ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ KAI ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΟΝ ΟΙΚΙΑΚΟ ΤΟΜΕΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ: ΑΘΗΝΑ ΘΩΜΑΪΔΟΥ Α.Ε.Μ: 4050 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΜΑΥΡΙΔΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2012

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος αυτής της εργασίας είναι η παρουσίαση της συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Επίσης να επισημανθούν οι τεχνολογίες που βρίσκουν εφαρμογή στη συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας, καθώς η συμπαραγωγή δεν αποτελεί μια συγκεκριμένη τεχνολογία αλλά μια εφαρμογή τεχνολογιών με στόχο την εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας των καυσαερίων που προκύπτουν κατά τη διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα συμπαραγωγής ενέργειας εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που θα χανόταν κατά τη συμβατική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, επιτυγχάνοντας συνολική ενεργειακή απόδοση μεγαλύτερη από αυτή των μεμονωμένων συστημάτων. Αναλυτικότερα στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται η εισαγωγή στη συμπαραγωγή, δίνοντας ορισμούς και παρουσιάζοντας τις εφαρμογές της. Επίσης γίνεται μία σύντομη ιστορική αναδρομή στη συμπαραγωγής της Ελληνικής πραγματικότητας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται εφαρμογές σημερινές στην Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Το δεύτερο κεφάλαιο πραγματεύεται, αναλυτικά με τις τεχνολογίες συστημάτων συμπαραγωγής που υφίστανται. Εν συνεχεία στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται λεπτομερώς εφαρμογές στην Ελλάδα. Παρουσιάζονται πληροφορίες για τον εξοπλισμό των συστημάτων καθώς και για τον τρόπο λειτουργίας τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση της σύνδεσης συστημάτων συμπαραγωγής με τα δίκτυο διανομής καθώς και της σύνδεσης συστημάτων στη χαμηλή και τη μέση τάση. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι νομοί και Οδηγίες που εφαρμόζονται στην Ελληνική πραγματικότητα. Επιπρόσθετα στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα καύσιμα που χρησιμοποιούνται στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στη σύσταση και τις ιδιότητες του φυσικού αερίου, του υγραερίου και του βιοαερίου. Και τέλος μια αναφορά στις περιβαλλοντικές επιπτώσεις έχουν τα συστήματα στο περιβάλλον. 2

3 ABSTRACT The aim of this target is the presentation of the combined heat and power. Also it should be located that technologies which are put into practice in the combined heat and power, because the combination is not a specific technology, but a technology application that has aim to utilize the development of the exhaust gases upon heat power that come out from the procedure of producing electrical power. The combined heat and power take advantage of the heat that would be lost during the conventional combined heat power production, succeeding total power yield bigger than this of isolated systems. More analytically, in the first chapter, it is referred the introduction of the combination, by giving definitions and presenting its practical uses. Also it is referred a chronology of combination in the Greek reality. After that there are presented modern applications in Greece and European Union. The second chapter deals with the combination systems. In the third chapter there are presented the applications in Greece. There are presented information for the systems equipment as well as for the way of their use. In the forth chapter there is a presentation of the link between the combination systems and the network distribution and connection systems in low and medium voltage. In the fifth chapter there are the laws and guidelines applicable to the Greek reality. In addition the final chapter refers to the fuel used in power stations. Specifically referring to the composition and properties of natural gas, LPG and biogas. And finally a report on the environmental impact of the systems on the environment. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ.4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΟΛΥ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ Ε.Ε 19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟ ΑΝΤΙΘΛΙΨΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟ ΑΠΟΜΑΣΤΕΥΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟ ΣΕ ΚΥΚΛΟ ΒΑΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΚΑΥΣΕΩΝ ΤΥΠΟΠΟΙΗΜΕΝΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ «ΠΑΚΕΤΑ» ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΚΥΚΛΟΙ ΒΑΣΗΣ RANKINE ΜΕ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΡΕΥΣΤΑ ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ (FUEL CELLS) ΜΗΧΑΝΕΣ STIRLING ΜΙΚΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ (MICROTURBINE).41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΠΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΣΗΜΕΡΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΚΛΙΝΙΚΗ «ΜΗΤΕΡΑ» ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΕΛΦΙΚΟ Α.Ε.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΔΡΑΜΑΣ Α.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ AGRITEX ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ Α.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΙΚΡΟΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 4

5 ΣΤΑ ΞΕΝΟΔΟΧΕΙΑ «ΕΓΝΑΤΙΑ» ΚΑΙ «ΑΙΓΑΙΟΝ» ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΓΙΑ ΟΙΚΙΑΚΗ ΧΡΗΣΗ. 53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΧΑΜΗΛΗ ΤΑΣΗ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΜΕΣΗ ΤΑΣΗ.. 65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΓΙΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΤΑΘΜΩΝ ΣΗΘ ΣΥΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΥΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥ ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΣΥΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΙΓΜΑΤΟΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΣΗΘ ΘΟΡΥΒΟΣ ΚΑΙ ΚΡΑΔΑΣΜΟΙ ΑΠΟ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 77 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σήμερα η εκτεταμένη χρήση ορυκτών καυσίμων αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό των βιομηχανικών κοινωνιών. Η χρήση ορυκτών καυσίμων είναι σημαντική για την ανάπτυξη, τη διανομή και την προετοιμασία των τροφίμων, τις κατασκευές, τη βιομηχανία, την επικοινωνία και πολλές άλλες δραστηριότητες. Στις σύγχρονες κοινωνίες λοιπόν, οι βιομηχανίες εξαρτώνται από τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας το μεγαλύτερο μέρος της οποίας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Το Πετρέλαιο αποτελεί πλέον βασικό καύσιμο σε παγκόσμιο επίπεδο όπως ήταν παλιότερα ο άνθρακας. Ο υδροηλεκτρισμός και η πυρηνική ενέργεια χρησιμοποιούνται λιγότερο. Ένα επιπλέον καύσιμο που χρησιμοποιούμε σήμερα για την παραγωγή ενέργειας είναι η βιομάζα. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα είναι αυτό της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας λόγω του φαινόμενου του θερμοκηπίου, μια βαθμιαία αύξηση στη θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης. Το φαινόμενο προκαλείται από αυξημένες ποσότητες αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Σημαντικό στοιχείο των αερίων του θερμοκηπίου είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) που απελευθερώνεται με την καύση ορυκτών καυσίμων. Επιπρόσθετα μερικά άλλα αέρια που απελευθερώνονται από την καύση καυσίμων όπως οξείδια και διοξείδια θείου και αζώτου, όταν ενωθούν με νερό στην ατμόσφαιρα δημιουργούν θειικό και νιτρικό οξύ με αποτέλεσμα την όξινη βροχή. Για αυτά τα προβλήματα η χρήση των εναλλακτικών μορφών ενέργειας είναι η βασική λύση. Καθώς η αξιοποίηση τους δεν συνοδεύεται ή συνοδεύεται από μειωμένη εκπομπή ρύπων ή αερίων. Με τον όρο εναλλακτικές μορφές ενέργειας εννοούμε την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και από συστήματα συμπαραγωγής ενέργειας. Ανανεώσιμη πηγή ενέργειας ονομάζουμε την ενέργεια που λαμβάνεται από το περιβάλλον. Παρακάτω αναφέρουμε τις ακόλουθες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας : Η υδροηλεκτρική ενέργεια Η αιολική ενέργεια Η ηλιακή ακτινοβολία Η ενέργεια που προέρχεται από τη χρήση της βιομάζας Η γεωθερμική ενέργεια που προέρχεται από τη θερμότητα που παράγεται από το εσωτερικό της γης. Η ενέργεια που παράγεται από την κινητική ενέργεια των κυμάτων 6

7 Η ενέργεια που προκύπτει από τα απόβλητα Επιπλέον τρόπος παραγωγής ενέργειας είναι η Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και θερμότητας (ΣΗΘ),δηλαδή η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με ταυτόχρονη αξιοποίηση της παραγόμενης θερμότητας. Τα συστήματα συνδυασμένης παραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας παράγουν ταυτόχρονα ηλεκτρική (ή και μηχανική) και θερμική ενέργεια σε ένα ενιαίο, ολοκληρωμένο σύστημα. Η θερμική ενέργεια που ανακτάται σε ένα σύστημα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση ή ψύξη στη βιομηχανία ή σε κτίρια. Η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας δεν αποτελεί μια συγκεκριμένη τεχνολογία αλλά μια εφαρμογή τεχνολογιών για την κάλυψη αναγκών θέρμανσης ή ψύξης, καθώς και για μηχανική ή και ηλεκτρική ενέργεια των τελικών καταναλωτών. Τα συστήματα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας εκμεταλλεύονται τη θερμότητα που θα χανόταν κατά τη συμβατική παραγωγή ηλεκτρικής ή μηχανικής ενέργειας, επιτυγχάνοντας συνολική ενεργειακή απόδοση πολύ μεγαλύτερη από αυτή των μεμονωμένων συστημάτων. ΕΙΚΟΝΑ 1.1 Σύγκριση συστημάτων μεμονωμένου συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και παραγωγής θερμικής ενέργειας με αυτή της συμβατικής παραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. 7

8 Οι εφαρμογές της συμπαραγωγής διακρίνονται σε τέσσερις τομείς: 1. Σύστημα ηλεκτρισμού της χώρας (Δ.Ε.Η).Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να μετατραπούν σε μονάδες συμπαραγωγής και να καλύψουν τις θερμικές ανάγκες παρακείμενων πόλεων, οικισμών, βιομηχανιών κλπ. 2. Βιομηχανικός τομέας. Συνήθως βιομηχανίες τροφίμων και ποτών, κλωστοϋφαντουργίες, οι βιομηχανίες χάρτου, τα διυλιστήρια, μεταλλουργικές βιομηχανίες. 3. Εμπορικός Κτιριακός τομέας. Αφορά ξενοδοχεία, νοσοκομεία, μεγάλα συγκροτήματα κατοικιών(πολυκατοικίες, μονοκατοικίες)και κτίρια γραφείων. Το θερμικό προϊόν είναι ζεστό νερό ή ατμός υψηλής πίεσης. 4. Αγροτικός τομέας. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια στα θερμοκήπια διατίθενται στο Εθνικό Σύστημα Ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ με τα θερμικά φορτία γίνεται θέρμανση του χώρου του θερμοκηπίου και εμπλουτισμός του με διοξείδιο του άνθρακα για την ταχύτερη ανάπτυξη καλλιεργούμενων φυτών. Τα βασικά πλεονεκτήματα των συστημάτων συμπαραγωγής είναι τα εξής : Αυξημένη απόδοση μετατροπής και χρήσης της ενέργειας. Μικρότερες εκπομπές ρύπων προς το περιβάλλον, ιδιαίτερα του CO 2 Σημαντική εξοικονόμηση οικονομικών πόρων παρέχοντας ανταγωνιστικότητα στη βιομηχανία καθώς η ηλεκτρική ενέργεια και η θερμότητα παρέχονται σε προσιτές τιμές. Δίνεται η ευκαιρία να προωθηθούν λύσεις ηλεκτροπαραγωγής, όπου οι σταθμοί συμπαραγωγής σχεδιάζονται για να παρέχουν στον καταναλωτή υψηλή απόδοση,αποφεύγοντας απώλειες μεταφοράς και αυξάνοντας την ευελιξία στη χρήση του συστήματος. Βελτιωμένη ασφάλεια παροχής, καθώς είναι πολύ μειωμένες οι πιθανότητες να μείνει ο καταναλωτής χωρίς ηλεκτρική (blackout) ή θερμική ενέργεια. Μειωμένη ανάγκη καυσίμων, σε σχέση με τη χωριστή παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Επίσης η ανάπτυξη των συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας δημιουργεί νέες θέσεις εργασίας. Τα μειονεκτήματα των συστημάτων είναι τα εξής: 8

9 Όλα τα συστήματα συμπαραγωγής εξοικονομούν το καύσιμο διότι έχουν υψηλότερο βαθμό απόδοσης από την χωριστή παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Όμως αν ένα σύστημα συμπαραγωγής εξοικονομεί ακριβό εισαγόμενο καύσιμο, πχ πετρέλαιο, εξαρτάται από το καύσιμο που το ίδιο το σύστημα χρησιμοποιεί και τα καύσιμα που χρησιμοποιούν τα συστήματα χωριστής παραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας, τα οποία θα αντικατασταθούν από το σύστημα συμπαραγωγής. Η επιλογή των συστημάτων συμπαραγωγής και των καυσίμων, που αυτά χρησιμοποιούν είναι σκόπιμο να εναρμονίζεται με μια γενικότερη εθνική ενεργειακή πολιτική. Είναι ενδεχόμενο να δημιουργήσουν προβλήματα αστάθειας του δικτύου. Τα προβλήματα αυτά περιορίζονται ή αποφεύγονται όταν το σύστημα συμπαραγωγής και η σύνδεση του με το δίκτυο πληρούν ορισμένες προδιαγραφές. Η συνεννόηση με τις αρμόδιες υπηρεσίες της ΔΕΗ είναι απαραίτητη προς το σκοπό αυτό. Η εξάπλωση της συμπαραγωγής θα μπορούσε να έχει αρνητικές οικονομικές επιπτώσεις στο εθνικό σύστημα ηλεκτρισμού, αν αυτό έχει ικανότητα παραγωγής μεγαλύτερη από τη ζήτηση ή αν ο ρυθμός αύξησης της ικανότητας με κατασκευή νέων σταθμών είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό αύξησης της ζήτησης και για διάφορους λόγους δεν μπορεί να επιβραδυνθεί. Τότε, το κόστος κεφαλαίου μοιράζεται σε μικρότερη ποσότητα παραγόμενου ηλεκτρισμού, με αποτέλεσμα την αύξηση του μοναδιαίου κόστους. Ένα τέτοιο ενδεχόμενο δεν φαίνεται να υπάρχει για την Ελλάδα διότι αφενός μεν των αναγκών καλύπτεται με εισαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αφετέρου δε το αναπτυξιακό πρόγραμμα της ΔΕΗ είναι κυλιόμενο, δηλαδή αναθεωρείται σε τακτικά χρονικά διαστήματα και επομένως μπορεί να προσαρμόζεται στις νέες συνθήκες. Όταν πολλές μικρές και διασπαρμένες μονάδες συμπαραγωγής αντικαθιστούν μεγάλους κεντρικούς σταθμούς με ψηλές καπνοδόχους, τότε δεν είναι εξασφαλισμένη η βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος. Οι κεντρικοί σταθμοί βρίσκονται κατά κανόνα έξω από τα αστικά κέντρα και οι ψηλές καπνοδόχοι συντελούν σε ικανοποιητικό διασκορπισμό των ρύπων. Αντίθετα, οι μικρές μονάδες συμπαραγωγής που έχουν και σχετικά χαμηλότερες καπνοδόχους είναι εγκατεστημένες κοντά ή και μέσα στις κατοικημένες περιοχές επιβαρύνοντας το περιβάλλον τους. Η διακίνηση των καυσίμων και η απομάκρυνση των στερεών κατάλοιπων της καύσης μπορεί να προκαλέσει ρύπανση του εδάφους και των υδάτων της περιοχής. Επίσης ο θόρυβος τόσο από τη λειτουργία του ίδιου του συστήματος συμπαραγωγής όσο και από την κίνηση, που αναπτύσσεται για την εξυπηρέτησή του, αυξάνει την ηχητική ρύπανση. 9

10 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Οι εφαρμογές συμπαραγωγής ανάλογα με το μέγεθος της εγκατάστασης διακρίνονται σε κατηγορίες : ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (LARGE SCALE): σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν μονάδες συμπαραγωγής με εγκατεστημένη ισχύ πάνω από 1 MWe ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (SMALL SCALE): ανήκουν μονάδες συμπαραγωγής με εγκατεστημένη ισχύ από 50 KWe μέχρι 1 MWe. ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΟΛΥ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (MICRO-CPH): αφορά μονάδες συμπαραγωγής με εγκατεστημένη ισχύ κάτω από 50 KWe. 1.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (LARGE SCALE) Οι εφαρμογές συμπαραγωγής μεγάλης κλίμακας βρίσκονται σε βιομηχανίες,διυλιστήρια, βιομηχανίες λιπασμάτων, βιομηχανίες χάρτου κτλ. Και παρέχουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια με υψηλό βαθμό απόδοσης. Τα συστήματα αυτά έχουν εγκατεστημένη ηλεκτρική ενέργεια μεγαλύτερη από 50 MWe. Αρχικά εφαρμόστηκαν εγκαταστάσεις για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενώ παράλληλα παράγουν ατμό για να καλύψουν τις απαιτήσεις βιομηχανικού καταναλωτή ατμού θερμότητας ή για την θέρμανση και ψύξη μεγάλων οικιστικών περιοχών. Επίσης μεγάλης κλίμακας συστήματα συμπαραγωγής χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση κήπων. 1.2 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (SMALL SCALE) Τα συστήματα συμπαραγωγής μικρής κλίμακας μπορούν να εγκατασταθούν όταν υπάρχει απαίτηση για ελάχιστη κατανάλωση ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Τα συστήματα αυτά κυμαίνονται σε μέγεθος από kw παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και ζεστό νερό από τη θερμότητα των καυσαερίων. Οι περισσότερες εφαρμογές συναντώνται σε κτίρια όπως νοσοκομεία που όλη τη διάρκεια του χρόνου έχουν ανάγκη από ζεστό νερό ή ατμό. Συνεπώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο κατά τη διάρκεια των ωρών υψηλής κατανάλωσης για να μειώσουν τις δαπάνες, αν και η συνεχής λειτουργία έχει σαν αποτέλεσμα συντομότερη απόσβεση. 10

11 1.3 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΟΛΥ ΜΙΚΡΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ (MICRO-CPH) Οι μονάδες μικροσυμπαραγωγής προορίζονται κυρίως για οικιακή χρήση. Ωστόσο μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για άλλες εφαρμογές όπως μικρά ξενοδοχεία, εμπορικά καταστήματα, γραφεία και πολυκατοικίες. Μία μονάδα μικροσυμπαραγωγής συνδυάζει τις δυνατότητες ενός υψηλής απόδοσης λέβητα με μία μικρή γεννήτρια η οποία είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εφαρμογές μικροσυμπαραγωγής που έχουν ισχύ μέχρι 10kw αφορά σε συστήματα που καταναλώνουν φυσικό αέριο, πετρέλαιο και βιοαέριο και χρησιμοποιούνται ως συσκευές θέρμανσης παρέχοντας θέρμανση χώρων και ζεστού νερού χρήσης σε κατοικίες και εμπορικά κέντρα. Τα πολύ μικρής κλίμακας συστήματα συμπαραγωγής παράγουν ηλεκτρισμό μαζί με θερμότητα σε πολύ υψηλές αποδόσεις εξασφαλίζοντας εξοικονόμηση καυσίμου, μείωση εκπομπών αερίων θερμοκηπίου και μείωση κόστους λειτουργίας. Οι περισσότερες μονάδες λειτουργούν παράλληλα με το δίκτυο, έτσι ώστε το κτίριο να καλύπτει τις ανάγκες του σε ηλεκτρισμό από το δίκτυο ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά και ταυτόχρονα να πωλεί στο δίκτυο, το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγει. Ένα βασικό χαρακτηριστικό των μικρής κλίμακας συστημάτων είναι η ευκολία εγκατάστασης και χρήσης. Για τέτοιου είδους εφαρμογές υπάρχουν ήδη στο εμπόριο: οι μηχανές Striling, τα συστήματα κύκλου βάσεως Rankine με οργανικά ρευστά. Τα συστήματα πολύ μικρής κλίμακας εγκαθίστανται όπως ακριβώς ένας σύγχρονος λέβητας. Η συντήρηση τους είναι απλή. ΕΙΚΟΝΑ 1.2 Απόδοση ενός συστήματος μικροσυμπαραγωγής για οικιακή χρήση 11

12 1.4 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Στα τέλη του 19 ου αιώνα όταν κυρίως ο ατμός ήταν η βασική πηγή ενέργειας και ο ηλεκτρισμός μόλις ανέτειλε σαν προϊόν ενέργειας και φωτισμού, οι βιομηχανίες ήδη επιχειρούσαν την ανάπτυξη συστημάτων συμπαραγωγής ενέργειας. Οι μηχανικοί άρχισαν να αντικαθιστούν τα ατμοκίνητα συστήματα με ηλεκτρικά και μηχανές.το 1890 και πριν την ανάπτυξη δικτύου ηλεκτρισμού,οι βιομηχανικές εφαρμογές λειτουργούσαν με συμπαραγωγή. Η ενέργεια χρησιμοποιούνταν στις μηχανές και ο ατμός για θερμότητα. Με την εξέλιξη της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας,το κόστος αγοράς ενέργειας έπεσε καθώς αυξήθηκε η ποιότητα και η αξιοπιστία της.καταρχήν το δίκτυο προσέφερε αυξημένη αξιοπιστία καθώς βασιζόταν σε περισσότερες της μίας μονάδες ενέργειας.επίσης το μέσο κόστος της ενέργειας έπεσε καθώς η διαθέσιμη απόδοση λειτουργούσε σε μια οικονομική βάση διεκπεραίωσης. Επιπρόσθετα το χαμηλό κόστος του πετρελαίου και του υγραερίου και η αύξηση της παραγωγής άνθρακα είχε σαν αποτέλεσμα το ακόμη χαμηλότερο κόστος παραγωγής ενέργειας. Γενικά, οι βιομηχανίες αντιλήφθηκαν ότι για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών τους καλύτερος τρόπος ήταν να αγοράζουν από τις τοπικές επιχειρήσεις. Η αντίληψη ότι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ήταν ένα φυσικό μονοπώλιο,που απαιτούσε αποκλειστικές υπηρεσίες και ρύθμιση του κόστους έδωσε στους καταναλωτές την εντύπωση ότι η ενέργεια ήταν πλέον προσιτή στη χαμηλότερη τιμή. Επιπλέον το χαμηλό κόστος των καυσίμων έκανε τις βιομηχανίες να μην σκεφτούν τις προοπτικές συντήρησης καθώς κάτι τέτοιο θα απαιτούσε επενδύσεις αυξημένου κόστους. Σαν αποτέλεσμα όλων αυτών ο μέσος καταναλωτής επέλεξε να αγοράζει φθηνή ενέργεια μειώνοντας τα ποσοστά συμπαραγωγής. Οι πρώτες μονάδες συμπαραγωγής εγκαταστάθηκαν σε μεγάλες ελληνικές βιομηχανίες στις αρχές της δεκαετίας του 70.Σήμερα λειτουργούν μονάδες συμπαραγωγής σε βιομηχανίες ζάχαρης και χαρτιού,διυλιστήρια πετρελαίου, κλωστοϋφαντουργίες κτλ. Επίσης ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες της ΔΕΗ έχουν τροποποιηθεί κατάλληλα, ώστε να καλύψουν τις θερμικές ανάγκες αστικών περιοχών με τα δίκτυα τηλεθέρμανσης όπως τα δίκτυα της Κοζάνης, Πτολεμαΐδας, Αμυνταίου και της Μεγαλούπολης. 12

13 Η συμπαραγωγή στην Ελλάδα ξεκινά από τις αρχές του 20 ου αιώνα, όταν στο Βόλο στην κεραμοποιία Τσαλαπάτα εγκαταστάθηκε από Βέλγους μηχανικούς σύστημα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας για τις ανάγκες της, που λειτούργησε μέχρι και τα τέλη της δεκαετίας του 70. Ακολουθεί παρακάτω Πίνακας 1.3 με μονάδες ΣΗΘ στην Ελλάδα το Πίνακας 1.3 ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΗΘ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΤΗ ΔΕΚΑΕΤΙΑ ΤΟΥ 1990 (Οι αριθμοί με αστερίσκο στον πίνακα υποδηλώνουν ότι οι μονάδες συμπαραγωγής λειτουργούσαν ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 70 - με έντονα γράμματα όσες δεν λειτουργούσαν το 1991.) α/α ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΙΔΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ (MWh) ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΗΛ.ΙΣΧΥΣ (MWe) 1* ΕΛΛ. βιομηχανία βιομηχανία Ζάχαρης ,0 Ζάχαρης (Λάρισας) 2* ΕΛΛ. βιομηχανία βιομηχανία Ζάχαρης ,0 Ζάχαρης (Πλατέως) 3* ΕΛΛ. βιομηχανία βιομηχανία Ζάχαρης ,0 Ζάχαρης (Σερρών) 4* ΕΛΛ. βιομηχανία βιομηχανία Ζάχαρης ,0 Ζάχαρης (Ξάνθης) 5* ΕΛΛ. βιομηχανία βιομηχανία Ζάχαρης ,0 Ζάχαρης (Ορεστιάδας) 6* ΕΤΜΑ Κλωστοϋφαντουργία ,4 7* Πειραϊκή Πατραϊκή Κλωστοϋφαντουργία - 1,25 8* Αθηναϊκή χαρτοποιία Χαρτοποιία - 34,6 9 Θεσσαλική Χαρτοποιία - 5,5 χαρτοποιία 10* ΛΑΔΟΠΟΥΛΟΣ Χαρτοποιία - 3,0 11 ΧΑΛΥΒΟΥΡΓΙΚΗ Βιομ. Χάλυβα - 80,0 12 MOTOR OIL Διυλιστήριο ,0 13* ΕΛΛ.ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΑ Διυλιστήριο ,0 ΑΣΠΡΟΠΥΡΓΟΥ 14* Ε.Π.Β. ΑΙΓΑΙΟΥ Εξόρ ,5 Πετρελαιοειδών 15* Α.Ε.Ε.Χ.Π.Λ Βιομ. Λιπασμάτων ,8 16 Β.Φ. ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ Βιομ. Λιπασμάτων ,0 17* Χ.Β.Β.Ε Βιομ. Λιπασμάτων ,6 18 ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ ΤΗΣ Βιομ. Παραγωγής ,6 ΕΛΛΑΔΑΣ Αλουμινίου ΟΛΙΚΗ ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ 338,6 ΙΣΧΥΣ (MW) 13

14 ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ (MW) ΣΥΝΟΛΙΚΗ 1991(MWh) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ,3 Ο Πίνακας 1.3 δείχνει κατ' αρχήν τους βιομηχανικούς κλάδους που έχουν εγκαταστήσει Συμπαραγωγή και είναι κυρίως: Βιομηχανία Ζάχαρης Η ΕΤΜΑ, από τις πρώτες βιομηχανίες που χρησιμοποίησαν συμπαραγωγή και λειτουργούσε τέτοια συστήματα με μεγάλη οικονομικότητα και επιτυχία Η Πειραϊκή Πατραϊκή, η Αθηναϊκή Χαρτοποιία, ο Λαδόπουλος, Η Θεσσαλική Χαρτοποιία και η Χαλυβουργική που έχουν κλείσει. Βιομηχανίες στον τομέα του πετρελαίου.πρόκειται για βιομηχανίες που έχουν πολύ φθηνό καύσιμο προερχόμενο από διεργασίες ή εξόρυξη(πχ διυλιστήρια πετρελαίου), ώστε να παράγουν θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια με χαμηλό κόστος. Μετά τα μέσα της δεκαετίας του 1990, η άφιξη του φυσικού αερίου στην Ελλάδα και οι δυνατότητες που προσφέρει η τεχνολογία της συμπαραγωγής, οδήγησαν στην δραστηριοποίηση ενός σημαντικού αριθμού εταιρειών ή οργανισμών, με στόχους την ενημέρωση του επιχειρηματικού κόσμου,την παροχή συμβουλευτικών υπηρεσιών για τη μελέτη και κατασκευή εγκαταστάσεων συμπαραγωγής με το «κλειδί στο χέρι», τη συντήρηση,λειτουργία και εκμετάλλευση εγκαταστάσεων συμπαραγωγής. Αν και αρκετές νέες εγκαταστάσεις κατασκευάστηκαν την τελευταία δεκαετία, παίρνοντας μάλιστα χρηματοδότηση από τα υπάρχοντα επενδυτικά προγράμματα, πολλές από τις εγκαταστάσεις ΣΗΘ με φυσικό αέριο έχουν βγει εκτός λειτουργίας. Αυτό οφείλεται στην σχετικά υψηλή τιμή αγοράς του φυσικού αερίου και την χαμηλή τιμή πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας. Γενικά η αγορά της συμπαραγωγής μέχρι και σήμερα,παρόλα τα θετικά βήματα που έγιναν από το ΥΠΑΝ παραμένει δύσπιστη και σε κατάσταση αναμονής, γιατί έχει συναντήσει τα παρακάτω εμπόδια : Αύξηση των τιμών πετρελαίου και του φυσικού αερίου που λειτουργεί εις βάρος της ΣΗΘ. Δυσκολία στον προσδιορισμό των βασικών μεγεθών για οικονομοτεχνικές αναλύσεις στον ενεργειακό τομέα. Έλλειψη ανταγωνιστικής τιμολογιακής πολιτικής για συμπαραγωγή στον τριτογενή τομέα. 14

15 Έλλειψη ανταγωνιστικής τιμολογιακής πολιτικής για συμπαραγωγή στον βιομηχανικό τομέα Δυσκολίες για την περαιτέρω ανάπτυξη του δικτύου διανομής φυσικού αερίου. Έλλειψη εμπειρίας στην ενεργειακή διαχείριση και αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων. Σαν συνέπεια όλων των παραπάνω η συμμετοχή της ΣΗΘ στην παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι σήμερα της τάξης του 2,5%, σε αντίθεση με τις άλλες Ευρωπαϊκές χώρες, όπου 11 χώρες παράγουν πάνω από το 20% της ηλεκτρικής ενέργειας από ΣΗΘ και 4 χώρες πάνω από 50%. 15

16 1.5 ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Όσον αφορά την ανάπτυξη της συμπαραγωγής στην Ελλάδα υπήρξε οριακή μέχρι τώρα με μόνο 2,5% της ηλεκτρικής ενέργειας να παράγεται από τη συμπαραγωγή. Αιτίες είναι κυρίως η έλλειψη γνώσης της τεχνολογίας και ο μικρός αριθμός εγκαταστάσεων. Το ελληνικό νομικό πλαίσιο έχει αλλάξει μετά την απελευθέρωση των ευρωπαϊκών αγορών ενέργειας. Η νέα νομοθεσία,που πρέπει να εφαρμοστεί στο μέλλον θα είναι ευνοϊκή για τη συμπαραγωγή. Το σύνολο της εγκατεστημένης ηλεκτρικής ισχύος των μονάδων βιομηχανικής συμπαραγωγής είναι 245 MW και αποτελεί το 2,5% της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος στη χώρα, ενώ η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από τις μονάδες είναι 900 GWh.Το οικονομικά εκμεταλλεύσιμο δυναμικό στο βιομηχανικό τομέα είναι πάνω από 400 MW και η αγορά στον τριτογενή τομέα στις περιοχές Αθηνών,Θεσσαλονίκης, Βόλου και Λάρισας είναι πάνω από 150 MW.Σήμερα λειτουργούν μονάδες συμπαραγωγής στη βιομηχανία, τον τριτογενή τομέα (κυρίως σε ιδιωτικά νοσοκομεία και ξενοδοχεία) και σε κατοικίες. Ο Παρακάτω ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4 περιέχει στοιχεία εγκαταστάσεων που λειτουργούν σήμερα στην Ελλάδα. ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΗΜΕΡΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΙΔΙΟΚΤΗΤΗΣ ΤΟΠΟΘΕΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΥΣΙΜΟ ΗΛΕΚ.ΙΣΧΥΣ Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης 1&2 Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης μον. 1-2 Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης μον. 1-2 Πλατύ Σέρρες Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης Ξάνθη Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης μον.3 Λάρισα Λάρισα Πλατύ Σέρρες Ξάνθη Λάρισα Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure Φυσικό Αέριο Φυσικό Αέριο Φυσικό Αέριο Φυσικό Αέριο Φυσικό Αέριο ΘΕΡΜ.ΙΣΧΥΣ (MWe) (MWth) 5,00 24,00 12,00 53,30 6,00 25,70 16,00 51,40 16,00 37,00 16

17 steamturbine) Ελληνική Βιομηχανία Ζάχαρης Ορεστιάδα μον. 1&2 Ορεστιάδα Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Αλουμίνιο της Δίστομο Ατμοστρόβιλος Ελλάδας Βοιωτίας Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) ΕΛΠΕ Ασπρόπυργος Συνδυασμένος κύκλος με ανάκτηση θερμότητας ΚΑΒΑΛΑ ΟΙΛ Καβάλα Συνδυασμένος κύκλος με ανάκτηση θερμότητας ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ Καβάλα Ατμοστρόβιλος ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ Αντίθλιψης ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ (διαφορικής πίεσηςbackpressure MOTOR OIL μον. 1&2 Κόρινθος steam turbine) Αεριοστρόβιλος με ανάκτηση θερμότητας Μαζούτ 10,00 51,40 Μαζούτ 7,90 33,67 Αέριο διυλιστηρί ου, μαζούτ, πετρέλαιο Φυσικό αέριο Φυσικό αέριο Καύσιμο Διυλιστηρί ων 50,00 50,10 17,67 11,00 21,26 32,10 47,10 ΑΜΥΛΟ Κένταυρος μον. Θεσσαλονίκη Αεριοστρόβιλος με ανάκτηση θερμότητας Φυσικό αέριο 4,50 11,26 EXALCO ΑΕ(ΒΙΟΚΑΡΠΕΤ) Λάρισα Μηχανές Εσωτερικής Καύσης ΕΥΔΑΠ Ψυτάλλεια Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Φυσικό αέριο 2,72 3,60 Βιοαέριο 7,10 9,60 ΜΑΪΛΛΗΣ ΓΕΝΕΣΙΣ ΜΑΙΕΥΤΙΚΗ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ Οινόφυτα Βοιωτίας Θεσσαλονίκη Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Φυσικό αέριο 2,10 3,00 ΦΑ 0,75 0,89 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ (ΕΛΛΑΣ) ΑΕ ΑΘΗΝΑ ΑΓ.ΘΕΟΔ. Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Αεριοστρόβιλος με ανάκτηση θερμότητας ΦΑ 2,72 3,09 ΥΠΟΠΑΡ ΑΓΩΓΑ 17,00 26,00 17

18 ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΔΡΑΜΑΣ ΑΕ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΚΑΙ ΤΟΝ ΤΡΙΤΟΓΕΝΗ ΤΟΜΕΑ Δράμα Μηχανές Εσωτερικής Καύσης ΦΑ 4,80 4,90 255,00 500,00 ΔΕΗ,ΑΗΣ ΛΙΠΤΟΛ Πτολεμαΐδα Ατμοστρόβιλος Αντίθλιψης (διαφορικής πίεσηςbackpressure steamturbine) Λιγνίτης, Μπριγκέτε ς, Πετρέλαιο 10,00 56,00 ΔΕΗ,ΑΗΣ Πτολεμαΐδας μον.3 ΔΕΗ.ΑΗΣ ΑΓ. Δημητρ.μον.3 ΔΕΗ,ΑΗΣ ΑΓ. Δημητρ. μον.5 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΤΗΛΕΘΕΡΜΑΝΣΗ Σ ΘΕΡΜΙΚΟΥΣ ΣΤΑΘΜΟΥΣ Πτολεμαΐδα Κοζάνη Κοζάνη Ατμοστρόβιλος απομάστευσηςσυμπύκνωσης ανάκτηση θερμότητας Ατμοστρόβιλος απομάστευσηςσυμπύκνωσης ανάκτηση θερμότητας Ατμοστρόβιλος απομάστευσηςσυμπύκνωσης ανάκτηση θερμότητας με με με Λιγνίτης, Πετρέλαιο Λιγνίτης 125,00 50,00 310,00 70,00 Λιγνίτης 375,00 70,00 316,00 Ο παραπάνω ΠΙΝΑΚΑΣ 1.4 δείχνει τις πιο πρόσφατες εγκαταστάσεις ΣΗΘ σε όλη την Ελλάδα με διαφορετικό καύσιμο και είδος συστήματος. Οι περισσότερες από αυτές τις εγκαταστάσεις έχουν χρηματοδοτηθεί από επιδοτούμενα προγράμματα. Η κατανόηση των πλεονεκτημάτων της ΣΗΘ από την πολιτεία και η οργάνωση ενός σχεδίου δράσης από αυτή θα είχε σαν αποτέλεσμα να αξιοποιηθούν οι ευκαιρίες που προκύπτουν. 18

19 1.6 ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ Η παραγωγή, κατανάλωση και διαχείριση των ενεργειακών πόρων είναι ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα στις μέρες μας. Η σύνδεση του τομέα της ενέργειας με τη χάραξη της οικονομικής πολιτικής την κατανάλωση και την απασχόληση είναι εμφανής γι αυτό και η ανάλυση λειτουργίας των ενεργειακών αγορών έχει ιδιαίτερη σημασία. Η τιμή του πετρελαίου έχει εκτοξευθεί στα ύψη και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να ασκούνται πιέσεις στη διεθνή οικονομία. Η Ευρωπαϊκή Ένωση δημιουργεί στις μέρες μας τη μεγαλύτερη ανταγωνιστική αγορά στον κόσμο για την ηλεκτρική ενέργεια και το φυσικό αέριο. Η ολοκλήρωση των αγορών ενέργειας θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη αποδοτικότητα και θα συνεισφέρει στην ασφάλεια του εφοδιασμού. Αυτή η ολοκληρωμένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί σημαντικές επενδύσεις στα δίκτυα μεταφοράς. Στόχος της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι να εισάγει τον ανταγωνισμό των φορέων παροχής ενεργειακών προϊόντων και να μειώσει το κόστος παραγωγής. Η Ευρωπαϊκή Ένωση επέλεξε μία σταδιακή προσέγγιση που βελτιώνει τη διαφάνεια των τιμών φυσικού αερίου και της ηλεκτρικής ενέργειας,τις ρυθμίσεις για τη διαμετακόμιση του φυσικού αερίου και της ηλεκτρικής ενέργειας και εξαλείφει αρκετούς περιορισμούς για την ίση πρόσβαση των επιχειρήσεων στον τομέα της έρευνας για υδρογονάνθρακες. Με την έκδοση οδηγίας θεσπίζει κανόνες για την παραγωγή,μεταφορά και διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας και επιβάλει την απελευθέρωση στον τομέα παροχής φυσικού αερίου. Η ανάπτυξη της συμπαραγωγής είναι σημαντική για μια βιώσιμη εξέλιξη της ευρωπαϊκής ενεργειακής παραγωγής και της κατανάλωσης. Το 1997 η Ευρωπαϊκή Επιτροπή εξέδωσε μια ανακοίνωση σχετικά με την προώθηση της συμπαραγωγής, η οποία έθεσε ένα στόχο για το διπλασιασμό της συμπαραγωγής από 9% σε 18% της ευρωπαϊκής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην περίοδο Προκειμένου να κινηθεί προς αυτό το στόχο, και για να συγκρατήσει τις ενεργειακές απαιτήσεις της αγοράς και τις ανισορροπίες, να μειώσει τις εκπομπές οικιακού αερίου, η Επιτροπή εξήγγειλε στις 23 Οκτωβρίου 2001 την πρόθεσή της να προτείνει μια οδηγία συμπαραγωγής το 2002.Δεδομένων ανισορροπιών που παρατηρούνται σε ευρωπαϊκό επίπεδο σε ότι αφορά στην ανάπτυξη της συμπαραγωγής αλλά και των σημαντικών περιβαλλοντολογικών ωφελημάτων, η ΕΕ προσαρμόζει τη νομοθεσία με στόχο να ενισχύσει τη συμπαραγωγή. Η νέα Οδηγία για τη συμπαραγωγή τέθηκε σε ισχύ στις 21 Φεβρουαρίου 2004 και δίδεται περιθώριο 2 ετών ώστε τα κράτη μέλη να εναρμονίσουν τη νομοθεσία τους με αυτή 19

20 ,δηλαδή ως τον Φεβρουάριο του 2006.Σκοπός λοιπόν της Οδηγίας της ΕΕ είναι αύξηση της ενεργειακής απόδοσης και η βελτίωση του εφοδιασμού μέσω της δημιουργίας ενός πλαισίου με το οποίο θα προωθηθεί και θα αναπτυχθεί η υψηλής απόδοσης συμπαραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία θα βασίζεται στην χρήσιμη θερμότητα και στην εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας. 20

21 2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας είναι η ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ή και μηχανικής ενέργειας στο πλαίσιο μιας διαδικασίας. Η συμπαραγωγή ενέργειας λοιπόν είναι η τεχνολογία η οποία εκμεταλλεύεται τις απώλειες θερμότητας που παράγεται ως υποπροϊόν κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι αυξάνεται η αποδοτικότητα της χρήσης των καυσίμων περισσότερο από 75%. Τα συστήματα συμπαραγωγής διακρίνονται σε: Συστήματα «κορυφής»(topping systems) Στα συστήματα «κορυφής» γίνεται παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ατμού, η αποβαλλόμενη από το σύστημα θερμική ενέργεια βρίσκει εφαρμογή σε θερμικές διεργασίες για θέρμανση χώρων ή και για παραγωγή πρόσθετης ηλεκτρικής ενέργειας. Συστήματα «βάσεως»(bottoming systems) Στα συστήματα «βάσεως» παράγεται πρώτα θερμική ενέργεια, και εν συνεχεία τα θερμά αέρια διοχετεύονται σε λέβητα ανακομιδής θερμότητας, όπου παράγεται ατμός που κινεί ατμοστροβιλογεννήτρια. Είναι δυνατό ακόμα τα θερμά αέρια να διοχετεύονται σε αεριοστρόβιλο, που κινεί την ηλεκτρογεννήτρια, χωρίς την παρεμβολή λέβητα. Συστήματα συνδυασμένου κύκλου Ο κύκλος «κορυφής» αποβάλλει θερμότητα η οποία ανακτώμενη χρησιμοποιείται από τον κύκλο «βάσεως» για επιπρόσθετη παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμικής ενέργειας για βιομηχανική χρήση. Τα συστήματα συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και θερμότητας που χρησιμοποιούνται είναι: 1) ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ 2) ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ 3) ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ (ΜΕΚ) 4) ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ 5) ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ (FUEL CELLS) Ως πηγή ενέργειας σε μονάδες συμπαραγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε καύσιμο (ορυκτό ή βιομάζα).το καύσιμο όμως που σήμερα κυριαρχεί για οικονομικούς αλλά και περιβαλλοντολογικούς λόγους, είναι το Φυσικό αέριο. 21

22 2.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ Τα συστήματα αεριοστρόβιλου διακρίνονται σε 2 κατηγορίες: 1) Ανοικτού κύκλου 2) Κλειστού κύκλου ΕΙΚΟΝΑ 2.1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Οι περισσότερες αεριοστροβιλικές μονάδες είναι ανοικτού τύπου. Σε αυτές ο αέρας αναρροφάται από την ατμόσφαιρα, συμπιέζεται και οδηγείται στον θάλαμο καύσης. Τα καυσαέρια αποτονώνονται στον αεριοστρόβιλο (που κινεί τη γεννήτρια),από τον οποίο βγαίνουν με θερμοκρασία C.Η σημαντική ισχύς που απαιτείται για την κίνηση του συμπιεστή και η υψηλή θερμοκρασία εξόδου των καυσαερίων είναι οι κύριες αιτίες του μικρού βαθμού απόδοσης ενός τέτοιου συστήματος ηλεκτροπαραγωγή (25-35% και σε σύγχρονες προηγούμενες μονάδες 40%). 22

23 EIKONA 2.2 Σύστημα αεροστρόβιλου ανοικτού κύκλου Η υψηλή θερμοκρασία των καυσαερίων κάνει τις μονάδες αυτές ιδανικές για συμπαραγωγή που αυξάνει τον βαθμό απόδοσης στο 60-80%.Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι εκμετάλλευσης της θερμότητας των καυσαερίων: Άμεση χρήση σε θερμικές διεργασίες (θέρμανση, ξήρανση κτλ.) Διοχέτευση των καυσαερίων σε λέβητα ανακομιδής θερμότητας. Εκεί παράγεται ατμός υψηλών χαρακτηριστικών, που είναι κατάλληλος όχι μόνο για θερμικές διεργασίας αλλά και για την κίνηση ατμοστροβίλου (συνδεδεμένου με γεννήτρια ή άλλο μηχάνημα). Και στους δύο τρόπους, είναι δυνατή η αύξηση του θερμικού περιεχομένου των καυσαερίων, και επομένως της αποδιδόμενης θερμότητας, όταν απαιτείται. Καυστήρες τοποθετημένοι μετά τον αεριοστρόβιλο χρησιμοποιούν τα καυσαέρια για την καύση πρόσθετου καυσίμου. Τα συστήματα συμπαραγωγής με αεριοστρόβιλο ανοικτού κύκλου έχουν ισχύ 100KW 100MW.Λειτουργούν συνήθως με φυσικό αέριο ή ελαφρά αποστάγματα πετρελαίου(πχ καύσιμο Diesel)ενώ ευοίωνες παρουσιάζονται οι προοπτικές για χρήση γαιανθράκων σε εξαεριωμένη μορφή. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν καύσιμα αέρια, που παράγονται πχ κατά την καταλυτική σχάση υδρογονανθράκων σε διυλιστήρια πετρελαίου. Γενικά χρειάζεται προσοχή, επειδή τα πτερύγια του αεριοστρόβιλου είναι εκτεθειμένα στα προϊόντα της καύσης, τα προϊόντα αυτά πρέπει να μην έχουν συστατικά που προκαλούν διάβρωση (νάτριο, κάλιο, ασβέστιο, βανάδιο, θείο) και τα στερεά σωματίδια πρέπει να είναι αρκετά μικρού μεγέθους ώστε να μην προκαλούν φθορά 23

24 κατά την πρόσκρουσή τους στα πτερύγια. Εάν το καυσαέριο περιέχει τέτοια συστατικά, πρέπει να καθαριστεί με ειδικές διατάξεις, πριν οδηγηθεί στον αεριοστρόβιλο. Είναι επίσης ενδεχόμενο το καύσιμο να χρειασθεί καθαρισμό, πριν από την εισαγωγή του στο θάλαμο καύσης. Ο χρόνος εγκατάστασης των συστημάτων συμπαραγωγής αεριοστρόβιλων είναι 9-14 μήνες για ισχύς μέχρι 7 MW και φτάνει τα δύο έτη για μεγαλύτερες μονάδες. Η αξιοπιστία και η μέση ετήσια διαθεσιμότητα συστημάτων αεριοστρόβιλου, που χρησιμοποιούν φυσικό αέριο, είναι συγκρίσιμες με εκείνες των συστημάτων ατμοστροβίλου. Οι μονάδες που λειτουργούν με υγρό καύσιμο απαιτούν πιο συχνές συντηρήσεις, με συνέπεια τη χαμηλότερη διαθεσιμότητα. Η χρήσιμη διάρκεια ζωής είναι έτη και μπορεί να μειωθεί σημαντικά από καύσιμο κακής ποιότητας ή ανεπαρκή συντήρηση ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Στα συστήματα κλειστού κύκλου, το ρευστό κυκλοφορεί σε κλειστό κύκλωμα. Θερμαίνεται μέχρι την κατάλληλη θερμοκρασία σε εναλλάκτη θερμότητας πριν από την είσοδο στον αεριοστρόβιλο, και ψύχεται μετά την έξοδο του από αυτόν, καθώς το ρευστό δεν συμμετέχει στην καύση, διατηρείται καθαρό και έτσι αποφεύγεται η μηχανική και η χημική διάβρωση του αεριοστρόβιλου από τα προϊόντα της καύσης. Η εξωτερική καύση επιτρέπει τη χρήση οποιουδήποτε καυσίμου στα συστήματα αυτά: άνθρακα, απόβλητα βιομηχανιών ή πόλεων, βιομάζα, υγρά ή αέρια καύσιμα παραγόμενα από βιομάζα κτλ..πυρηνική ή ηλιακή ενέργεια μπορούν επίσης να αποτελέσουν την πηγή θερμότητας. Στην Ευρώπη και στην Ιαπωνία λειτουργούν συστήματα του τύπου με ισχύς από 2-50MW, ο αριθμός τους όμως είναι περιορισμένος. Μετά την απόκτηση αρκετής εμπειρίας, η αξιοπιστία των συστημάτων κλειστού κύκλου προβλέπεται ότι θα είναι τουλάχιστον ίση με εκείνη των συστημάτων ανοικτού κύκλου, ενώ η διαθεσιμότητα θα είναι υψηλότερη επειδή έχει μικρότερες απαιτήσεις συντήρησης, εξαιτίας της καθαρότητας του εργαζόμενου ρευστού. 24

25 ΕΙΚΟΝΑ 2.3 Σύστημα συμπαραγωγής Αεριοστρόβιλου κλειστού κύκλου 25

26 2.2 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ Είναι τα πιο διαδεδομένα συστήματα συμπαραγωγής, κατάλληλα για ισχύς 500KW 100MW ή και μεγαλύτερες. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν οποιοδήποτε καύσιμο. Ακόμη και στερεά απόβλητα καίγονται σε ειδικούς λέβητες εφοδιασμένους με συστήματα κατακράτησης ή και εξουδετέρωσης ρύπων και τοξικών ουσιών, που δημιουργούνται κατά την καύση. Ο ολικός βαθμός απόδοσης ενός συμβατικού ατμοηλεκτρικού σταθμού στην περιοχή του 35%. Τα συστήματα ατμοστροβίλου έχουν υψηλή αξιοπιστία, που φτάνει το 95%, υψηλή διαθεσιμότητα (90-95%) και μεγάλη διάρκεια ζωής (25-35 έτη).όμως, ο χρόνος εγκατάστασης είναι σχετικά μεγάλος: μήνες για μικρές μονάδες και μέχρι τρία έτη για μεγαλύτερα συστήματα. Τα Συστήματα Συμπαραγωγής ατμοστρόβιλου διακρίνονται σε : Συστήματα συμπαραγωγής με ατμοστρόβιλο αντίθλιψης Ατμός υψηλής πίεσης ( bar) και θερμοκρασίες ( ο C) παράγεται σε λέβητα με κατανάλωση καυσίμου και χρησιμοποιείται για την κίνηση ατμοστρόβιλου, στον άξονα του οποίου είναι συνδεδεμένη ηλεκτρογεννήτρια. Ο ατμός βγαίνει από το στρόβιλο σε πίεση και θερμοκρασία κατάλληλη για τις θερμικές διεργασίες. Ο όρος «αντίθλιψη» οφείλεται στο ότι η πίεση αυτή είναι μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής (3-20 bar). Απομάστευση (δηλαδή εξαγωγή) μέρους του ατμού από ενδιάμεσες βαθμίδες του στροβίλου στις επιθυμητές πιέσεις είναι επίσης δυνατή. ΕΙΚΟΝΑ 2.4 Συμπαραγωγή με ατμοστρόβιλο αντίθλιψης 26

27 Πλεονεκτήματα συστήματος αντίθλιψης 1) Απλή μορφή 2) Μικρότερο κόστος 3) Μειωμένη ή καθόλου ανάγκη ψυκτικού νερού 4) Υψηλότερο βαθμό απόδοσης καθώς δεν αποβάλλει θερμότητα στο περιβάλλον μέσω ψυγείου. Παρόλα αυτά βασικό μειονέκτημα είναι ότι η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι στενά συνδεδεμένη με την απαιτούμενη θερμότητα. Οπότε: 1) Είναι αδύνατη η ανεξάρτητη λειτουργία του ατμοηλεκτρικού σταθμού από το δίκτυο θέρμανσης 2) Είναι αναγκαία η αμφίδρομη σύνδεση με το εθνικό δίκτυο ηλεκτρισμού για την κάλυψη πρόσθετων αναγκών ή για τη διοχέτευση της πιθανής περίσσειας ηλεκτρικής ενέργειας Συστήματα συμπαραγωγής με ατμοστρόβιλο απομάστευσης Μέρος του ατμού απομαστεύεται από μία ή περισσότερες ενδιάμεσες βαθμίδες του στροβίλου στις επιθυμητές πιέσεις, ενώ ο υπόλοιπος εκτονώνεται μέχρι την πίεση του συμπυκνωτή απομάστευσης είναι ακριβότερα και έχουν μικρότερο βαθμό απόδοσης από τα αντίθλιψης. Όμως έχουν τη δυνατότητα ανεξάρτητης ρύθμισης της ηλεκτρικής και θερμικής ισχύος. Αυτό επιτυγχάνεται με ρύθμιση της ολικής παροχής ατμού και επομένως της παροχής ατμού προς τον συμπυκνωτή. ΕΙΚΟΝΑ 2.5 Συμπαραγωγή με ατμοστρόβιλο απομάστευσης Σύστημα συμπαραγωγής με ατμοστρόβιλο σε κύκλο βάσης 27

28 Αρκετές βιομηχανίες (όπως χαλυβουργία, κεραμουργία εργοστάσια αλουμινίου, διυλιστήρια πετρελαίου κτλ.)έχουν αέρια απόβλητα υψηλής θερμοκρασίας. Μετά τη θερμική διεργασία, τα αέρια μπορούν να περάσουν μέσα από λέβητα ανακομιδής θερμότητας, όπου παράγεται ατμός που κινεί μια ατμοστροβιλογεννήτρια. Έτσι η μονάδα παραγωγής θερμότητας μετατρέπεται σε σύστημα συμπαραγωγής με κύκλο βάσης ατμού. ΕΙΚΟΝΑ 2.6 Συστήματα συμπαραγωγής με κύκλο βάσης ατμού 28

29 2.3 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΚΑΥΣΕΩΝ Οι μηχανές εσωτερικής καύσης χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες : 1. Μονάδες μικρής κλίμακας με αεριομηχανή ( KW) ή κινητήρα DIESEL( KW) 2. Συστήματα μέσης ισχύος ( KW) με αεριομηχανή ή κινητήρα DIESEL 3. Συστήματα μεγάλης ισχύος (άνω των 6000 KW) με κινητήρα DIESEL. Αεριομηχανές (Gas engines) ονομάζονται οι μηχανές εσωτερικής καύσης που λειτουργούν με αέριο καύσιμο πχ φυσικό αέριο, βιοαέριο κλπ. Διαθέσιμοι εμπορικά είναι οι ακόλουθοι τύποι αεριομηχανών: Βενζινοκινητήρες αυτοκινήτων που έχουν μετατραπεί σε αεριομηχανές. Είναι μικρές μηχανές (15-30 KW), ελαφρές με μεγάλη συγκέντρωση ισχύος. Η μετατροπή επηρεάζει λίγο τον βαθμό απόδοσης, ενώ μειώνει την ισχύ κατά 18%.Χάρη στη μαζική παραγωγή οι τιμές τους είναι χαμηλές αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι σχετικά μικρή( ώρες). Κινητήρες DIESEL αυτοκινήτων που έχουν μετατραπεί σε αεριομηχανές. Έχουν ισχύ μέχρι 200 KW.Η μετατροπή επιτυγχάνεται με τροποποιήσεις των εμβόλων, των κεφαλών και του μηχανισμού των βαλβίδων, που επιβάλλονται από το ότι η έναυση δεν γίνεται με απλή συμπίεση αλλά με σπινθηριστή. Η μετατροπή δεν προκαλεί μείωση της ισχύος, αφού υπάρχει περιθώριο μείωσης του περίσσιου αέρα. Σταθερές μηχανές που έχουν μετατραπεί σε αεριομηχανές ή που έχουν από την αρχή σχεδιασθεί ως αεριομηχανές. Οι μηχανές είναι βαριές και στιβαρές. Κατασκευάζονται για εφαρμογές στη βιομηχανία και στα πλοία. Η ισχύς τους φτάνει 3000 KW. Η ανθεκτική κατασκευή τους μειώνει τις απαιτήσεις συντηρήσεων αλλά αυξάνει το κόστος αγορά τους. Είναι μηχανές κατάλληλες για συνεχή λειτουργία σε υψηλό φορτίο. Σταθερές μηχανές διπλού καυσίμου. Είναι κινητήρες DIESEL ισχύος μέχρι 6000 KW.Το καύσιμο αποτελείται κατά 90% από φυσικό αέριο, η έναυση του οποίου γίνεται όχι με σπινθηριστή αλλά με έγχυση υγρού καυσίμου DIESEL (που αποτελεί το υπόλοιπο 10% της προσφερόμενης ενέργειας).έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να λειτουργούν είτε με φυσικό αέριο είτε με καύσιμο DIESEL το οποίο βέβαια αυξάνει το κόστος αγοράς και συντήρησης. Οι κινητήρες DIESEL διακρίνονται σε ταχύστροφους, 29

30 μεσόστροφους και βραδύστροφους. ΕΙΚΟΝΑ 2.7 ΜΗΧΑΝΗ DIESEL Κατάλληλα καύσιμα είναι όλα τα αποστάγματα πετρελαίου(τα βαρύτερα για τους μεγαλύτερους κινητήρες).οι μεγάλοι βραδύστροφοι κινητήρες μπορούν να κάνουν ακόμα και κατάλοιπα από την απόσταξη του πετρελαίου. Όπως και στην περίπτωση των αεριοστρόβιλων, τα καυσαέρια των κινητήρων βρίσκουν είτε άμεση είτε έμμεση χρήση. Η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι ο C, αισθητά χαμηλότερη από εκείνη του αεριοστρόβιλου, και αυτό κάνει πιο συχνή την ανάγκη για συμπληρωματική θερμότητα. Αυτή αποκτάται είτε με τοποθέτηση καυστήρα και προσαγωγή αέρα για καύση συμπληρωματικού καυσίμου στον λέβητα καυσαερίων (ή στον κλίβανο της θερμικής διεργασίας),είτε με εγκατάσταση βοηθητικού λέβητα. Οι μεγάλοι κινητήρες προσφέρουν τη δυνατότητα συνδυασμένου κύκλου. 30

31 ΕΙΚΟΝΑ 2.8 Σύστημα συμπαραγωγής με μηχανή εσωτερικής καύσης Στην ΕΙΚΟΝΑ 2.8 απεικονίζεται ένα γενικό σύστημα συμπαραγωγής, καθώς αυτή δεν είναι η μόνη διάταξη που μπορεί να υπάρξει. Ο κινητήρας κινεί τη γεννήτρια. Τέσσερις εναλλάκτες ανακτούν θερμότητα από ρευστά που έχουν σχέση με τη λειτουργία της μηχανής: ψυγείο λαδιού, ψυγείο νερού, ψυγείο αέρα υπερπλήρωσης και εναλλάκτης ανακομιδής θερμότητας από τα καυσαέρια του κινητήρα. Με τη θερμότητα αυτή θερμαίνεται το νερό που προορίζεται για διάφορες χρήσεις. Σε συστήματα μέσης και μεγάλης ισχύος, η θερμότητα επαρκεί και για την παραγωγή ατμού. Οι μικροί κινητήρες δεν έχουν ψυγείο λαδιού. Εξάλλου όταν ο κινητήρας δεν είναι εφοδιασμένος με στροβιλοσυμπιεστή, δεν υπάρχει ψυγείο αέρα υπερπλήρωσης. Η συγκεντρωμένη ισχύος του κινητήρα αυξάνει με υπερπλήρωση του θαλάμου καύσης. Ο στροβιλοσυμπιεστής αποτελείται από αεριοστρόβιλο, που κινείται με τα καυσαέρια του κινητήρα και κινεί φυγοκεντρικό αεροσυμπιεστή. Εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας εξόδου από τον στροβιλοσυμπιεστή ( C), ο αέρας ψύχεται σε ειδικό ψυγείο προσφέροντας θερμότητα στο νερό χρήσης. Διακρίνονται δύο περιπτώσεις από πλευράς θερμοκρασίας εξόδου του αέρα από το 31

32 ψυγείο : χαμηλή θερμοκρασία (περίπου 45 0 C), η υψηλή θερμοκρασία (περίπου 90 0 C ). Η χαμηλή θερμοκρασία συντελεί σε υψηλότερο βαθμό πληρότητας και επομένως υψηλότερη συγκέντρωση ισχύος. Όμως η ανακτώμενη θερμότητα βρίσκει περιορισμένη χρήση, διότι το νερό στην έξοδο του ψυγείου έχει χαμηλή θερμοκρασία ( C). Η λύση αυτή μπορεί να επιλεγεί όταν υπάρχει ανάγκη προθέρμανσης νερού, που έρχεται στο σύστημα με θερμοκρασία C,όπως συμβαίνει στα δίκτυα κεντρικής θέρμανσης, τότε η λύση της υψηλής θερμοκρασίας είναι προτιμότερη από πλευράς εκμεταλλεύσεως της ενέργειας του καύσιμο, καθώς αυξάνει τον ολικό βαθμό απόδοσης του συστήματος κατά 3-5%. Η θερμοκρασιακή στάθμη επηρεάζει τη σχετική ως προς τη ροή του νερού τοποθέτηση των τριών ψυγείων(λαδιού, νερού και αέρα).με ανάκτηση θερμότητας από τα τρία ψυγεία, το νερό θερμαίνεται μέχρι C. Κατόπιν έρχεται στον εναλλάκτη ανακομιδής θερμότητας των καυσαερίων, όπου θερμαίνεται μέχρι C ή ατμοποιείται. Μονάδες μεσαίου μεγέθους παράγουν κορεσμένο ατμό C, ενώ μεγάλες μονάδες μπορούν να δώσουν υπέρθερμο ατμό με πίεση bar και θερμοκρασία C. Η ελάχιστη επιτρεπτή θερμοκρασία των καυσαερίων στην έξοδο του εναλλάκτη εξαρτάται από την περιεκτικότητα του καυσίμου σε θείο. Για καύσιμο DIESEL, το όριο είναι C, ενώ για φυσικό αέριο είναι C.Ο βαθμός απόδοσης μικρών και μεσαίων κινητήρων είναι 35-45%, ενώ σε σύγχρονους μεγάλους κινητήρες φθάνει το 50%. Ο βαθμός απόδοσης ενός συστήματος συμπαραγωγής με εμβολοφόρο κινητήρα εσωτερικής καύσης βρίσκεται στην περιοχή του 80%. Η διάρκεια ζωής είναι έτη και εξαρτάται από το μέγεθος της μονάδας, την ποιότητα του καυσίμου και την ποιότητα της συντήρησης. 32

33 2.4 ΤΥΠΟΠΟΙΗΜΕΝΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ («ΠΑΚΕΤΑ») Μεγάλη ώθηση στη διάδοση της συμπαραγωγής αναμένεται ότι θα δώσει η μαζική παραγωγή τυποποιημένων μονάδων σε μορφή πακέτου με ηλεκτρική ισχύ KW, που έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: Χαμηλό κόστος Μικρό όγκο Εύκολη εγκατάσταση (το μόνο που χρειάζεται είναι η σύνδεση τους με τα υδραυλικά και ηλεκτρικά δίκτυα) Αυτοματοποιημένη λειτουργία χωρίς τη συνεχή παρακολούθηση από εξειδικευμένο προσωπικό. Οι μονάδες αυτές συνήθως έχουν κινητήρα DIESEL. Σε ισχυείς μικρότερες των 100KW είναι δυνατή η χρήση αεριοστρόβιλου. Μπορούν να λειτουργούν με υγρό ή αέριο καύσιμο. Το φυσικό αέριο είναι ιδιαίτερα κατάλληλο καύσιμο για τις μονάδες αυτές χάρη στην καθαρότητα, την έλλειψη ανάγκης αποθήκευσης και τη χαμηλή τιμή του. Τα πακέτα συμπαραγωγής με κινητήρα DIESEL είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τις εφαρμογές του εμπορικού-κτηριακού τομέα. Είναι γνωστά επίσης με το όνομα συστήματα συμπαραγωγής μικρής κλίμακας «small- scale cogeneration systems». Το 27-35% της ενέργειας του καυσίμου μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό και το 50-55% σε θερμότητα. Καθώς η διάδοση των μονάδων αυτών έχει αρχίσει σχετικά πρόσφατα, δεν υπάρχουν πολλά δημοσιευμένα στοιχεία γύρω από την αξιοπιστία και τη διαθεσιμότητα τους. Σχετική μελέτη με αντικείμενο 46 μονάδες εγκατεστημένες στην Καλιφόρνια έδειξε έναν μέσο όρο διαθεσιμότητας 79% με τυπική απόκλιση 22,9%. Η διαθεσιμότητα των μονάδων με επιμελημένη κατασκευή και συντήρηση φθάνει το 90%. Σημαντική συμβολή στο σημείο αυτό έχει ο αυτόματος έλεγχος της λειτουργίας των μονάδων. Μικροεπεξεργαστές, εγκατεστημένοι στον χώρο όπου βρίσκεται η μονάδα, παρακολουθούν τις τιμές κρίσιμων παραμέτρων και μεταβιβάζουν τις σχετικές πληροφορίες, μέσω αποκλειστικής τηλεφωνικής γραμμής, σε κεντρικό ηλεκτρονικό υπολογιστή. Όταν η εξέλιξη των τιμών ορισμένων παραμέτρων δείχνει επερχόμενη βλάβη, ειδοποιείται η ομάδα συντήρησης, που επεμβαίνει πριν ακόμη η βλάβη εκδηλωθεί. Ένα τέτοιο δίκτυο παρακολούθησης συστημάτων συμπαραγωγής μικρής κλίμακας έχει εγκατασταθεί στην Αγγλία με πολύ καλά αποτελέσματα. Έντονη διάδοση των μονάδων αυτών παρατηρείται επίσης στην Ολλανδία και Γερμανία. 33

34 2.5 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Ο όρος «συνδυασμένος κύκλος» αναφέρεται σε συστήματα με δύο θερμοδυναμικούς κύκλους, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με κάποιο εργαζόμενο ρευστό και λειτουργούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Ο κύκλος υψηλής θερμοκρασίας (κορυφής) αποβάλλει θερμότητα, που ανακτάται και χρησιμοποιείται από τον κύκλο χαμηλής θερμοκρασίας (βάσης) για την παραγωγή πρόσθετης ηλεκτρικής ή μηχανικής ενέργειας αυξάνοντας έτσι τον βαθμό απόδοσης. Τα πιο διαδεδομένα συστήματα συνδυασμένου κύκλου είναι εκείνα με συνδυασμό αεριοστρόβιλου ατμοστρόβιλου (κύκλοι Joule - Rankine). Η παραγωγή ατμού σε δύο ή και τρεις διαφορετικές πιέσεις κάνει την εγκατάσταση πιο περίπλοκη, αλλά αυξάνει τον βαθμό απόδοσης. Χρησιμοποιείται στις μεγάλες μονάδες. ΕΙΚΟΝΑ 2.9 Συστήματα συνδυασμένου κύκλου Η υψηλή περιεκτικότητα οξυγόνου στα καυσαέρια του αεριοστρόβιλου (περίπου 17% )επιτρέπει την καύση συμπληρωματικού καυσίμου στον λέβητα καυσαερίων, εάν κριθεί αναγκαία για την αύξηση ισχύος του συστήματος. Η συμπληρωματική καύση αυξάνει τον βαθμό απόδοσης του συστήματος κατά τη λειτουργία σε μερικό φορτίο, αλλά κάνει την εγκατάσταση και ιδιαίτερα τις διατάξεις ρύθμισης και ελέγχου πιο περίπλοκες. Η ισχύς των συστημάτων συνδυασμένου κύκλου κυμαίνεται συνήθως στην περιοχή 20-40MW, ενώ κατασκευάζονται επίσης και μικρότερες μονάδες με ισχύ 4-11MW.Η συγκέντρωση ισχύος (ισχύς ανά μονάδα όγκου ) των συστημάτων αυτών είναι υψηλότερη από τη συγκέντρωση ισχύος των συστημάτων 34

35 απλού κύκλου αεριοστρόβιλου (Joule) ή ατμοστροβίλου (Rankine). Ως προς τα καύσιμα ισχύει ότι αναφέρθηκε για τα συστήματα αεριοστρόβιλου. Ο χρόνος εγκατάστασης είναι 2-3 έτη. Είναι δυνατή η ολοκλήρωση της εγκατάστασης σε δύο πεδία: Εγκαθίσταται πρώτα η μονάδα αεριοστρόβιλου, που μπορεί να είναι έτοιμη για λειτουργία σε μήνες. Ενώ αυτή λειτουργεί, συμπληρώνεται το σύστημα με τη μονάδα του ατμοστρόβιλου. Η αξιοπιστία των συστημάτων συνδυασμένου κύκλου είναι 80-85%, η μέση ετήσια διαθεσιμότητα 77-85% και ο οικονομικότερος χρόνος ζωής έτη. Είναι επίσης δυνατός ο συνδυασμός κύκλου DIESEL με κύκλο Rankine. Ακολουθεί ΕΙΚΟΝΑ 2.10 όπου η μονάδα συμπιεστή-θαλάμου καύσηςαεριοστροβίλου αντικαθίσταται από τον κινητήρα DIESEL και τους εναλλάκτες θερμότητας που το συνοδεύουν. ΕΙΚΟΝΑ 2.10 Σύστημα συμπαραγωγής συνδυασμένου κύκλου με ατμοστρόβιλο αντίθλιψης 35