Ανάπτυξη ενόσ καινοτόμου και ενεργειακά αυτόνομου ςυςτήματοσ επεξεργαςίασ τησ παραγόμενησ άλμησ από μονάδεσ αφαλάτωςησ SOL-BRINE

Transcript

1 Ανάπτυξη ενόσ καινοτόμου και ενεργειακά αυτόνομου ςυςτήματοσ επεξεργαςίασ τησ παραγόμενησ άλμησ από μονάδεσ αφαλάτωςησ SOL-BRINE Παραδοτζο 1.2 Αξιολόγηςη ςυςτημάτων αφαλάτωςησ με χρήςη Ανανεϊςιμων Πηγϊν Ενζργειασ (ΑΠΕ): εςτίαςη ςτα ςυςτήματα ηλιακήσ ενζργειασ. (Εκτενήσ περίληψη ςτα ελληνικά) Δράςθ 1 Ενζργεια 1(β) Προπαραςκευαςτικζσ Δράςεισ Βιβλιογραφικι αναςκόπθςθ εφαρμοςμζνων τεχνολογιϊν & κακιερωμζνων βιομθχανικϊν πρακτικϊν ςτθν αφαλάτωςθ καλαςςινοφ νεροφ τροφοδοτοφμενων από ΑΠΕ. Αξιολόγθςθ θλιακϊν ςυςτθμάτων ςε διάφορεσ εφαρμογζσ. Εκπονικθκε από: Δήμο Τήνου Ε.Μ.Π Culligan Hellas Α.Ε.Β.Ε ΑΘΗΝΑ, ΙΟΥΝΙΟΣ 2011 LIFE+Environment project: LIFE 09 ENV/GR/ i P a g e

2 Ευχαριςτίεσ Θ παροφςα ζκκεςθ εκπονικθκε ςτα πλαίςια του ζργου με τίτλο: «Ανάπτυξθ ενόσ καινοτόμου και ενεργειακά αυτόνομου ςυςτιματοσ επεξεργαςίασ τθσ παραγόμενθσ άλμθσ από μονάδεσ αφαλάτωςθσ», με ακρωνφμιο SOL-BRINE, το οποίο ςυγχρθματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Χρθματοδοτικό μζςο για το Περιβάλλον (LIFE+). Θ ομάδα του SOL-BRINE εκφράηει τισ ευχαριςτίεσ τθσ ςτο Ευρωπαϊκό Χρθματοδοτικό μζςο (LIFE+) για τθν εν λόγω οικονομικι υποςτιριξθ. Για οποιεςδιποτε ερωτιςεισ, διορκϊςεισ ι άλλα ςχόλια, μπορείτε να απευκυνκείτε ςτουσ ςυντάκτεσ ςτθ διεφκυνςθ θλεκτρονικοφ ταχυδρομείου Αποποίηςη ευθφνησ Οι ςυντάκτεσ του παρόντοσ ζχουν καταβάλλει κάκε προςπάκεια, οφτωσ ϊςτε οι πλθροφορίεσ που εμπεριζχονται να είναι αλθκισ και νόμιμεσ, κακϋόςον πρόκειται για τθν αξιοποίθςθ και ςφνκεςθ των πθγϊν που παρατίκενται και για τισ οποίεσ οι ςυντάκτεσ ουδεμία ευκφνθ φζρουν. i Σ ε λ ί δ α

3 Περιεχόμενα 1 Ειςαγωγή Τεχνικέσ αφαλάτωςησ Αφαλάτωςη με ανανεώςιμεσ πηγέσ ενέργειασ Αφαλάτωςη με ηλιακή ενέργεια Γενικά Τεχνολογίεσ ςυλλογήσ ηλιακήσ ενζργειασ Θλιακι λίμνθ Θλιακοί ςυλλζκτεσ Φωτοβολταϊκά Μελζτεσ περιπτϊςεων εφαρμογήσ (case studies) Συμπεράςματα...30 ii Σ ε λ ί δ α

4 Εικόνεσ Εικόνα 1-1: Παγκόςμιεσ απαιτιςεισ νεροφ ανά δραςτθριότθτα... 1 Εικόνα 1-2: Παγκόςμιεσ εκτιμιςεισ ςυνολικισ ποςότθτασ γλυκοφ και αλμυροφ νεροφ Εικόνα 1-3: Προβλζψεισ ελλείμματοσ μεταξφ διακεςιμότθτασ και ηιτθςθσ πόςιμου νεροφ το Εικόνα 2-1: Τεχνικζσ αφαλάτωςθσ... 5 Εικόνα 2-2: Ποςοςτιαία ςυνειςφορά τεχνικϊν αφαλάτωςθσ ςτθ ςυνολικι παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ Εικόνα 3-1: Ποςοςτιαία ςυνειςφορά τεχνικϊν αφαλάτωςθσ ςτθ ςυνολικι παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ Εικόνα 3-2: Επίπεδο τεχνικισ ανάπτυξθσ μεκόδων αφαλάτωςθσ με ΑΠΕ Εικόνα 3-3: Ποςοςτιαία ςυμμετοχι των τεχνολογιϊν RES-D ςτθν παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ με μονάδεσ αφαλάτωςθσ με ΑΠΕ Εικόνα 4-1: Στατικοί ςυλλζκτεσ Εικόνα 4-2: Συγκεντρωτικοί ςυλλζκτεσ Εικόνα 4-3: Απόδοςθ και κόςτοσ των διάφορων φωτοβολταϊκϊν τεχνολογιϊν Εικόνα 4-4: Οικονομικά και λειτουργικά χαρακτθριςτικά των πιο κοινϊν τεχνολογιϊν θλιακισ αφαλάτωςθσ Πίνακεσ Πίνακασ 2-1: Χαρακτθριςτικά τεχνικϊν αφαλάτωςθσ... 6 Πίνακασ 4-1: Τφποι θλιακϊν ςυλλεκτϊν Πίνακασ 4-2: Τφποι φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων Πίνακασ 4-3: Πικανοί ςυνδυαςμοί τεχνολογιϊν ςυλλογισ θλιακισ ενζργειασ με τεχνικζσ αφαλάτωςθσ Πίνακασ 4-4: Τεχνικά, λειτουργικά και οικονομικά χαρακτθριςτικά των υπό εξζταςθ μελετϊν περίπτωςθσ iii Σ ε λ ί δ α

5 1 Ειςαγωγή Το νερό είναι το βαςικό ςτοιχείο του κφκλου τθσ ηωισ και απαραίτθτο για κάκε ζμβιο όν. Ωσ εκ τοφτου, ζχει αναγνωριςτεί ιδθ από τθν αρχαιότθτα θ ςπουδαιότθτα του για τθ διατιρθςθ τθσ ηωισ και ο κρίςιμοσ ρόλοσ του για τθν κοινωνικι, πολιτιςμικι αλλά και οικονομικι ανάπτυξθ. Θ οικονομία επθρεάηεται ςε ςθμαντικό βακμό από τθ διακεςιμότθτα του νεροφ, τόςο αναφορικά με τθ φφςθ των δραςτθριοτιτων που αναπτφςςονται όςο και ςτο επίπεδο τθσ επιτυγχανόμενθσ οικονομικισ ευθμερίασ. Οι βαςικότερεσ χριςεισ του νεροφ, ςε παγκόςμιο επίπεδο (βλζπε Εικόνα 1-1) είναι: θ άρδευςθ (γεωργία), θ βιομθχανικι χριςθ και θ αςτικι χριςθ. Εικόνα 1-1: Παγκόςμιεσ απαιτιςεισ νεροφ ανά δραςτθριότθτα Πηγή: (Water Resources Group, 2009) Ενϊ ςτισ αναπτυγμζνεσ χϊρεσ θ κατανάλωςθ νεροφ παρουςιάηει ςτακερι και ςθμαντικι αφξθςθ με το χρόνο, τα υδάτινα αποκζματα τθσ γθσ είναι αυςτθρϊσ περιοριςμζνα. Τα ςυνολικά παγκόςμια αποκζματα νεροφ εκτιμϊνται περίπου ςε 1.4 δις. κυβικά χιλιόμετρα (βλζπε Εικόνα 1-2), εκ των οποίων το 97.5% είναι αλμυρό και ςυνεπϊσ ακατάλλθλο για τισ περιςςότερεσ ανκρϊπινεσ δραςτθριότθτεσ και χριςεισ. Κακίςταται λοιπόν εμφανζσ ότι από τθν υπζρογκθ ποςότθτα του νεροφ που υπάρχει ςτθ γθ μόνο το 2.5% (35 εκ. κυβικά χιλιόμετρα ςε ετιςια βάςθ) αποτελεί το γλυκό νερό και από 1 Σ ε λ ί δ α

6 Παραδοτζο 9.2: Πρακτικά πρϊτησ ςυνάντηςησ ελζγχου του ζργου αυτό το μεγαλφτερο μζροσ του είναι πάγοι και παγετϊνεσ (βλζπε Εικόνα 1-2). Τελικά, ποςοςτό περίπου 0.65% βρίςκεται ςε υγρι κατάςταςθ, ενϊ από τθν ποςότθτα αυτι ζνα τμιμα χρθςιμοποιείται από το ίδιο το περιβάλλον για τθν πραγματοποίθςθ οικολογικϊν διεργαςιϊν και διαδικαςιϊν κακϊσ επίςθσ ζνα άλλο ςθμαντικό τμιμα είναι μθ τεχνικϊσ αξιοποιιςιμο, οδθγϊντασ ςε μία ετιςια διακζςιμθ ποςότθτα γλυκοφ νεροφ ίςθ μόλισ προσ 4,200 km 3 (ποςοςτό: %). (Water Resources Group, 2009) Εικόνα 1-2: Παγκόςμιεσ εκτιμιςεισ ςυνολικισ ποςότθτασ γλυκοφ και αλμυροφ νεροφ. Πηγή: Σφμφωνα με ςτοιχεία από πρόςφατεσ μελζτεσ, θ ιςορροπία μεταξφ διακεςιμότθτασ και ηιτθςθσ βρίςκεται ιδθ υπό πίεςθ και εκτιμάται ότι θ κατανάλωςθ ςφντομα κα υπερβεί κατά πολφ τα διακζςιμα υδάτινα αποκζματα. Διάφορα μοντζλα πρόβλεψθσ ζχουν αναπτυχκεί για τθν ποςοτικοποίθςθ του μεγζκουσ τθσ επικείμενθσ κρίςθσ νεροφ. Χαρακτθριςτικά, ςφμφωνα με μελζτθ του 2009 (Water Resources Group, 2009), αναμζνεται πωσ θ ετιςια παγκόςμια κατανάλωςθ κα αυξθκεί από 4,500 km 3 (4,500 δις. m 3 ) ςτα 6,900 km 3 (6,900 δις. m 3 ) το 2030 (ποςοςτό αφξθςθσ: 53.3%), επιφζροντασ ζτςι ζλλειμμα μεταξφ διακεςιμότθτασ και ηιτθςθσ ίςο προσ 40% (βλζπε Εικόνα 1-3). Λαμβάνοντασ υπόψθ τα παραπάνω, κακίςταται ςαφισ θ ανάγκθ ανάπτυξθσ μίασ ςυνολικισ, ολοκλθρωμζνθσ πολιτικισ αντιμετϊπιςθσ τθσ επερχόμενθσ κρίςθσ ςτθ διάκεςθ πόςιμου νεροφ, περιλαμβάνοντασ μζτρα τα οποία αφοροφν πρωτίςτωσ ςτθν πρόλθψθ (όπωσ μζτρα εξοικονόμθςθσ και ορκολογικισ διαχείριςθσ και χριςθσ) και αφετζρου μποροφν να αποδειχτοφν αποτελεςματικά και βιϊςιμα. Στα μζτρα αυτά, αναγνωρίηεται ωσ κρίςιμοσ ο ρόλοσ τθσ αφαλάτωςθσ καλαςςινοφ και υφάλμυρου νεροφ. 2 Σ ε λ ί δ α

7 Παραδοτζο 9.2: Πρακτικά πρϊτησ ςυνάντηςησ ελζγχου του ζργου Εικόνα 1-3: Προβλζψεισ ελλείμματοσ μεταξφ διακεςιμότθτασ και ηιτθςθσ πόςιμου νεροφ το Πηγή: Σθμειϊνεται ότι θ Ευρϊπθ εξελίςςεται ςε μία από τισ πιο γριγορα αναπτυςςόμενεσ αγορζσ ςτον τομζα τθσ αφαλάτωςθσ. Θ Ιςπανία παρουςιάηει το μεγαλφτερο πλικοσ εφαρμογϊν αφαλάτωςθσ ςτο δυτικό κόςμο, ενϊ κατζχει τθν τζταρτθ κζςθ παγκοςμίωσ μετά από τθ Σαουδικι Αραβία, τα Ενωμζνα Εμιράτα και το Κουβζιτ. (PRODES, 2010). Θ διείςδυςθ τθσ τεχνολογίασ αφαλάτωςθσ αναμζνεται ότι κα αυξθκεί όχι μόνο ςτθν περιοχι τθσ Μεςογείου και τθσ Ευρϊπθσ, αλλά επίςθσ και ςε παγκόςμιο επίπεδο. Σφμφωνα με τα ςτοιχεία τθσ Global Water Intelligence ( θ δυναμικότθτα παραγωγισ πόςιμου νεροφ από μονάδεσ αφαλάτωςθσ ανζρχεται το 2008 ςτα 52 εκ. m³/θμερθςίωσ και αναμζνεται να διπλαςιαςτεί μζχρι το 2016, προςεγγίηοντασ τα 107 εκ. m³/θμερθςίωσ. Επιςθμαίνεται ότι θ ςφγχρονθ τάςθ ςτισ εφαρμογζσ αφαλάτωςθσ, είναι θ χριςθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ με τθν προοπτικι ελαχιςτοποίθςθσ του αποτυπϊματοσ άνκρακα των ςυςτθμάτων αφαλάτωςθσ και τθ βελτιςτοποίθςθ τθσ περιβαλλοντικισ τουσ επίδοςθσ. 3 Σ ε λ ί δ α

8 2 Τεχνικζσ αφαλάτωςησ Με τον όρο αφαλάτωςθ νοείται θ διεργαςία απομάκρυνςθσ αλάτων και νεροφ από υδατικά, αλατοφχα διαλφματα. Κατά τθ διεργαςία αυτι, παράγονται δφο διακριτά ρεφματα: (α) το ρεφμα του πόςιμου νεροφ και (β) το ρεφμα τθσ άλμθσ, το οποίο απορρίπτεται. Πολλι προςοχι πρζπει να δοκεί ςτθν επεξεργαςία και διάκεςθ τθσ παραγόμενθσ άλμθσ κατά τθ λειτουργία των μονάδων αφαλάτωςθσ. Κατάλλθλεσ τεχνικζσ εξετάηονται και περιγράφονται ςτθν τεχνικι ζκκεςθ τθσ πρϊτθσ Δράςθσ με τίτλο: "Report on the evaluation of existing methods on brine treatment and disposal practices», θ οποία είναι αναρτθμζνθ ςτθν ιςτοςελίδα του προγράμματοσ. ( Το αλμυρό νερό ταξινομείται ανάλογα με τθν περιεκτικότθτά του ςε άλατα ςτισ ακόλουκεσ κατθγορίεσ (Rashid A. Khaydarov, Renat R. Khaydarov, 2007): Θαλαςςινό νερό: TDS > 35,000 ppm Ζντοντα υφάλμθρο νερό: 10,000 ppm < TDS < 35,000 ppm Υφάλμυρο νερό: 1,000 ppm < TDS < 10,000 ppm Πόςιμο νερό: TDS < 500 ppm Θ αφαλάτωςθ επιτυγχάνεται με τθ χριςθ πολυάρικμων τεχνικϊν. Οι τεχνικζσ που ζχουν αναπτυχκεί βαςίηονται είτε ςτθν παροχι κερμότθτασ, είτε ςτθ χριςθ θμιπερατϊν μεμβρανϊν ι ςε ςυνδυαςμό τουσ και ςυνεπϊσ κατθγοριοποιοφνται ωσ εξισ (βλζπε Εικόνα 2-1): Θερμικζσ διεργαςίεσ ι διεργαςίεσ αλλαγισ φάςθσ, Τεχνικζσ μεμβράνθσ ι διεργαςίασ μίασ φάςθσ, Υβριδικζσ τεχνικζσ. Οι τεχνικζσ που περιγράφονται ςτθν παροφςα ζκκεςθ αποτελοφν διαδεδομζνεσ και δοκιμαςμζνεσ πρακτικζσ. Λειτουργικά, τεχνικά και οικονομικά χαρακτθριςτικά των μεκόδων δίνονται περιεκτικά ςτον Πίνακασ 2-1. Σφντομθ αναφορά ςε τεχνικζσ οι οποίεσ βρίςκονται υπό το τεχνικό ςτάδιο τθσ ζρευνασ και ανάπτυξθσ (R&D) δίνεται ςτο πλιρεσ κείμενο τθσ τεχνικισ ζκκεςθσ και παραλείπονται εδϊ. Αυτζσ είναι: Θ κρυςτάλλωςθ, Θ υδριτοποίθςθ, Θ ιοντοεναλλαγι (αποτελεί δοκιμαςμζνθ τεχνικι αλλά χρθςιμοποιείται ςπάνια για αφαλάτωςθ λόγω υψθλοφ κόςτουσ) και Θ απόςταξθ με μεμβράνεσ. 4 Σ ε λ ί δ α

9 Εικόνα 2-1: Τεχνικζσ αφαλάτωςθσ 5 Σ ε λ ί δ α

10 Θερμικζσ τεχνικζσ Παραδοτζο 1.2: Συςτήματα αφαλάτωςησ νεροφ με χρήςη ΑΠΕ Πίνακασ 2-1: Χαρακτηριςτικά τεχνικϊν αφαλάτωςησ Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό ι υφάλμυρο Κόςτοσ εγκατάςταςησ Παραδείγματα εφαρμογήσ Θλιακι εξάτμιςθ ι θλιακόσ αποςτακτιρασ Solar distillation/ Solar still (SD) Παραγόμενο νερό: TDS < 25 ppm Δυναμικότητα: < 0.1 m 3 /θμζρα Ενζργεια : πακθτικό θλιακό ςφςτθμα (απαίτθςθ επιφάνειασ ςυλλζκτθ: l/m²) 1-5 /m 3 Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό ι υφάλμυρο Παραγόμενο νερό: TDS < 25 ppm Δυναμικότητα: < 5,000 50,000 m 3 /θμζρα Πολυβάκμια εκτόνωςθ Multi-Stage Flash Distillation (MSF) Θερμική ενζργεια: kj/kg Ηλεκτρική ενζργεια: kwh/m 3 Αριθμόσ βαθμίδων: 4 40 βακμίδεσ Υψθλότερθ κερμοκραςία λειτουργίασ: ο C 1,500-2,000 $/m 3 /day Συντελεςτήσ ανάκτηςησ: 10 25% GOR: 8-9 (μζγιςτθ τιμι: 12) Τοποθεςία: Al-Khobar 6 Σ ε λ ί δ α

11 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό ι υφάλμυρο Κόςτοσ εγκατάςταςησ Παραδείγματα εφαρμογήσ Παραγόμενο νερό: TDS < 25 ppm Δυναμικότητα: < 10,000 m 3 /θμζρα Θερμική ενζργεια: kj/kg Ηλεκτρική ενζργεια: kwh/m 3 Πολλαπλι εξάτμιςθ Multiple Effect Distillation (MED) Αριθμόσ βαθμίδων: 8-16 βακμίδεσ Υψθλότερθ κερμοκραςία λειτουργίασ: 70 ο C 900-1,700 $/m 3 /day (MED-TVC) Συντελεςτήσ ανάκτηςησ: 23 33% (οι υψθλότερεσ τιμζσ για MED-TVC) GOR: 12 (μζγιςτθ τιμι: 25) Προκειμζνου να αυξθκεί θ απόδοςθ τθσ τεχνικισ, ςυχνά ςυνδυάηεται με κερμικό ςυμπιεςτι (Thermal Vapor Compressor, TVC). Τοποθεςία: Al-Khobar (MED-TVC) 7 Σ ε λ ί δ α

12 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό ι υφάλμυρο Κόςτοσ εγκατάςταςησ Παραδείγματα εφαρμογήσ Παραγόμενο νερό: TDS < 25 ppm Δυναμικότητα: 250 2,500 m 3 /θμζρα (MVC) ,000 m 3 /θμζρα (TVC) Εξάτμιςθ με ςυμπίεςθ ατμϊν Vapor compression (MVC ή TVC) Θερμική ενζργεια: kj/kg (MED-TVC) Ηλεκτρική ενζργεια: kwh/m 3 (MED- TVC), kwh/m3 (MVC) Αριθμόσ βαθμίδων: 1 βακμίδα (MVC), πολλαπλζσ (TVC) 1,500-2,000 $/m 3 /day (MVC) Υψθλότερθ κερμοκραςία λειτουργίασ: 70 ο C Συντελεςτήσ ανάκτηςησ: 23 33% (MED- TVC), 23 41% (MVC) Τοποθεςία: Qatar (MED-TVC) 8 Σ ε λ ί δ α

13 Τεχνικζσ μεμβρανϊν Παραδοτζο 1.2: Συςτήματα αφαλάτωςησ νεροφ με χρήςη ΑΠΕ Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό ι υφάλμυρο Κόςτοσ εγκατάςταςησ Παραδείγματα εφαρμογήσ Παραγόμενο νερό: TDS: ppm Δυναμικότητα: < 20,000 m 3 /θμζρα Ηλεκτρική ενζργεια: 5-9 kwh/m 3 Υψηλότερη θερμοκραςία λειτουργίασ: 45 ο C Πίεςη λειτουργίασ: 55-80bars (καλαςςινό νερό), 14-25bars (υφάλμυρο νερό) Αντίςτροφθ όςμωςθ Reverse Osmosis (RO) Συντελεςτήσ ανάκτηςησ: 30 70% (οι υψθλότερεσ τιμζσ αντιςτοιχοφν ςε υφάλμυρο νερό τροφοδοςίασ) 900-1,500 $/m 3 /day Σθμειϊνεται ότι ςτισ εφαρμογζσ αντίςτροφθσ όςμωςθσ ςυχνά χρθςιμοποιοφνται ςυςτιματα ανάκτθςθσ ενζργειασ, ειδικά όταν αφαλατϊνεται καλαςςινό νερό και ςυνεπϊσ θ μονάδα λειτουργεί ςε υψθλζσ τιμζσ πίεςθσ. Τα ςυςτιματα ανάκτθςθσ μπορεί να είναι : (α) ςφςτθμα PX (pressure exchanger) ι (β) υδροςτρόβιλοσ Pelton. Στο ςφςτθμα του Αγίου Φωκά ςτθν Τινο χρθςιμοποιείται το δεφτερο ςφςτθμα ανάκτθςθσ. Τοποθεςία: Ιςραήλ 9 Σ ε λ ί δ α

14 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο Κόςτοσ εγκατάςταςησ Παραδείγματα εφαρμογήσ Παραγόμενο νερό: TDS: ppm Θλεκτροδιάλυςθ Electrodialysis (ED) Δυναμικότητα: < 20,000 m 3 /θμζρα Ηλεκτρική ενζργεια: kwh/m 3 Υψηλότερη θερμοκραςία λειτουργίασ: 45 ο C Μία εναλλακτικι διάταξθ του ςυςτιματοσ είναι θ αντίςτροφθ θλεκτροδιάλυςθ (Electrodialysis Reversal, ED-R) Ιςπανία (EDR) Σθμειϊνεται ότι για τθν επιλογι τθσ καταλλθλότερθσ τεχνικισ αφαλάτωςθσ, ζνασ αρικμόσ ςθμαντικϊν παραμζτρων πρζπει να εξεταςτεί όπωσ: Θ ποιότθτα του νεροφ τροφοδοςίασ (υφάλμυρο ι καλαςςινό) Θ ποςότθτα και θ ποιότθτα του παραγόμενου νεροφ Το κόςτοσ επζνδυςθσ Θ διακεςιμότθτα του χϊρου Οι ενεργειακζσ απαιτιςεισ και θ διακεςιμότθτα. Θ ποςοςτιαία ςυνειςφορά τθσ κάκε τεχνικισ ςτθ ςυνολικι παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ από μονάδεσ αφαλάτωςθσ δίνεται ςτθν Εικόνα Σ ε λ ί δ α

15 Εικόνα 2-2: Ποςοςτιαία ςυνειςφορά τεχνικϊν αφαλάτωςθσ ςτθ ςυνολικι παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ Πηγή: ΙDA, Σ ε λ ί δ α

16 3 Αφαλάτωςη με ανανεϊςιμεσ πηγζσ ενζργειασ Από τισ αρχζσ του 2006, περιςςότερεσ από 12,000 μονάδεσ αφαλάτωςθσ βρίςκονται ςε λειτουργία παράγοντασ περίπου 40 εκ. m³/ θμζρα. Θ ςφνκεςθ τθσ εγκατεςτθμζνθσ αυτισ δυναμικότθτασ αναλφεται ωσ εξισ (WHO, 2007): Κόλποσ Δυτικισ Αςίασ (West Asia Gulf): 50%, Υπόλοιπεσ περιοχζσ Αςίασ: 10% Βόρεια Αμερικι: 17% Βόρεια Αφρικι: 8% Ευρϊπθ: 7% Αυςτραλία: 1% Θ αφαλάτωςθ αποτελεί μία ιδιαίτερα ακριβι μζκοδο παραγωγισ νεροφ, κακϊσ θ λειτουργία των μονάδων ζχει υψθλζσ ενεργειακζσ απαιτιςεισ. Οι απαιτιςεισ αυτζσ καλφπτονται μζχρι ςιμερα κατά κφριο λόγο από ςυνδυαςμζνθ χριςθ ορυκτϊν καυςίμων και θλεκτρικισ ενζργειασ από το δίκτυο. Σθμειϊνεται ότι για τθν παραγωγι 20 τόνων ποςίμου νεροφ από μία ςυμβατικι μονάδα αφαλάτωςθσ, απαιτείται ποςότθτα ενόσ τόνου ιςοδφναμου πετρελαίου (Veera Gnaneswar Gude et al, 2010). Θ κάλυψθ των ενεργειακϊν αναγκϊν αυτϊν οδθγεί ςε εκπομπζσ CO 2 και πολλζσ φορζσ ςε εξάρτθςθ από τθ διακεςιμότθτα δικτφου. Λαμβάνοντασ υπόψθ τα παραπάνω, κακίςταται ςαφισ ότι θ χριςθ ΑΠΕ ςε μονάδεσ αφαλάτωςθσ αποτελεί μία ελκυςτικι επιλογι, κακϊσ μπορεί να οδθγιςει ςε ενεργειακι αυτονομία, προςφζροντασ παράλλθλα χαμθλά λειτουργικά ζξοδα και δυνατότθτα εφαρμογισ ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ. Επίςθσ, βελτιϊνει ςθμαντικά το αποτφπωμα άνκρακα τθσ διαδικαςίασ αφαλάτωςθσ, μειϊνοντασ τισ εκπομπζσ των παραγόμενων ρφπων, οδθγϊντασ ςε ολοκλθρωμζνθ πρόταςθ διαχείριςθσ τθσ πρόκλθςθσ αςφαλοφσ διάκεςθσ πόςιμου νεροφ ςε ςυνδυαςμό με υψθλζσ περιβαλλοντικζσ επιδόςεισ. Οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ που μποροφν να ςυνδυαςτοφν με τθν αφαλάτωςθ (Renewable Energy Source Desalination, RES-D) είναι οι ακόλουκεσ: Θλιακι ενζργεια, Αιολικι ενζργεια, Γεωκερμικι ενζργεια και Ενζργεια των ωκεανϊν. Κατάλλθλεσ τεχνικζσ αφαλάτωςθσ για τθν κάκε μορφι ΑΠΕ παρουςιάηονται ςτθν Εικόνα 3-1, ενϊ το πλικοσ των εφαρμογϊν που ζχουν αναπτυχκεί ζωσ ςιμερα (ποςοςτιαία) και το τεχνολογικό τουσ επίπεδο αποτυπϊνονται ςτισ Εικόνεσ 3-2 και 3-3 αντίςτοιχα. 12 Σ ε λ ί δ α

17 Εικόνα 3-1: Ποςοςτιαία ςυνειςφορά τεχνικϊν αφαλάτωςθσ ςτθ ςυνολικι παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ 13 Σ ε λ ί δ α

18 Εικόνα 3-2: Επίπεδο τεχνικισ ανάπτυξθσ μεκόδων αφαλάτωςθσ με ΑΠΕ Πηγή: PRODES, Σ ε λ ί δ α

19 Εικόνα 3-3: Ποςοςτιαία ςυμμετοχι των τεχνολογιϊν RES-D ςτθν παγκόςμια παραγωγι πόςιμου νεροφ με μονάδεσ αφαλάτωςθσ με ΑΠΕ. Πηγή: PRODES, Σ ε λ ί δ α

20 Θ διάταξθ ςυλλογισ τθσ ανανεϊςιμθσ ενζργειασ, ανάλογα με τθν εφαρμοηόμενθ μζκοδο που χρθςιμοποιείται, μπορεί να είναι είτε άμεςθ (όπωσ για παράδειγμα ςτθν περίπτωςθ του θλιακοφ αποςτακτιρα, Solar still) ι ζμμεςθ με τθ μετατροπι τθσ ανανεϊςιμθσ ςτθν κατάλλθλθ μορφι ενζργειασ που απαιτεί θ τεχνικι αφαλάτωςθσ (D. G. Harrison et al, 1996): (i) Μετατροπι ςε κερμικι ενζργεια όταν ςυνδυάηεται με κερμικζσ τεχνικζσ αφαλάτωςθσ, όπωσ MSF, MED, ΤVC, (ii) Μετατροπι ςε θλεκτρικι (μζςω φωτοβολταϊκϊν, ανεμογεννθτριϊν, υδροςτροβίλων, ενζργεια κυμάτων): (α) για να κινιςει τισ αντλίεσ ςε ςφςτθμα αντίςτροφθσ όςμωςθσ ι εξάτμιςθσ με μθχανικι ςυμπίεςθ ατμϊν, ι (β) για τθ δθμιουργία του θλεκτρικοφ πεδίου που απαιτείται ςτα ςυςτιματα θλεκτροδιάλυςθσ. Θ εμπειρία από τθ λειτουργία των εφαρμογϊν αυτϊν ζχει οδθγιςει ςτον προςδιοριςμό κάποιων ςυνδυαςμϊν που φαίνεται να παρουςιάηουν ςυγκριτικά πλεονεκτιματα και για το λόγο αυτό ζχουν αναπτυχκεί ςε μεγαλφτερο βακμό. Ωςτόςο, πρζπει να τονιςτεί ότι δεν υπάρχει ζνασ μοναδικόσ, ενδεδειγμζνοσ ςυνδυαςμόσ RES-D, αλλά αντίκετα θ καταλλθλότθτα του ςυςτιματοσ εξαρτάται από μία πλθκϊρα παραγόντων όπωσ: το μζγεκοσ τθσ μονάδασ, θ ποιότθτα του νεροφ τροφοδοςίασ, θ διακεςιμότθτα θλεκτρικοφ δικτφου και τεχνικϊν υποδομϊν, κακϊσ επίςθσ και θ διακεςιμότθτα του δυναμικοφ ανανεϊςιμθσ ενζργειασ. Στθ ςυνζχεια εξετάηονται αναλυτικότερα τα ςυςτιματα αφαλάτωςθσ με θλιακι ενζργεια και μελετϊνται κάποια παραδείγματα εφαρμογισ (case studies) που ζχουν αναπτυχκεί ανά τον κόςμο, με ςτόχο τθν αξιοποίθςθ τθσ εμπειρίασ από τθ λειτουργία τουσ. Θ πλθροφορία αυτι κα αποτελζςει το υπόβακρο για τον προκαταρκτικό ςχεδιαςμό του ςυςτιματοσ κατά τισ πρϊτεσ ενζργειεσ τθσ δεφτερθσ Δράςθσ υλοποίθςθσ του προγράμματοσ, θ οποία ζχει τίτλο: «Σχεδιαςμόσ του καινοτόμου, πιλοτικήσ κλίμακασ και ενεργειακά αυτόνομου ςυςτήματοσ». 16 Σ ε λ ί δ α

21 4 Αφαλάτωςη με ηλιακή ενζργεια 4.1 Γενικά Θ διάταξθ ςυλλογισ τθσ θλιακισ ενζργειασ, όπωσ αναφζρεται παραπάνω, αναφορικά με τθ μζκοδο που εφαρμόηεται για τθν παραγωγι πόςιμου νεροφ, διακρίνεται ςτισ ακόλουκεσ δφο κατθγορίεσ: (1) Άμεςα ςυςτιματα, και (2) Ζμμεςα ςυςτιματα. Τα άμεςα ςυςτιματα είναι απλά ςυςτιματα αποτελοφμενα από μία διάταξθ, θ οποία διαδραματίηει παράλλθλα το ρόλο τθσ μονάδασ αφαλάτωςθσ και τθσ ςυλλογισ τθσ θλιακισ ενζργειασ. Θ μόνθ τεχνικι που ανικει ςτθν κατθγορία αυτι είναι ο θλιακόσ αποςτακτιρασ (solar still). Αντίκετα, τα ζμμεςα ςυςτιματα αποτελοφνται από δφο διακριτά ςυςτιματα: (α) τθ μονάδα ςυλλογισ τθσ θλιακισ ενζργειασ και (β) τθ μονάδα αφαλάτωςθσ. Τα ςυςτιματα αυτά μποροφν να ςυνδυαςτοφν με τισ πλζον δοκιμαςμζνεσ τεχνικζσ αφαλάτωςθσ, όπωσ για παράδειγμα με τθν πολυβάκμια εκτόνωςθ (MSF) και τθν αντίςτροφθ όςμωςθ (RO). Για τθ ςυλλογι τθσ θλιακισ ενζργειασ, μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν οι ακόλουκεσ τεχνολογίεσ: (1) Θλιακοί ςυλλζκτεσ, (2) Θλιακι λίμνθ και (3) Φωτοβολταϊκά πάνελ. 4.2 Τεχνολογίεσ ςυλλογήσ ηλιακήσ ενζργειασ Ηλιακή λίμνη Από τισ παραπάνω τεχνολογίεσ, θ θλιακι λίμνθ παρουςιάηει ελάχιςτεσ εφαρμογζσ. Θ αρχι λειτουργιάσ τθσ βαςίηεται ςτθν ανάπτυξθ τριϊν διακριτϊν ςτρωμάτων, ςτα οποία θ αλατότθτα αυξάνει με το βάκοσ, όπωσ αποτυπϊνεται ςτο ακόλουκο ςχιμα: Άνω ηϊνθ ςυναγωγισ, upper convective zone (UCZ), Ηϊνθ μεταβαλλόμενθσ ςυγκζντρωςθσ άλατοσ, nonconvective zone (NCZ), και Κάτω ηϊνθ ςυναγωγισ, lower convective zone (LCZ). Αξίηει να ςθμειωκεί ότι μία αξιόλογθ εφαρμογι ζχει αναπτυχκεί από τθν εταιρεία Atlantis, θ οποία χρθςιμοποιεί τθν θλιακι λίμνθ, επιτυγχάνοντασ να αντιμετωπίςει τισ διακυμάνςεισ 17 Σ ε λ ί δ α

22 παροχισ ενζργειασ (λόγω τθσ φφςθσ τθσ θλιακισ ενζργειασ), με τθν τεχνικι MSF, θ οποία απαιτεί μικρζσ αποκλίςεισ από το ςθμείο λειτουργίασ τθσ. Οι θλιακοί ςυλλζκτεσ και τα φωτοβολταϊκά πάνελ αποτελοφν τισ πλζον χρθςιμοποιοφμενεσ τεχνολογίεσ, κατζχοντασ ποςοςτό ίςο προσ 36% και 34% αντίςτοιχα (βλζπε Εικόνα 3-3) Ηλιακοί ςυλλζκτεσ Οι θλιακοί ςυλλζκτεσ αποτελοφν ζνα ειδικό τφπο εναλλάκτθ κερμότθτασ, ο οποίοσ μετατρζπει τθν θλιακι ακτινοβολία ςε εςωτερικι ενζργεια (κερμικι ενζργεια) του εργαηόμενου μζςου. Πρακτικά, το εργαηόμενο μζςο αποτελεί ζνα κατάλλθλο ρευςτό μζςο (ςυνικωσ αζρα, νερό ι κάποιο ζλαιο), το οποίο αφαιρεί τθ κερμότθτα που παράγεται από τθν θλιακι ακτινοβολία, από τθ φζρουςα καταςκευι. Υπάρχουν βαςικά δφο τφποι θλιακϊν ςυλλεκτϊν: (α) οι ςτατικοί (stationary) ι μθ ςυγκεντρωτικοί (non-concentrating) ςυλλζκτεσ και (β) οι ςυγκεντρωτικοί (concentrating) ςυλλζκτεσ ι ςυλλζκτεσ «ανίχνευςθσ» (tracking) τθσ πορείασ του ιλιου. Ζνασ μθ ςυγκεντρωτικόσ ςυλλζκτθσ ζχει τθν ίδια επιφάνεια ανάκλαςθσ και ςυλλογισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ, ενϊ αντίκετα ζνασ ςυγκεντρωτικόσ ςυλλζκτθσ διακζτει καμπφλθ (κυρτι ι κοίλθ) επιφάνεια ανάκλαςθσ, ςτθν οποία προςπίπτουν οι θλιακζσ ακτίνεσ και κατόπιν ςυγκλίνουν ςε μία περιοχι (εςτία) γραμμικι ι ςθμειακι, μικρότερθσ επιφάνειασ (λόγοσ ςυγκζντρωςθσ, concentration ratio), επιτυγχάνοντασ ζτςι υψθλότερεσ τιμζσ πυκνότθτασ εντάςεωσ τθσ ακτινοβολίασ. Πίνακασ 4-1: Τφποι ηλιακϊν ςυλλεκτϊν Κίνηςη Τφποσ ςυλλζκτη Τφποσ απορροφητήρασ Λόγοσ ςυγκζντρωςησ Ενδεικτικό θερμοκραςιακό εφροσ ( o C) Στατικοί FPC Επίπεδοσ ETC Επίπεδοσ CPC Σωλινωςθ Ανίχνευςη ηλίου ενόσ άξονα (Single axis tracking) CPC Σωλινωςθ LFR Σωλινωςθ PTC Σωλινωςθ CTC Σωλινωςθ Ανίχνευςη ηλίου δφο αξόνων (Two- axis tracking) PDR Σθμειακόσ 100-1, HFC Σθμειακόσ 100-1, ,000 Σημείωςη: FPC: Flat Plate Collector ETC: Evacuated Tube Collector CPC: Compound Parabolic Collector Πηγή: S.A Kalogirou, 2005 LFR: Linear Freshnel Reflector PTC: Parabolic Trough Collector CTC: Cylindrical Trough Collector PDR: Parabolic Dish Reflector HFC: Heliostat Field Collector 18 Σ ε λ ί δ α

23 Εικόνα 4-1: Στατικοί ςυλλζκτεσ Σημείωςη: Flat Plate Collector (FPC, πάνω αριςτερά); Compound Parabolic Collector (CPC, κάτω αριςτερά) and Evacuated Tube Collector (ETC, πάνω δεξιά) Πηγή: Οι ςυγκεντρωτικοί ςυλλζκτεσ διακρίνονται ςτισ ακόλουκεσ δφο κατθγορίεσ, ανάλογα με τθ γεωμετρία τθσ εςτίασ ςτθν οποία ςυγκεντρϊνεται θ θλιακι ακτινοβολία: Γραμμικι εςτία: ςτθν κατθγορία αυτι ανικουν: o τα παραβολικά κατόπτρα ενόσ άξονα ανίχνευςθσ (Parabolic Trough Collectors, PTC), o οι γραμμικοί ανακλαςτιρεσ Freshnel (Linear Freshnel Reflector, LFR), Σθμειακι εςτία: ςτθν κατθγορία αυτι ανικουν: o Οι παραβολικοί δίςκοι (Parabolic Dish Reflector, PDR) o Το πεδίο θλιοςτατϊν ςυλλεκτϊν (Heliostat Field Collector, HFC) Από τισ παραπάνω τεχνολογίεσ κυρίωσ ζχουν χρθςιμοποιθκεί ςε μονάδεσ αφαλάτωςθσ τα παραβολικά κάτοπτρα. Ωςτόςο, ςφγχρονθ τάςθ αποτελεί θ χριςθ τθσ τεχνολογίασ ςυγκεντρωτικϊν ςυλλεκτϊν ςτον τομζα τθσ θλεκτροπαραγωγισ (Concentrated Solar Power, CSP) και θ αντικατάςταςθ τθσ μονάδασ ςυμπφκνωςθσ του κφκλου με μονάδα αφαλάτωςθσ, ςχθματίηοντασ ζτςι υβριδικά ςυςτιματα πολλαπλοφ οφζλουσ. 19 Σ ε λ ί δ α

24 Εικόνα 4-2: Συγκεντρωτικοί ςυλλζκτεσ Σημείωςη: Parabolic Trough (PTC, πάνω αριςτερά); Linear Freshnel Reflector (LFR, κάτω αριςτερά); Heliostat Field Collector (HFC, πάνω δεξιά) και Parabolic Dish Reflector (PDR, κάτω δεξιά). Πηγή: (AQUA-CSP, 2007) Φωτοβολταϊκά Τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα αποτελοφνται από ζναν αρικμό φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων, τα οποία αποτελοφν τθ κεμελιϊδθ ενεργειακι μονάδα ενόσ φωτοβολταϊκοφ πάνελ. Αν και θ παραγόμενθ θλεκτρικι ιςχφσ ενόσ πάνελ κυμαίνεται μεταξφ Watts (W), οποιαδιποτε επικυμθτι ιςχφσ μπορεί να επιτευχκεί ενϊνοντασ τον κατάλλθλο αρικμό πάνελ ςε ςυςτοιχία, κάτι το οποίο προςφζρει ςθμαντικι ευελιξία (modularity) ςτα ςυςτιματα αυτά. Τα βαςικά μζρθ που απαρτίηουν ζνα φωτοβολταϊκό ςφςτθμα είναι το πάνελ, οι θλεκτρικοί ςυςςωρευτζσ και οι ανορκωτικζσ διατάξεισ (inverters). 20 Σ ε λ ί δ α

25 Διάφοροι τφποι φωτοβολταϊκϊν πάνελ ζχουν αναπτυχκεί με ποικιλία τεχνικϊν και λειτουργικϊν χαρακτθριςτικϊν. Ωςτόςο, οι εμπορικζσ τεχνολογίεσ μποροφν να ταξινομθκοφν ςτισ εξισ δφο ευρείεσ κατθγορίεσ: Κρυςταλλικοφ πυριτίου (Wafer based crystalline silicon, c-si) Λεπτϊν υμενίων (Thin films). Μία λεπτομερι λίςτα από τουσ πλζον κοινοφσ τφπων φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων που χρθςιμοποιοφνται εμπορικά ςιμερα παρουςιάηεται ςτον Πίνακασ 4-2, ενϊ οικονομικά και τεχνικά χαρακτθριςτικά ςτοιχεία για το ςφνολο των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων που ζχουν αναπτυχκεί (ακόμα και ςε ερευνθτικό επίπεδο) δίνεται ςτθν Εικόνα 4-3. Πίνακασ 4-2: Τφποι φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων Τφποσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου Χαρακτηριςτικά Κρυςταλλικοφ πυριτίου (Crystalline silicon) Λεπτϊν υμενίων (Thin-layer cells) Μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου (Single crystalline cells, sc-si) Πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου (Multi-crystalline cells, mc-si) Άμορφου πυριτίου (Amorphous silicon, a-si, micro-morph Silicon, μc-si) Πάχοσ Απόδοςη (%) mm mm Χαλκοφ Ινδίου Διςελθνίου, CuInSe 2 (Copper-Indium-Diselinide, CIS) Χαλκοφ Ινδίου Γαλλίου-Διςελθνίου (Copper-Indium-Gallium-Diselinide, CIGS) Κάδμιου - Τελλοφριου (Cadmium-Telluride, CdTe) Φωτοθλεκτροχθμικά ςτοιχεία (Dye cells) 0.3-2μm 9-11 na na Υβριδικά (Hybrid HIT cells) Συνδυαςμόσ μονοκρυςταλλικοφ και άμορφου πυριτίου 0.2mm 18.5% Σημείωςη: (a) not available Πηγή: (GreenPro, 2008) 21 Σ ε λ ί δ α

26 Εικόνα 4-3: Απόδοςθ και κόςτοσ των διάφορων φωτοβολταϊκϊν τεχνολογιϊν Σημείωςη: (α) Το κόςτοσ αναφζρονται ςε τιμζσ του 2008 (β) Τα ποςοςτά κάτω από τισ διάφορεσ τεχνολογίεσ αντανακλοφν το αντίςτοιχο ποςοςτό ςυμμετοχισ τουσ ςτθν αγορά των φωτοβολταϊκϊν Πηγή: (Paolo Frankl et al., IEA, 2010) 4.3 Μελζτεσ περιπτϊςεων εφαρμογήσ (case studies) Αρχικά εξετάςτθκε, μελετικθκε και προςδιορίςτθκε το ςφνολο εκείνο των ςυνδυαςμϊν μεταξφ των διαφόρων τεχνικϊν αφαλάτωςθσ και ςυγκεκριμζνα των τεχνολογιϊν ςυλλογισ θλιακισ ενζργειασ, με ςκοπό τθν προςανατολιςμζνθ διερεφνθςθ ςε εκείνεσ τισ περιπτϊςεισ εφαρμογϊν με τθ ςθμαντικότερθ εμπειρία και τθν πικανότερθ δυνατι επιτυχία εφαρμογισ (βλζπε Πίνακασ 4-3). Στθ ςυνζχεια, ζχοντασ προςδιορίςει τουσ δυνατοφσ ςυνδυαςμοφσ αφαλάτωςθσ με θλιακι ενζργεια, αναηθτικθκαν, μελετικθκαν και αναλφκθκαν μελζτεσ περίπτωςθσ για τισ πιο ςθμαντικζσ εφαρμογζσ. Ζτςι, εξετάςτθκαν ςυνολικά επτά (7) μελζτεσ περίπτωςθσ (case studies), τα αποτελζςματα των οποίων ςυνοψίηονται ςτον Πίνακασ Σ ε λ ί δ α

27 Πίνακασ 4-3: Πικανοί ςυνδυαςμοί τεχνολογιϊν ςυλλογισ θλιακισ ενζργειασ με τεχνικζσ αφαλάτωςθσ Τεχνική αφαλάτωςησ Στατικοί ςυλλζκτεσ Συγκεντρωτικοί Φωτοβολταϊκά Ηλιακή λίμνη Θερμική Ηλεκτρική SD MEH MD TVC MSF MED ED MVC RO Πηγή: (PRODES, 2010) 23 Σ ε λ ί δ α

28 Εικόνα 4-4: Οικονομικά και λειτουργικά χαρακτθριςτικά των πιο κοινϊν τεχνολογιϊν θλιακισ αφαλάτωςθσ Σημείωςη: (α) Το κόςτοσ παραγωγισ νεροφ περιλαμβάνει: (i) το αρχικό κόςτοσ επζνδυςθσ τθσ μονάδασ, (ii) τρζχοντα ζξοδα (λειτουργία και ςυντιρθςθ) Πηγή: PRODES, Σ ε λ ί δ α

29 Πίνακασ 4-4: Τεχνικά, λειτουργικά και οικονομικά χαρακτθριςτικά των υπό εξζταςθ μελετϊν περίπτωςθσ Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Κόςτοσ Παραδείγματα εφαρμογήσ Solar MEH Τοποθεςία: Jeddah, Σαουδικι Αραβία Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο νερό Δυναμικότητα: 5,000m 3 / θμζρα Τφποσ ςυλλζκτη: FPC, Επιφάνεια ςυλλζκτη: 175m 2 Συνολική απαιτοφμενη επιφάνεια: 250m 2 Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2008 Τφποσ εγκατάςταςησ: εμπορικι εφαρμογι Ειδικά χαρακτηριςτικά: εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν πανελ (8.3 KW peak ) για τθν τροφοδότθςθ των αντλιϊν 2-5 /m 3 (τυπικό εφροσ) Solar MD Τοποθεςία: Gran Canaria, Ιςπανία Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό νερό Δυναμικότητα: 1.6 m 3 / θμζρα Τφποσ ςυλλζκτη: FPC, Επιφάνεια ςυλλζκτη: 90m 2 Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2006 Τφποσ εγκατάςταςησ: εμπορικι εφαρμογι Ειδικά χαρακτηριςτικά: εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν πανελ (8.3 KW peak ) για τθν τροφοδότθςθ των αντλιϊν 8-15 /m 3 (τυπικό εφροσ) 25 Σ ε λ ί δ α

30 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Κόςτοσ Παραδείγματα εφαρμογήσ Solar MED 26 Σ ε λ ί δ α Τοποθεςία: PSA, Almeria, Ιςπανία Νερό τροφοδοςίασ: Θαλαςςινό νερό Δυναμικότητα: 72 m 3 / θμζρα Τεχνική αφαλάτωςησ: MED (14 βακμίδεσ) Τφποσ ςυλλζκτη: PTC (πρϊτθ φάςθ), CPC (δεφτερθ φάςθ) Επιφάνεια ςυλλζκτη: 2672m 2 PTC (πρϊτθ φάςθ), 500 m 2 CPC (δεφτερθ φάςθ) Χρήςη διάταξησ αποθήκευςησ: δεξαμενι αποκικευςθσ κερμοφ ελαίου χωρθτικότθτασ 155m 3 Θερμική αδράνεια: παρατθροφμενοσ χρόνοσ για πλιρεσ φορτίο: 35min Ειδική ηλεκτρική κατανάλωςη: 3.3 to 5 kwh/m³ Performance ratio: Ζτοσ εγκατάςταςησ: 1987, 2002 (δεφτερθ φάςθ) Τφποσ εγκατάςταςησ: ζρευνα& ανάπτυξθ (R&D) Ειδικά χαρακτηριςτικά: (α) εγκατάςταςθ κερμικοφ ςυμπιεςτι, (β) εγκατάςταςθ αντλίασ κερμότθτασ. Με τθν εφαρμογι αυτϊν των παρεμβάςεων κατά τθ δεφτερθ φάςθ, παρατθρικθκε: (α) μείωςθ κατά 44% των κερμικϊν αναγκϊν τθσ εγκατάςταςθσ, δθλαδι από 63 ςτα 36 kwh/m³ και (β) μείωςθ τθσ θλεκτρικισ κατανάλωςθσ κατά 12%, δθλαδι από 3.3 ςτα 2.9 kwe/m³. Τζλοσ, ςτο ςφςτθμα αυτό εγκαταςτάκθκε ξθραντιρασ /m 3 (τυπικό εφροσ)

31 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Κόςτοσ Παραδείγματα εφαρμογήσ για τθν επεξεργαςίασ του ρεφματοσ τθσ παραγόμενθσ άλμθσ από τθ μονάδα αφαλάτωςθσ. PV-RO Τοποθεςία: Amellou, Μαρόκο Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο νερό Δυναμικότητα: 24 m 3 / θμζρα Ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν: 4 KWpeak Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2008 Τφποσ εγκατάςταςησ: R&D 5.45 /m 3 Τοποθεςία: Tazekra, Μαρόκο Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο νερό (πθγάδι) Δυναμικότητα: 24 m 3 / θμζρα Ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν: 4 KWpeak Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2008 Τφποσ εγκατάςταςησ: R&D 3.99 /m 3 27 Σ ε λ ί δ α

32 Τεχνική Τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριςτικά Κόςτοσ Παραδείγματα εφαρμογήσ Τοποθεςία: Tangarfa, Μαρόκο Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο νερό (πθγάδι) Δυναμικότητα: 12 m 3 / θμζρα Ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν: 2.5 KWpeak Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2008 Τφποσ εγκατάςταςησ: R&D 7.01 /m 3 Τοποθεςία: Azla, Μαρόκο Νερό τροφοδοςίασ: Υφάλμυρο νερό (πθγάδι) Δυναμικότητα: 24 m 3 / θμζρα Ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν: 4 KWpeak Ζτοσ εγκατάςταςησ: 2008 Τφποσ εγκατάςταςησ: R&D 4.71 /m 3 28 Σ ε λ ί δ α

33 Τμήμα ενζργειασ Τμήμα νεροφ Παραδοτζο 1.2: Συςτήματα αφαλάτωςησ νεροφ με χρήςη ΑΠΕ Azla Tazekra Amellou Tangafra Περιεκτικότθτα άλατοσ νεροφ τροφοδοςίασ [g/l] Δυναμικότθτα [m 3 /h] Συντελεςτισ ανάκτθςθσ [%] Αγωγιμότθτα παραγόμενου νεροφ [ppm] Πίεςθ λειτουργίασ [bar] Θλεκτρικι κατανάλωςθ [kwh/m 3 ] Χωρθτικότθτα δεξαμενισ πόςιμου νεροφ [m 3 ] Επιφάνεια θλιακισ λίμνθσ (επεξεργαςία παραγόμενθσ άλμθσ) [m 2 ] Εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ φωτοβολταϊκϊν [kwp] Αρικμόσ πανελ [-] Επιφάνεια φωτοβολταϊκϊν [m 2 ] Συνεχισ τάςθ DC [V] Δυναμικότθτα θλεκτρικϊν ςυςςωρευτϊν [Ah] (Περίοδοσ εκφόρτιςθσ: 10 h) Απαιτοφμενθ εναλλαςςόμενθ ιςχφσ [kw] Συνολικι επιφάνεια που καλφπτεται από το ςφςτθμα [m 2 ] Σ ε λ ί δ α

34 5 Συμπεράςματα Θ ςυμβατικι αφαλάτωςθ ςιμερα, προςεγγίηεται πολλζσ φορζσ ωσ μία δαπανθρι, ενεργοβόρα τεχνικι, οι εφαρμογζσ τθσ οποίασ κεωρείται πωσ περιορίηεται ςε πλοφςιεσ χϊρεσ, όπωσ αυτζσ του Περςικοφ κόλπου, ειδικά αν λθφκεί υπόψθ το ςυνεχϊσ αυξανόμενο κόςτοσ των ορυκτϊν καυςίμων. Επίςθσ, οι περιβαλλοντικζσ επιπτϊςεισ τθσ αφαλάτωςθσ, αναφορικά με: (α) τισ εκπομπζσ CO 2 που προκφπτουν λόγω τθσ κάλυψθσ των ενεργειακϊν αναγκϊν για τθ λειτουργία των μονάδων και (β) με τθ διάκεςθ τθσ άλμθσ και των χθμικϊν που χρθςιμοποιοφνται ςτθ κάλαςςα, κεωροφνται ολοζνα και περιςςότερο ωσ κρίςιμεσ. (AQUA-CSP, 2007) Παρά τθν αρνθτικι γνϊμθ που ζχει ςχθματιςτεί, ο ρόλοσ τθσ αφαλάτωςθσ ςτθν προμικεια πόςιμου νεροφ ζχει αναγνωριςτεί ευρζωσ, ιδίωσ ςτισ άγονεσ, και άνυδρεσ περιοχζσ. Για παράδειγμα, ςτθν Ιορδανία όπου αντιμετωπίηεται όχι μόνο το πρόβλθμα τθσ λειψυδρίασ αλλά επίςθσ τθσ διακεςιμότθτασ θλεκτρικοφ δικτφου, θ αφαλάτωςθ με ΑΠΕ ζχει χαρακτθριςτεί από πολλοφσ ερευνθτζσ ωσ θ πιο κατάλλθλθ και βιϊςιμθ επιλογι. (Mousa S. Mohsen et al., 2001). Θ αφαλάτωςθ με ΑΠΕ αρχίηει και κερδίηει ζδαφοσ και κεωρείται πλζον ωσ δοκιμαςμζνθ και τεχνικά ϊριμθ τεχνολογία (Eftihia Tzen, 2003), ενϊ ςφντομα αναμζνεται πωσ κα γίνει μία ανταγωνιςτικι επιλογι για πολλζσ περιοχζσ ανά τον κόςμο (Fethi BenJemaa, 1998). Οι διάφοροι ςυνδυαςμοί RES-D ζχουν παρουςιαςτεί ςτο Κεφάλαιο 3, με ςθμαντικότερουσ τουσ ακόλουκουσ: PV-RO (πλικοσ εφαρμογϊν: 32%), Wind-RO (πλικοσ εφαρμογϊν: 12%), Solar thermal Thermal desalination techniques (πλικοσ εφαρμογϊν: 35%). Θ πιο ςυχνά χρθςιμοποιοφμενθ ανανεϊςιμθ πθγι για τθν οδιγθςθ μονάδων αφαλάτωςθσ είναι θ θλιακι ενζργεια. Ωςτόςο, θ γενικι αντίλθψθ και χριςθ τθσ «θλιακισ αφαλάτωςθσ» ςιμερα περιορίηεται μόνο ςε εφαρμογζσ πιλοτικισ κλίμακασ, κυρίωσ για αποκεντρωμζνθ προμικεια πόςιμου νεροφ ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ (S. Bouguecha et al., 2005). Θ αφαλάτωςθ με χριςθ θλιακισ ενζργειασ αποτελεί μία εφικτι και πολλά υποςχόμενθ επιλογι. Οι περιςςότεροι ςυνδυαςμοί θλιακισ αφαλάτωςθσ [PV-RO, Solar MEH και Solar 30 Σ ε λ ί δ α

35 MED (περιλαμβάνοντασ τεχνολογία CSP)] ζχουν δοκιμαςτεί επαρκϊσ, προςφζροντασ ζτςι τθ δυνατότθτα εφαρμογισ ςε ςυςτιματα μεγάλθσ κλίμακασ 1 με αςφάλεια και επιτυχία. Ζτςι, ο ρόλοσ που μπορεί να διαδραματίςει θ θλιακι αφαλάτωςθ ςτθν αντιμετϊπιςθ τθσ επικείμενθσ πρόκλθςθσ νεροφ είναι ςθμαντικόσ και αναμζνεται πωσ κα αποτελζςει κρίςιμο παράγοντα ςτο πορτοφόλιο των επιλογϊν προμικειασ πόςιμου νεροφ ςτο προςεχζσ μζλλον. 1 Το εμπόδιο διείςδυςθσ των εφαρμογϊν αυτϊν ςτθν αγορά δεν είναι θ τεχνολογικι ανάπτυξθ και θ αξιοπιςτία των ςυςτθμάτων αυτϊν, αλλά θ ζλλειψθ υιοκζτθςθσ μίασ ςυντονιςμζνθσ, ολοκλθρωμζνθσ πολιτικισ ενκάρρυνςθσ των ςυςτθμάτων, παρζχοντασ τα κατάλλθλα κίνθτρα για ανάπτυξθ ςε μεγάλθ κλίμακα. (PRODES, 2010) 31 Σ ε λ ί δ α

36 Βιβλιογραφικζσ αναφορζσ [1] AQUA-CSP project (November 2007): Trieb, F., Schillings, C., Viebahn, P., Paul, C., Altowaie, H., Sufian, T., Alnaser, W., Kabariti, M., Shahin, W., Bennouna, A., Nokraschy, H., Kern, J., Knies, G., El Bassam, N., Hasairi, I., Haddouche, A., Glade, H., Aliewi, A., Concentrating Solar Power for Seawater Desalination, project sponsored by the German Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety (BMU), German Aerospace Center (DLR), Institute of Technical Thermodynamics, Section Systems Analysis and Technology Assessment. [2] D. G. Harrison, G. E. Ho, K. Mathew (May-August 1996), Desalination using renewable energy in Australia, Renewable Energy, Volume 8, Issues 1-4, Special Issue World Renewable Energy Congress Renewable Energy, Energy Efficiency and the Environment, Pages , ISSN [3] Fethi BenJemaa, Imed Houcine, Mohamed Hachemi Chahbani (18 September 1998), Desalination in Tunisia: Past experience and future prospects, Desalination, Volume 116, Issues 2-3, Pages , ISSN [4] GreenPro project: Planning and installing photovoltaic systems. A guide for installers, architects and engineers. Second Edition, co-funded by the European Commission, The German Energy Society, Inc., 2008, ISBN [5] K. Wangcick (July 2002) 2002 IDA Worldwide desalting plants inventory, Report No.17 [6] Michael Papapetrou, Marcel Wieghaus, Charlotte Biercamp (March 2010), Roadmap for the development of desalination powered by renewable sources, PRODES project cofinanced by the Intelligent Energy European funding tool for Europe programme (contract number IEE /07/781/SI ) [7] Mousa S. Mohsen, Jamal O. Jaber (20 September 2001), A photovoltaic-powered system for water desalination, Desalination, Volume 138, Issues 1-3,, Pages , ISSN [8] Paolo Frankl, Stefan Nowak, Technology Roadmap: Solar photovoltaic Energy, 2010, IEA publications [9] Rashid A. Khaydarov, Renat R. Khaydarov (November 2007), Solar powered direct osmosis desalination, Desalination, Volume 217, Issues 1-3, Pages , ISSN [10] Soteris A. Kalogirou (2005), Seawater desalination using renewable energy sources, Progress in Energy and Combustion Science, Volume 31, Issue 3, Pages , ISSN [11] S. Bouguecha, B. Hamrouni, M. Dhahbi (1 November 2005), Small scale desalination pilots powered by renewable energy sources: case studies, Desalination, Volume 183, Issues 1-3, Desalination and the Environment, Pages , ISSN Σ ε λ ί δ α

37 [12] Veera Gnaneswar Gude, Nagamany Nirmalakhandan, Shuguang Deng (December 2010), Renewable and sustainable approaches for desalination, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 14, Issue 9,, Pages , ISSN [13] Water Resources Group (2009), Charting our water future, Report from the 2030 Water Resource Group (www. mckinsey.com/clientservice/water/charting_our_water_ future.aspx) [14] World Health Organisation (WHO) (2007), Desalination for Safe Water Supply: Guidance for the Health and Environmental Aspects Applicable to Desalination 33 Σ ε λ ί δ α

38 Sol Brine LIFE+-Environment project: LIFE 09 ENV/GR/000299