ρ. ΗΜΗΤΡΗΣΜΑΝΩΛΑΚΟΣ Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 1/35

Transcript

1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ ΣΤΟ ΝΗΣΙΩΤΙΚΟ ΧΩΡΟ ρ. ΗΜΗΤΡΗΣΜΑΝΩΛΑΚΟΣ Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών Τµήµα Αξιοποίησης Φυσικών Πόρων & Γεωργικής Μηχανικής ΙεράΟδός 75, Αθήνα 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 1/35

2 ΟΜΗ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Γενικά στοιχεία για τους υδατικούς πόρους µε έµφαση στα νησιά Τεχνολογίες αφαλάτωσης Τρόποι διασύνδεσης αφαλατώσεων στο ενεργειακό σύστηµα Στοιχεία κόστους Περιβαλλοντικά στοιχεία Συµπεράσµατα 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 2/35

3 ΓΕΝΙΚΑ Η Ελλάδα θεωρείται χώρα πλούσια σε υδάτινους πόρους Όµως Οι υδάτινοι πόροι είναι ανοµοιόµορφα κατανεµηµένοι Σε 3 από τα 14 Υδ. ιαµερίσµατα η ζήτηση είναι µεγαλύτερη από τη διαθέσιµη ποσότητα Η µεταφορά νερού από «πλούσιες» σε αποθέµατα νερού περιοχές σε «φτωχές» είναι δυσχερής λόγω της σύνθετης γεωγραφίας 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 3/35

4 ιαθεσιµότητα υδατικών πόρων 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 4/35

5 είκτης κατανάλωσης νερού στις Κυκλάδες ΚΝ= ζήτηση / διαθεσιµότητα 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 5/35

6 Περιοχές που εµφανίζουν πρόβληµα υφαλµύρωσης του υδροφόρου ορίζοντα 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 6/35

7 Εισαγόµενες ποσότητες νερού στις Κυκλάδες 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 7/35

8 Εποχιακή διακύµανση στις εισαγόµενες ποσότητες νερού το 1998 και 2005 στις Κυκλάδες 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 8/35

9 Ετήσια διακύµανση στις εισαγόµενες ποσότητες νερού από το 1997 έως το 2004 σε διάφορα νησιά (a) Κίµωλος (b)μήλος (c) Τήνος (d) Φολέγανδρος 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 9/35

10 Κατά κεφαλήν διαθέσιµοι υδάτινοι πόροι m3/άτοµο Χώρα Λίβανος Συρία Μαρόκο Αίγυπτος Αλγερία Τυνησία Ισραήλ Λιβύη March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 10/35

11 Αφαλάτωση νερού Γιατί αφαλάτωση; Έλλειµµα σε υδάτινους πόρους Επιδείνωση της ποιότητας του φρέσκου νερού Μείωση του κόστους του νερού που παράγεται από τις τεχνολογίες αφαλάτωσης Εξασφάλιση αδιάλειπτης τροφοδοσίας Πηγές νερού για αφαλάτωση: Υφάλµυρο νερό (αλατότητα < ppm) Θαλασσινό νερό (αλατότητα > ppm) 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 11/35

12 Εγκατεστηµένη δυναµικότητα παγκοσµίως (m3/d) 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 12/35

13 υναµικότητα εγκατεστηµένων /συµβολαιοποιηµένων µονάδων αφαλάτωσης παγκοσµίως March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 13/35

14 Αιτίες ελάττωσης του κόστους της αφαλάτωσης Η διάδοση της αφαλάτωσης οφείλεται σε µεγάλο βαθµό στην ελάττωση του κόστους του παραγόµενου νερού λόγω: Της ωριµότητας των τεχνολογιών αφαλάτωσης Του ισχυρού ανταγωνισµού της αγοράς Των τεχνολογικών εξελίξεων σε σχέση µε τις ανάγκες σε ενέργεια (η ειδική κατανάλωση ενέργειας kwh/m3 συνεχώς µειώνεται) 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 14/35

15 Τεχνολογίες αφαλάτωσης (1/2) Γενικά οι βιοµηχανικές τεχνολογίες αφαλάτωσης χωρίζονται σε: Θερµικές (αλλαγής φάσης από υγρό σε ατµό)-απαιτούν θερµική και ηλεκτρική ενέργεια Μηχανικές (χρήση ηµιπερατών µεµβρανών υπό πίεση για το διαχωρισµό του αλατούχου διαλύµατος νερού)- Απαιτούν µόνο µηχανικό έργο δηλ. Ηλεκτρική ενέργεια Όλες οι τεχνολογίες απαιτούν προ-επεξεργασία Επίσης, απαιτείται µετ-επεξεργασία Όλες οι τεχνολογίες αφαλάτωσης είναι εξαιτερικά ενεργοβόρες. Το κόστος ενέργειας αντιπροσωπεύει το 40-75% του λειτουργικού κόστους 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 15/35

16 Τεχνολογίες αφαλάτωσης (2/2) Θερµικές: Πολυβάθµια Εκρηκτική Εξάτµιση (ΠΕΕ) Αντιπροσωπεύει το 93% των θερµικών, 2000 Απόσταξη σε Πολλαπλές Βαθµίδες (ΑΠΒ) Εξάτµιση µε Επανασυµπίεση Ατµών (ΕΕΑ) Μηχανικές: Ηλεκτροδιάλυση Αντίστροφη όσµωση (ΑΟ) Αντιπροσωπεύει το 88% των µηχανικών, March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 16/35

17 Πολυβάθµια Εκρηκτική Εξάτµιση (ΠΕΕ) Η πολυβάθµια εκρηκτική εξάτµιση βασίζεται στην παραγωγή ατµού από θαλασσινό νερό ή άλµη λόγω της ξαφνικής µείωσης της πίεσης κατά την είσοδο του θαλασσινού νερού σε θάλαµο κενού. Η διεργασία επαναλαµβάνεται από βαθµίδα σε βαθµίδα σε βαθµιαίως ελαττούµενη πίεση. Η εν λόγω διεργασία απαιτεί εξωτερική τροφοδοσία µε ατµό, σε θερµοκρασίες της τάξεως των 100 οc 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 17/35

18 Απόσταξη σε Πολλαπλές Βαθµίδες (ΑΠΒ) Στη διεργασία απόσταξης σε πολλαπλές βαθµίδες, ο ατµός παράγεται από την απορρόφηση θερµότητας από το θαλασσινό νερό. Ο ατµός που παράγεται σε µια βαθµίδα είναι σε θέση να θερµάνει το διάλυµα στην επόµενη βαθµίδα επειδή η επόµενη βαθµίδα είναι σε χαµηλότερη θερµοκρασία και πίεση. Η απόδοση της διεργασίας είναι ανάλογη του αριθµού των βαθµίδων. Στις εγκαταστάσεις ΑΠΒ συνήθως χρησιµοποιείται µια εξωτερική πηγή θερµότητας της τάξεως των 70 oc 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 18/35

19 Εξάτµιση µε Επανασυµπίεση Ατµών (ΕΕΑ) Στην τεχνολογία αυτή της αφαλάτωσης ο ατµός που παράγεται από το αλατούχο διάλυµα συµπιέζεται µηχανικά (µηχανική επανασυµπίεση, ΜΕΕΑ) ή θερµικά (θερµική επανασυµπίεση, ΘΕΕΑ) για να επιτευχθεί επιπρόσθετη παραγωγή ατµού 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 19/35

20 Ηλεκτροδιάλυση (Η ) Η τεχνολογία αφορά τη συγκράτηση ανιόντων και κατιόντων στις µεµβράνες οι οποίες βρίσκονται υπό ηλεκτρικό πεδίο. 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 20/35

21 Αντίστροφη όσµωση (ΑΟ) Η ΑΟ απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια ή µηχανικό έργο για να κινήσει µια αντλία υψηλής πιέσεως η οποία αυξάνει την πίεση του αλατούχου διαλύµατος σε τιµές που είναι εφικτή η πραγµατοποίηση της διεργασίας της αντίστροφης όσµωσης (οσµωτική πίεση). Η τιµή αυτή της πίεσης εξαρτάται κατά µείζονα λόγο από τη συγκέντρωση του άλατος στο διάλυµα. Μια τυπική τιµή της µπορεί να θεωρηθεί της τάξεως των 65 bar Η ΑΟ ΕΙΝΑΙ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ Ι ΙΑΙΤΕΡΟΥ ΕΝ ΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ ΓΙΑ ΤΑ ΝΗΣΙΑ!!! 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 21/35

22 Αντίστροφη όσµωση και ενέργεια 1/2 Το κόστος ενέργειας είναι πολύ σηµαντικό στην τεχνολογία ΑΟ Αρχικά η (ειδική) κατανάλωση ενέργειας ήταν υψηλή, kwh/m3 Πως ελαττώνεται η κατανάλωση ενέργειας; Αύξηση της ανάκτησης νερού (παραγόµενη ποσότητα/ποσότητα νερού τροφοδοσίας) Χειρότερη ποιότητα Αύξηση της θερµοκρασίας Χειρότερη ποιότητας, µη εµπορική λύση Ανάκτηση ενέργειας από την άλµη 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 22/35

23 Αντίστροφη όσµωση και ενέργεια 2/2 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 23/35

24 Κόστος επένδυσης Αντίστροφης όσµωσης 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 24/35

25 Τεχνολογική εξέλιξη της ΑΟ (θαλασσινό νερό) Το µέγεθος των εγκαταστάσεων έχει δεκαπλασιαστεί από το 1995 έως το 2005 Η απόδοση της διεργασίας βελτιώνεται συνεχώς: -Ανάκτηση ενέργειας -Ανάκτηση νερού -Καλύτερη ποιότητα παραγόµενου νερού Η τεχνολογία των µεµβρανών βελτιώνεται συνεχώς: -Αύξηση χρόνου ζωής -Μεγαλύτερου µεγέθους µεµβράνες -Αύξηση του παραγόµενου νερού ανά m2 επιφάνειας 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 25/35

26 Πρόοδος στην αφαλάτωση µε ΑΟ Ανάκτηση νερού (%) Πίεση λειτουργίας (bar) Αλατότητα παραγόµενου νερού (ppm) Ειδική κατανάλωση (kwh/m3) 1980 s 1990 s 2000 s < March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 26/35

27 Αφαλάτωση και ΑΠΕ 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 27/35

28 υναµικό ΑΠΕ στο Αιγαίο 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 28/35

29 Αντίστροφη όσµωση και ΑΠΕ Η ΑΟ είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο Ως τέτοιο µπορεί να τροφοδοτείται από οποιαδήποτε ΑΠΕ είτε αυτόνοµα είτε ως διασυνδεµένο µε το δίκτυο διανοµής της περιοχής (νησιά) Αυτόνοµα συστήµατα απαιτούν αποθήκευση σε ενέργεια (συσσωρευτές, κυψέλες καυσίµου, σφονδύλους κλπ.) µε αποτέλεσµα τον περιορισµό του µεγέθους της εγκατάστασης (τεχνικοί και οικονοµικοί περιορισµοί) Μη ύπαρξη αποθήκευσης ενέργειας σε αυτόνοµα συστήµατα συνεπάγεται λειτουργία της µονάδας αφαλάτωσης και των συνιστωσών της (αντλίες, µεµβράνες, συστήµατα ανάκτησης) σε µεταβλητό φορτίο Μια πρακτική λύση είναι η διασύνδεση της µονάδας αφαλάτωσης απ ευθείας στο δίκτυο, µε ταυτόχρονη εγκατάσταση ορθά διαστασιολογηµένης τεχνολογίας ΑΠΕ Στην περίπτωση αυτή η αφαλάτωση µπορεί να απορροφά τις «αιχµές» ισχύος και έτσι να αυξάνεται η εκµεταλλευσιµότητα των τεχνολογιών ΑΠΕ. Τελικά, το παραγόµενο νερό είναι η «ενεργειακή αποθήκη» 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 29/35

30 Παράδειγµα αυτόνοµου συστήµατος αφαλάτωσης ΑΟ µε Φ/Β 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 30/35

31 Κεντρική και αποκεντρωµένη διανοµή ισχύος 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 31/35

32 Παράδειγµα υβριδικoύ διανεµηµένου σύστηµα ηλεκτροπαραγωγής 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 32/35

33 Κόστος παραγόµενου νερού µε ΑΠΕ Το κόστος του παραγόµενου νερού µε ΑΠΕ (EUR/m3) εξαρτάται βασικά από: Την αλατότητα (υφάλµυρο ή θαλασσινό) Την τεχνολογία και το δυναµικό ΑΠΕ της περιοχής Τη δυναµικότητα της µονάδας Τοπικά χαρακτηριστικά (π.χ. Κόστος γης, εργατικό κόστος, υδροληψία) Τύπος νερού Πηγή ενέργειας Κόστος EUR/m3 Υφάλµυρο Συµβατική 0,21-1,06 Φ/Β 4,5-10,32 Γεωθερµία 2,00 Θαλασσινό Συµβατική Άνεµος 1,00-5,00 Φ/Β 3,14-9,00 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 33/35

34 ΒΑΣΙΚΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ: ΑΕΡΙΟΙ ΡΥΠΟΙ, ΙΑΘΕΣΗ ΤΗΣ ΑΛΜΗΣ Τεχνολο γία Θερµική Ενέργεια (kj/m3) Ηλεκτρική ενέργεια (kwh/m3) kg CO2/m3 g NOX/m3 g SOX/m3 ΠΕΕ ,98-23,41 4,46-28,30 11,34-28,01 ΑΠΒ ,19-18,05 2,53-21,43 15,74-26,31 AO - 4 1,75-2,79 2,05-4,05 2,79-11,13 Η Αντίστροφη Όσµωση είναι η τεχνολογία που παράγει τους λιγότερους αέριους ρύπους λόγω των χαµηλότερων ενεργειακών απαιτήσεων Η ρύπανση εξαρτάται γενικά από την Ενεργειακή Πηγή. ιάθεση της άλµης είναι ένα σοβαρό περιβαλλοντικό θέµα. Σε εγκαταστάσεις που γίνονται στην ενδοχώρα µπορεί να αντιµετωπιστεί µε κατασκευή ηλιολεκανών. Σε παράκτιες περιοχές διοχετεύεται στη θάλασσα ΠΕΕ= Πολυβάθµια Εκρηκτική Εξάτµιση, ΑΠΒ= Απόσταξη σε Πολλαπλές βαθµίδες, ΑΟ= Αντίστροφη Όσµωση 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 34/35

35 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η αφαλάτωση µπορεί να προσφέρει ασφαλή και αδιάλειπτη τροφοδοσία σε φρέσκο νερό Η αφαλάτωση µπορεί να λειτουργήσει συµπληρωµατικά σε µια ευρύτερη πολιτική ολοκληρωµένης διαχείρισης των υδάτινων πόρων Ο συνδυασµός αφαλάτωσης µε ΑΠΕ είναι τεχνικά εφικτός και περιβαλλοντικά ωφέλιµος παρουσιάζει όµως γενικά υψηλότερο κόστος σε σχέση µε τη συµβατική τροφοδοσία Η αφαλάτωση µε ΑΠΕ πρέπει να αποτελέσει προτεραιότητα σε µελλοντικές εφαρµογές µε αντίστοιχη παροχή κινήτρων 3 March 2009 Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών 35/35