Ενεργειακό περιεχόμενο Αστικών Στερεών Αποβλήτων και Υπολειμμάτων και οι επιπτώσεις του στη σκοπιμότητα Μονάδων Θερμικής Επεξεργασίας

Transcript

1 Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Ενεργειακό περιεχόμενο Αστικών Στερεών Αποβλήτων και Υπολειμμάτων και οι επιπτώσεις του στη σκοπιμότητα Μονάδων Θερμικής Επεξεργασίας Αβραάμ Καραγιαννίδης Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ

2 Διαχείριση ΑΣΑ στην Ελλάδα (Eurostat, 2006) Η Ελλάδα και η Ιρλανδία είναι οι μόνες χώρες της ΕΕ-15 που δεν εφαρμόζουν μεθόδους θερμικής επεξεργασίας ΑΣΑ (τουλάχιστον μέχρι το 2009). Η διάθεση είναι ο κύριος τρόπος επεξεργασίας των ΑΣΑ. Municipal waste management in the European Union in 2006 Percentage of total waste Landfill (%) Recycling and composting (and other)(%) Incineration with energy recovery (%) Greece Portugal United Kingdom Ireland Finland Italy Spain France Austria Luxembourg Germany Sw eden Belgium Denmark Netherlands Eurostat 2006

3 Παραγωγή και Διαχείριση ΑΣΑ στην Ελλάδα - σενάριο μηδενικής υλοποίησης έργων

4 Παραγωγή και Διαχείριση ΑΣΑ στην Ελλάδα σενάριο υλοποίησης έργων Εθνικού Σχεδιασμού

5 Μείωση αρχικού όγκου ΑΣΑ επίδραση ανακύκλωσης και συνδυασμός ανακύκλωσης μαζί με μαζική καύση [Vogel]

6 Χωροθέτηση νέας Μονάδας Θερμικής Επεξεργασίας (ΜΘΕ) στη Στερεά Ελλάδα Ανάπτυξη και αξιολόγηση εναλλακτικών συστημάτων συλλογής και μεταφοράς στερεών αποβλήτων από 43 δήμους και κοινότητες που θα στείλουν τα απόβλητά τους προς επεξεργασία σε μονάδα ΜΘΕ με ανάκτηση ενέργειας στη Βοιωτία, Εύβοια και Φθιώτιδα. Καταγραφή 43 δήμων και κοινοτήτων και εκτίμηση παραγόμενων ποσοτήτων ΑΣΑ στην περιοχή μελέτης. Σχεδίαση δικτύου μεταφόρτωσης με προτεινόμενους σταθμούς στην περιοχή μελέτης από την προσομοίωση του οποίου προσδιορίσθηκε η χωροθέτηση των σταθμών. Δημιουργία χαρτών σε γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών και με βάση βιβλιογραφικά στοιχεία κόστους συλλογής, μεταφοράς και μεταφόρτωσης υπολογισμός κόστους συλλογής και μεταφοράς από τους δήμους προς τη ΜΘΕ.

7 Μοντέλο Βελτιστοποίησης Το εν λόγω μοντέλο έλαβε υπόψη του τους περιορισμούς: ζήτησης (η ποσότητα απορριμμάτων που παράγονταν σε ένα παραγωγό ήταν ίση με το άθροισμα των ροών απορριμμάτων από τον παραγωγό προς τις μονάδες μεταφόρτωσης, επεξεργασίας και τελικής διάθεσης, ισοζυγίου μάζας (η εισερχόμενη μάζα απορριμμάτων σε ένα σταθμό μεταφόρτωσης είναι ίση με την εξερχόμενη από αυτόν μάζα απορριμμάτων), απαίτησης για ελάχιστη ποσότητα, μέσω της οποίας εξασφαλίσθηκε ότι μια μονάδα θα λειτουργούσε μόνο όταν θα δέχονται μια ελάχιστη ποσότητα απορριμμάτων, δυναμικότητας, μέγιστου αριθμού εγκαταστάσεων προς λειτουργία και μη αρνητικότητας των συνεχών και των δυαδικών μεταβλητών.

8 Σενάρια ενεργειακής ανάκτησης της υποψήφιας μονάδας Σενάριο 1: Η ΜΘΕ παράγει στο λέβητα υπέρθερμο ατμό θερμοκρασίας 400 C και πίεσης 45 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 26% % (brutto( brutto). Η ιδιοκατανάλωση για τις ανάγκες της μονάδας είναι το 15% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Σενάριο 2: Η ΜΘΕ παράγει στο λέβητα υπέρθερμο ατμού αυξημένης θερμοκρασίας 450 C και πίεσης 60 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 28% % (brutto( brutto). Η ιδιοκατανάλωση για τις ανάγκες της μονάδας είναι το 15% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Σενάριο 3: Η ΜΘΕ εφαρμόζει βέλτιστες διαθέσιμες τεχνικές (BAT) και στο λέβητα παράγει υπέρθερμο ατμό αυξημένης θερμοκρασίας 440 C και πίεσης 125 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 30% % (brutto( brutto). Η ιδιοκατανάλωση για τις ανάγκες της μονάδας είναι το 15% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Σενάριο 4: Η ΜΘΕ είναι εγκατάσταση ΣΗΘ, με παραγωγή υπέρθερμου ατμού θερμοκρασίας 400 C και πίεσης 45 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 15,5% (brutto) και παραγωγή θερμότητας για εμπορική χρήση με βαθμό απόδοσης 41,5%. Σενάριο 5: Η ΜΘΕ είναι εγκατάσταση ΣΗΘ, με παραγωγή υπέρθερμου ατμού αυξημένης θερμοκρασίας 450 C και πίεσης 60 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 18% (brutto( brutto) και παραγωγή θερμότητας για εμπορική χρήση με βαθμό απόδοσης 37%. Σενάριο 6: Η ΜΘΕ εφαρμόζει βέλτιστες διαθέσιμες τεχνικές (BAT) και παράγει στο λέβητα υπέρθερμο ατμό αυξημένης θερμοκρασίας 440 C και πίεσης 125 bar, για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βαθμό απόδοσης 22% (brutto( brutto) και παραγωγή θερμότητας για εμπορική χρήση με βαθμό απόδοσης 31,3%.

9 Ανάλυση κόστους Ενεργειακή απόδοση R1 γιατασενάρια1-6 Υπολογισμός θερμοκηπικών αέριων 1,0 0, Απαιτούμενη ενεργειακή απόδοση R1 από τη 2008/98/ΕΚ για εγκαταστάσεις Μεταφορά μετά το 2009 και επεξεργασία των Μεταφορά και επεξεργασία τωνμεταφορά και επεξεργασία των ΑΣΑ από Βοιωτία ΑΣΑ από Εύβοια ΑΣΑ από από Φθιώτιδα 0, Ενεργειακή απόδοση R1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 kg CO2-equiv/t ΑΣΑ ,65 0, ,0 ΘΕ χωρίς ενεργειακή ανάκτηση ΘΕ με 22,5% απόδοση ηλεκτροπαραγωγής ΘΕ με 30% απόδοση ηλεκτροπαραγωγής Σενάριο 1 Σενάριο 1 Σενάριο Σενάριο 3 Σενάριο 4 Σενάριο 5 Σενάριο 6 Σενάριο 2 Σενάριο

10 Διαχείριση ΑΣΑ Η περίπτωση της Αττικής kt ΑΣΑ (υγρό βάρος) παράχθηκαν % ανακυκλώθηκαν. 350 kt επεξεργάστηκαν στην υφιστάμενη ΜΒΕ. Σύμφωνα με το υφιστάμενο σχεδιασμό διαχείρισης απορριμμάτων και την εκτίμηση του πληθυσμού, kt ΑΣΑ θα παραχθούν μέχρι το 2030.

11 Επεξεργασία Σεναρίων Αττική Παραδοχές 1. Στόχοι ΑνακύκλωσηςΟδηγίας 99/42/EΚ 60% κ.β. γυαλί, 60% κ.β. χαρτί και χαρτόνι, 50% κ.β. μέταλλα, 22,5% κ.β. Πλαστικά και 15% κ.β. ξύλο. 2. Η σύσταση των ΑΣΑ στην Ελλάδα είναι: 29% χαρτί/χαρτόνι χαρτόνι, 40% οργανικά, 14% πλαστικά, 3% αδρανή, 2% δέρμα, ξύλο, ύφασμα, λάστιχο, 3% γυαλί, 3% σιδηρούχα μέταλλα, 0,5% μη σιδηρούχα μέταλλα και 6% υπόλοιπα.

12 GHG emissions (Gg( CO2-eq.) για τα πέντε σενάρια Σενάρια 3 και 4 έχουν καλύτερες αποδόσεις από τα ακολουθούμενα από 2, 1 και 5. Σενάριο 3 ενσωματώνει MBT(C) με παραγωγή RDF και MBT(BioD) με παραγωγή SRF. RDF και SRF θα πρέπει να αξιοποιηθούν σε τσιμεντοβιομηχανία ή/και χαρτοβιομηχανία. Η απόδοση των σεναρίων 3 και 4 είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη, αφού εξαρτάται από την απορρόφηση των SRF και RDF από την αγορά, γεγονός προβληματικό μέχρι και σήμερα.

13 Ενεργειακό περιεχόμενο ΑΣΑ Υπολογίστηκε με βάσει τη ποιοτική και χημική σύσταση. Η Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΑΘΔ) υπολογίστηκε από τη εξίσωση του Dulong επί ξηράς βάσης. Η Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΚΘΔ) υπολογίστηκε από την ΑΘΔ αφαιρώντας την υγρασία και την περιεκτικότητα του υδρογόνου. ΚΘΔ = 9,75 MJ/kg

14 Ενεργειακό περιεχόμενο υπολειμμάτων ΜΒΕ και ΚΔΑΥ 15% υπολείμματα: ΜΒΕ ~ 15% 50% πλαστικά, χαρτί και οργανικά 50% αδρανή. ΚΘΔ = 10,5 5 GJ/t ΚΔΑΥ ~30% υπολείμματα: Οργανικά και αδρανή ΚΘΔ = 4,56 GJ/t

15 Επίδραση ανακύκλωσης και εκτροπής ΒΑΑ στην ΚΘΔ των ΑΣΑ Οι οδηγίες 2004/12/ΕΚ και 1999/31/ΕΚ έχουν επιπτώσεις στην ΚΘΔ των ΑΣΑ αναλόγως με το βαθμό εκτροπής ΒΑΑ και ανακύκλωσης

16 Διάγραμμα Tanner SRF/RDF Average content of RDF/SRF physical-chemical chemical parameters. Self sustainable combustion area (blue line), RDF (red line), SRF F (green line).

17 Συμπεράσματα Στην περίπτωση που στα ΑΣΑ που οδεύουν προς διάθεση εκτραπούν τα ζυμώσιμα, τότε η ΚΘΔ των υπολειμματικών ΑΣΑ αυξάνεται πολύ. Λαμβάνοντας υπόψη, τον ρυθμό μεταβολής των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών των παραγόμενων ΑΣΑ στην Ελλάδα, η μαζική καύση (mass burn) αποτελεί βιώσιμο πυλώνα της διαχείρισης ΑΣΑ στα μεγαλύτερα πολεοδομικά συγκροτήματα της χώρας. Σε ένα Ολοκληρωμένο Σύστημα Διαχείρισης Απορριμμάτων με ανακύκλωση και ΔσΠ των ζυμώσιμων, η ΚΘΔ των υπολειμματικών ΑΣΑ (προς ενεργειακή αξιοποίηση προ της ταφής) εξακολουθεί να παραμένει υψηλή.

18 Σας ευχαριστώ για την ακρόασή σας! Αβραάμ Καραγιαννίδης Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ Ιδρυτικό Μέλος της Συνέργεια Μέλος Δ.Σ. της ΕΕΔΣΑ και Σύνδεσμος με Δ.Σ. της ομάδας εργασίας της ΕΕΔΣΑ Ενεργειακή Αξιοποίηση Απορριμμάτων (πολυπληθέστερης των συνολικά 6 νεοσύστατων ομάδων, με 20 μέλη) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΑΠΘ Ενεργειακός Τομέας, Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής s: akarag@auth.gr, makis@aix.meng.auth.gr