Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 Α.Τ.Ε.Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΟΙΚΟΝΟΜΟΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΜΕ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΧΟΙΡΟΣΤΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ ΑΡΑΒΟΣΙΤΟΥ Επιβλέπων καθηγητής: Ψωμόπουλος Κωνσταντίνος Σπουδαστής: Παγούνας Ανέστης Α.Μ.: Αθήνα Ιούλιος

2 i

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περιεχόμενα... ii Λίστα σχημάτων... iv Λίστα πινάκων... vi Summary... vii Πρόλογος o Κεφάλαιο Παραγωγη βιοαεριου Ορισμός του βιοαερίου Βιοχημική διαδικασία παραγωγής Στάδιο 1ο-Υδρόλυση Στάδιο 2 ο -οξεογένεση Στάδιο 3 ο -οξικογένεση Στάδιο 4 ο -μεθανογενή Βιομηχανική διαδικασία παραγωγής Παράμετροι που επηρεάζουν την παραγωγή βιοαερίου Μερική πίεση υδρογόνου Η συγκέντρωση των μικροοργανισμών Τύπος του υποστρώματος Καθορισμός της επιφάνειας της ύλης Φως ph Θερμοκρασία Δυναμικό οξειδοαναγωγής Αναλογία άνθρακα/αζώτου/φωσφόρου Αφαίρεση του βιοαερίου από το υπόστρωμα Αφρός Δημιουργία κρούστας στην επιφάνεια Πρώτες ύλες και απόδοση αυτών Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα από την παραγωγή και χρήση βιοαερίου Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα o Κεφάλαιο ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΕΡΙΟΥ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΉ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Χρήση βιοαερίου στις χώρες εκτός Ε.Ε Χρήση βιοαερίου στην Ε.Ε Χρήση βιοαερίου στην Ελλάδα Μέθοδος ενεργειακής αξιοποίησης Βραστήρες Πυρσός καύσης αερίου Μηχανές Εσωτερικής Καύσης Αεριοστρόβιλος Μικρό-στρόβιλοι Κυψέλες Καυσίμου Αλκαλική κυψέλη καυσίμου Κυψέλες φωσφορικού οξέος Κυψέλες καυσίμου πολυμερισμένης μεμβράνης Κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου και κυψέλη καυσίμου λιωμένου εστέρα o Κεφάλαιο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΒΙΟΑΕΡΊΟΥ Γενικά για την λειτουργία Τροφοδοσία λυμάτων από το χοιροστάσιο ii

4 3.3 Επεξεργασία και τροφοδοσία υπολειμμάτων αραβόσιτοκαλλιέργειας Τροφοδότης Αναμικτήρας ος Βιοαντιδραστήρας Διαστασιολόγηση βιοαντιδραστήρα Κατασκευή δεξαμενής Κατασκευή οροφής Θέρμανση υποστρώματος στον βιοαντιδραστήρα και θερμομόνωση Ανάδευση υποστρώματος Έξοδος υπολειμμάτων Εκκίνηση και λειτουργία βιοαντιδραστήρα ος Βιοαντιδραστήρας Δεξαμενή Αποθήκευσης Υπολειμμάτων Κατασκευή, λειτουργία και υπολογισμός διαστάσεων Αποθήκευση Βιοαερίου Προσδιορισμός χωρητικότητας αποθηκών βιοαερίου Λειτουργία αποθηκών βιοαερίου Μονάδα Ελέγχου Παράμετροι ασφάλειας Πρόληψη πυρκαγιάς και έκρηξης Κίνδυνοι δηλητηρίασης και ασφυξίας Άλλοι κίνδυνοι Σχετική νομοθεσία Κεφάλαιο Ι Κεφάλαιο ΙΙ Κεφάλαιο ΙΙΙ o Κεφάλαιο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΑΞΙΟΠΟΊΗΣΗΣ ΒΙΟΑΕΡΊΟΥ Λειτουργία μονάδας συμπαραγωγής θερμότητας-ηλεκτρισμού Ανάμιξη αέρα- βιοαερίου Έλεγχος ροής βιοαερίου και καυσίμου ντίζελ Εκμετάλλευση της θερμότητας Επιλογή κατάλληλου συστήματος συμπαραγωγής Προετοιμασία του βιοαερίου για χρήση στο σύστημα συμπαραγωγής Αφαίρεση υγρασίας από το βιοαέριο Μείωση του υδρόθειου Σύνδεση με το δίκτυο Όργανα μέτρησης ρεύματος Έλεγχος συγχρονισμού Βλάβη δικτύου Προστασία βραχυκυκλώματος Αντιστάθμισμα άεργης ισχύος Δίκτυο τηλεθέρμανσης o Κεφάλαιο οικονομικά στοιχεία κατασκευής και λειτουργίας Κόστος κατασκευής Κόστος λειτουργίας Έσοδα μονάδας Απόσβεση o Κεφάλαιο ΣΥΜΠΕΡΆΣΜΑΤΑ Βιβλιογραφία iii

5 ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1. Στάδια παραγωγής βιοαερίου κατά την αναερόβια χώνευση... 4 Σχήμα 1.2. Τυπική Μονάδα Βιοαερίου... 5 Σχήμα 1.3. Διάγραμμα απόδοσης βιοαερίου προερχόμενο από αλεσμένο και μη, σανό Σχήμα 1.4. Διάγραμμα χρόνου αποικοδόμησης διάφορων μικροοργανισμών σε σχέση με την θερμοκρασία... 7 Σχήμα 1.5. Αναδευτήρας διαλύει την επιφανειακή κρούστα σε δεξαμενή λυμάτων... 8 Σχήμα 2.1. Οικιακός αναερόβιος χωνευτήρας Σχήμα 2.2. Απλοποιημένο σχεδιάγραμμα αεριοστρόβιλου Σχήμα 2.3. Κυψέλη καυσίμου Σχήμα 3.1. Σχεδιάγραμμα πανοραμικής άποψης της μονάδας Σχήμα 3.2. Προοπτικό με τομή όπου φαίνεται το φρεάτιο συλλογής σε χοιροστάσιο Σχήμα 3.3. Τυπική μορφή χοιροστασίου όπου φαίνεται το φρεάτιο συλλογής Σχήμα 3.4. Δεξαμενή λυμάτων και σωλήνας τροφοδοσίας Σχήμα 3.5. Τυπική αποθήκη ενσιρώματος αραβοσίτου Σχήμα 3.6. Τυπική αποθήκη ενσιρώματος αραβοσίτου Σχήμα 3.7. Σχεδιάγραμμα τροφοδότη Σχήμα 3.8. Φόρτωση τροφοδότη από φορτηγό Σχήμα 3.9. Αναμικτήρας με αντλία από την Vogelsang Σχήμα Αναμηκτήρας από την Vogelsang Σχήμα Διάγραμμα παραγωγής βιοαερίου σε σχέση με το χρόνο Σχήμα Τσιμεντένια δεξαμενή αναερόβιου χωνευτήρα Σχήμα Δείγμα ξύλινης οροφής βιοαντιδραστήρα Σχήμα Πανοραμική άποψη ενός βιοαντιδραστήρα με οροφή αποθήκευσης βιοαερίου. 35 Σχήμα Σωλήνες θέρμανσης υποστρώματος στο τοιχίο του βιοαντιδραστήρα Σχήμα Θερμομονωτικές πλάκες Σχήμα Λαμαρίνες κάλυψηςς εξωτερικής πλευράς βιοαντιδραστηρα Σχήμα Τυπική εγκατάσταση υποβρύχιου αναδευτήρα Σχήμα Διάταξη υποβρύχιων αναδευτήρων μέσα στις δεξαμενές Σχήμα Ροή των λυμάτων κατά την είσοδο τους και την έξοδο τους από τον βιοαντιδραστήρα Σχήμα Αποθήκη βιοαερίου διπλής μεμβράνης Σχήμα Εικόνα από οθόνη ηλεκτρονικού υπολογιστή με πρόγραμμα για τον έλεγχο της λειτουργίας μιας μονάδας βιοαερίου [27] Σχήμα Όριο έκρηξης στους 25 C Σχήμα Περιοχές με αυξημένο κίνδυνο έκρηξης σε μια μονάδα βιοαερίου Σχήμα 4.1. Χειροποίητη μονάδα συμπαραγωγής Σχήμα 4.2. Βιομηχανική μονάδα συμπαραγωγής Σχήμα 4.4. Συσκευή ανάμιξης αέρα-βιοαερίου Σχήμα 4.5. Αυτόματη συσκευή ελέγχου για αντλία ροής ντίζελ καυσίμου από την BOSCH. 61 Σχήμα 4.6. Διαγράμματα απόδοσης ενός μονοκύλινδρου κινητήρα με ταχύτητα περιστροφής n=1500/λεπτο Σχήμα 4.7. Σχηματική κατανομή ενέργειας κινητήρα Σχήμα 4.8. Εναλλακτήρας θερμότητας Σχήμα 4.9. Μηχανή συμπαραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας iv