώνευση 1 m 3 βιοαερίου περιέχει 5% υγρασία (νερό) 20 l υδρατμού 1 mole υδρατμού 22,4 l 1 mole νερού 18 g ^ 18 ml Συνεπώς, 1 m 3 βιοαερίου ισοδυναμεί με 16 ml νερού 16 ml νερού/m 3 βιοαερίου = 16 l/1000 m 3 = Μια μεγάλη ποσότητα νερού 39

40 Αποθείωση με ενεργό άνθρακα 1. Αέριο τροφοδοσίας 2. Στήλες ενεργού άνθρακα 3. Καθαρό αέριο 4. Εναλλάκτης θερμότητας 5. Ευγενή αέριο 6. Ανάκτηση θείου 7. Θείο 40

41 Αποθείωση με απορρόφηση (scrubbing) To H2S έχει μεγαλύτερη διαλυτότητα στο νερό από το CH4. Διαδικασία: Το αέριο και το νερό κινούνται σε αντίθετα ρεύματα σε μια στήλη και το Η2S υγροποιείται Αναγέννηση του νερού (με αερισμό) 41

42 Βαθμός επεξεργασίας ανάλογα με τη χρήση του βιοαερίου 0 = καμμία επεξεργασία, 1 = Μερική επεξεργασία, 2= Πλήρης επεξεργασία Χρήση Ηλεκτρική ενέργεια (γεννήτρια, μηχανή, τουρμπίνα) Απομάκρυνση της υγρασίας Αποθείωσ η (H 2 S) Απομάκρυνση του CO Θερμική ενέργεια Συμπαραγωγή Καύσιμο κίνησης Φυσικό αέριο για θέρμανση

43 Διάγραμμα επεξεργασίας βιοαερίου και χρήσεις του Αέριο ΧΥΤΑ Χωνευτές Βoiler (καυστήρας) Θέρμανση Ζεστό νερό Βιοαέριο Συμπαραγωγή Βιοαέριο με προσμίξεις Scrubbing Ηλεκτρικό Ρεύμα Γεννήτρια Τουρμπίνα Αναβάθμιση Εξευγενισμένο φυσικό αέριο Καύσιμο κίνησης Συμπίεση Δίκτυο φυσ. αερίου 43

44 Σύσταση βιοαερίου και αερίου ΧΥΤΑ Βιοαέριο Συστατικά Αέριο ΧΥΤΑ 50-80% Μεθάνιο, CH % 15-45% Διοξείδιο του άνθρακα, CO % 5% Υγρασία, Η 2 Ο 5% 44

45 Ιδιότητες βιοαερίου και μεθανίου Βιοαέριο (περιεκτικότητας 60% σε CH 4 ) Μεθάνιο Σχετική πυκνότητα ως προς τον αέρα Κατώτερη θερμόγόνος δύναμη 0,94 0, kj/m kj/m 3 Ταχύτητα φλόγας 25 cm/sec 43,4 cm/sec 45

46 Όρια αναφλεξιμότητας 1. CH4, % κ.ο. 2. Αέρας, % κ.ο. 3. CO2, % κ.ο. 4. Περιοχή ανάφλεξης 5. Βιοαέριο (60% CH4 και 40% CO2) με σταδιακή προσθήκη αέρα % 46

47 Ενεργειακό περιεχόμενο βιοαερίου 1 m3 βιοαερίου (70% CH4 και 30% CO2) = 0,66 lt πετρελαίου = 0,75 lt βενζίνης = 0,25 m3 προπανίου = 0,2 m3 βουτανίου = 0,85 kg άνθρακα 47

48 Σχηματική λειτουργία της αναερόβιας χώνευσης 1. Οργανική ύλη 2. Βιοαέριο 3. Προϊόντα χώνεψης (επεξεργασμένα υγρά + ινώδες στερεά) 4. Μικροοργανισμοί 5. Χωνευτής 48

49 Αναερόβια χώνευση των απορριμμάτων 49

50 Αναερόβια χώνευση αστικών λυμμάτων 2 lt λάσπης / κάτοικο ανακτάται ημερησίως -> 20 lt βιοαερίου (περιεκτ. 65% CH4) 50

51 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στα Άνω Λιόσια Κόστος έργου 19 εκατ Ισχύς 14,94 MW (καθαρή 14,3 MW) - Παραγωγή Μ Wh ετησίως Σύνδεση με δίκτυο ΔΕΗ Το ρεύμα μπορεί να εξυπηρετήσει νοικοκυριά Παραγωγή θερμότητας (από τα καυσαέρια και την ψύξη των συστημάτων καύσης) M Wh ετησίως 51

52 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στους Ταγαράδες Κόστος έργου Έναρξη λειτουργίας 1997 Ισχύς 240 kw 52

53 Άντληση και επεξεργασία βιοαερίου στους Ταγαράδες (1/2) Από το συλλέκτη, μέσω κεντρικού αγωγού, το βιοαέριο καταλήγει στο αντλητικό συγκρότημα. Το αντλιοστάσιο αποτελείται από δυο πολυβάθμιες αντλίες (αξιόπιστη και απρόσκοπτη λειτουργία). Οι αντλίες έχουν δυνατότητα άντλησης m3/ώρα και μπορεί να ρυθμιστεί η αντλούμενη ποσότητα (μείωση στροφών Η/Κ ή χρήση by-bass για ανακύκλωση κάποιας ποσότητας αερίου). 53

54 Άντληση και επεξεργασία βιοαερίου στους Ταγαράδες (2/2) Για να υπάρχει άντληση του αερίου, θα πρέπει η υποπίεση να είναι mbar. Από υπεράντληση (δηλ. μικρότερη υποπίεση) αντλείται ουσιαστικά ατμοσφ. αέρας (και όχι βιοαέριο) διαταράσσοντας έτσι την αναλογία CH4 και οξυγόνου ενώ με αύξηση της υποπίεσης δεν είναι δυνατόν να αντληθεί. Επεξεργασία: 1- Φιλτράρεται για την απομάκρυνση του θείου (κύλινδρος με ρινίσματα σιδήρου- «γρέζια» χάλυβα, που κατακρατούν το θείο) 2- Εισάγεται σε κυκλώνιο για την απομάκρυνση της υγρασίας 54

55 Μονάδα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στους Ταγαράδες (1/4) Η πίεση και η σύσταση πρέπει να είναι σταθερές. Η πίεση ελέγχεται ηλεκτρονικά (κατάλληλες διατάξεις και εφεδρικός φυγοκεντρικός ανεμιστήρας) ενώ υπάρχουν φίλτρα κατακράτισης σωματιδίων στο σύστημα εισαγωγής του αέρα από την οροφή και στο σύστημα εισόδου του αέρα της Μηχανής Εσωτερικής Καύσης. Υπάρχουν διάφορες διατάξεις ασφαλείας και η ποιότητα του βιοαερίου ελέγχεται ηλεκτρονικά. 55

56 Μονάδα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στους Ταγαράδες (2/4) Η Μηχανή Εσωτερικής Καύσης (ΜΕΚ) καταναλώνει 164 m3 βιοαερίου /ώρα με περιεκτικότητα σε μεθάνιο 40-45%. Το υπόλοιπο βιοαέριο καίγεται στο δαυλό. Η ηλεκτρογεννήτρια συνδέεται απευθείας στη ΜΕΚ. Ο έλεγχος του συστήματος ηλεκτροπαραγωγής γίνεται μέσω PLC. Ο μετασχηματιστής είναι αμφίδρομος, μετασχηματίζει ρεύμα από το δίκτυο υψηλής τάσης της ΔΕΗ τροφοδοτώντας με ρεύμα το ΧΥΤΑ και μετατρέπει το παραγόμενο από τη μονάδα ρεύμα σε ρεύμα τάσης 20 kv τροφοδοτώντας το δίκτυο της ΔΕΗ. 56

57 Μονάδα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στους Ταγαράδες (3/4) Για θερμογόνο δύναμη 5,2 kwh/m3 ( kj/m3) και βάσει των τεχνικών χαρακτηριστικών της ΜΕΚ (ισχύς εξόδου 275 kw) και της γεννήτριας (94,8% βαθμός απόδοσης), προκύπτει ότι το 32 % της ενέργειας του βιοαερίου μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια το 60% της ενέργειας του βιοαερίου μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια (θερμ. καυσαερ. ΜΕΚ 552οC και καυσαέρια δαυλού) 57

58 Μονάδα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας στους Ταγαράδες (4/4) Πιθανές χρήσεις (δεν υπάρχει δίκτυο ύδρευσης): Ιδιοκατανάλωση θέρμανση νερού από το πρωτεύον σύστημα ψύξης της ΜΕΚ (θερ. εξόδου νερού 88οC) με χρήση εναλλάκτη νερού-νερού για παραγωγή ζεστού νερού Παραγωγή υπέρθερμου ατμού εκμετάλλευση θερμ. ενέργειας καυσαερίων για παραγωγή ατμού και χρήση του από κοντινές βιομηχανίες Τηλεθέρμανση θέρμανση του χώρου γραφείων του ΧΥΤΑ και κοντινού οικισμού 58

59 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στην Ψυττάλεια Κόστος έργου 1,1 εκατ - Έναρξη λειτουργίας το 2001 Ισχύς 7,4 ΜW Είναι η 5η μεγαλύτερη διεθνώς Παραγωγή βιοαερίου m3 ημερησίως Παραγωγή αφυδατωμένης λάσπης (ιλύς) 280 τόνοι ημερησίως 59

60 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στη Θεσσαλονίκη (1/2) Μονάδα Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας από την αναερόβια χώνεψη της λάσπης των αστικών λυμάτων (ΕΥΑΘ) Είναι στη Σίνδο στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων Θεσσαλονίκης (ΕΕΛΘ) Δοκιμαστική λειτουργία από τον Δεκέμβριο του 2003 Κόστος έργου 2,9 εκατ. Ημερήσια παραγωγή kwh, θα καλύπτει το 47% των ενεργειακών αναγκών της ΕΕΛΘ Εξοικονόμηση ετησίως 60

61 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στη Θεσσαλονίκη (2/2) Προβλέπεται (κατατέθηκε πρόταση χρηματοδότησης) ολοκλήρωση της γραμμής χώνευσης και συνολική παραγωγή ενέργειας kwh ημερησίως - θα καλύπτει το 86% των ενεργειακών αναγκών της μονάδας με ετήσια εξοικονόμηση 1,5 εκατ. - κόστος έργου 6,2 εκατ. 61

62 Μονάδα αξιοποίησης βιοαερίου στο Βόλο 2 χωνευτές 800 m3 ο καθένας Παραγωγή m3 ημερησίως --> ετησίως 290 τόνοι ισοδύν. πετρελαίου 62

63 Διάφορες μονάδες αξιοποίησης βιοαερίου στην Ελλάδα Μονάδες αξιοποίησης βιοαερίου από αστικά λύματα. Χανιά, ισχύος 166 kw Ηράκλειο, ισχύος 193 kw Μεταμόρφωση, ισχύος 0,5 MW (κόστος έργου 0,9 εκατ. ) Παραγωγή λάσπης 500 m3 ημερησίως 2 χωνευτές m3 ο καθένας για θέρμανση και ανάμιξη 1 χωνευτής m3 για ανάμιξη της λάσπης 63

64 Παραγόμενες ποσότητες βιοαερίου διεθνώς (1/2) Διεθνώς Βιοαέριο ΧΥΤΑ (80% του συνολικού παραγόμενου βιοαερίου) 41,6 x 109 m3 (περιεκτικ. 55% σε μεθάνιο) 80% στις ΗΠΑ και 20% στην ΕΕ Βιοαέριο από άλλες πηγές (20% του συνολικού παραγόμενου βιοαερίου) 10,4 x 109 m3 (περιεκτικ. 55% σε μεθάνιο) Ισοδύναμο με 1,25 GW 64

65 Παραγόμενες ποσότητες βιοαερίου διεθνώς (2/2) ΕΕ Βιοαέριο ΧΥΤΑ 750 x 106 m3 (περιεκτικ. 55% σε μεθάνιο) Βιοαέριο από άλλες πηγές 430 x 106 m3 (περιεκτικ. 65% σε μεθάνιο) 65

66 Δυναμικότητα παραγωγής βιοαερίου από ΧΥΤΑ στην ΕΕ (1/2) Θεωρητική δυναμικότητα παραγωγής βιοαερίου από ΧΥΤΑ στην ΕΕ (βάσει του πληθυσμού και της παραγόμενης ποσότητας απορ/των) = εκατ. m3 βιοαερίου ετησίως 66

67 Δυναμικότητα παραγωγής βιοαερίου από ΧΥΤΑ στην ΕΕ (2/2) Πραγματική δυναμικότητα παραγωγής βιοαερίου από ΧΥΤΑ στην ΕΕ (βάσει της ποσότητας απορριμμάτων που οδηγούνται σε ΧΥΤΑ το 1990 το 60% των απορ/των στην ΕΕ σε ΧΥΤΑ και το 14% σε μονάδες θερμ. επεξεργασίας) = εκατ. m3 βιοαερίου ετησίως Δηλ. το 10% περίπου της θεωρητικά δυνάμενης παραγόμενης ποσότητας βιοαερίου 67

68 Παραγωγή βιοαερίου από λάσπες αστικών λυμάτων Στην Αγγλία το 1993 η παραγωγή ξηρής λάσπης ήταν 1,4 εκατ. τόνοι Ενεργειακό δυναμικό = ΤJ Μονάδες αναερόβιας χώνεψης αστικής λάσπης Marquette, Lille, Γαλλία Aix-en-Provence, Γαλλία (1995) Leonberg, Γερμανία (1994) Όγκος χωνευτών (m 3 ) Δυναμικότητα (m 3 λάσπης /ημέρα) Βιοαέριο (m 3 /ημέρα) 2 x Eching, Γερμανία

69 Τέλος Ενότητας 69

70 Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Σκόδρας Γεώργιος. «Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: eclass.uowm.gr/courses/mech244/ 70

71 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 71

72 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 72