Εναλλακτικών & Ανανεώσιμων Καυσίμων FUELS

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εναλλακτικών & Ανανεώσιμων Καυσίμων FUELS"

Αλέξιο Ελευθερίου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΖΩΙΚΩΝ ΥΠΟΠΡΟΙOΝΤΩΝ - ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΗΝΟΤΡΟΦΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ Λέκτορας, Γεώργιος Ε. Μαρνέλλος Ερευνητική Ομάδα Εναλλακτικών & Ανανεώσιμων Καυσίμων FUELS Sustainable Technologies on Alternative & Renewable FUELS

ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΗΝΟΤΡΟΦΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ Λέκτορας, Γεώργιος Ε.

2 Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιομάζας λιγνοκυταρινική βιομάζα ξύλο, άχυρο, απορρίμματα, χαμηλή υγρασία (<15 %) απόβλητα αγροτικά, ζωικά, αστικά, λίπη, υδατάνθρακες, υψηλή υγρασία (>80 %) Βιομάζα σακχαρώδεις καλλιέργειες καύση θερμοχημική μετατροπή αεριοποίηση πυρόλυση αστικά απορρίμματα Η 2, CO, C x H y θερμικές μηχανές βιοχημική μετατροπή (ζύμωση) αναερόβια CO 2, CH 4 αερόβια αλκοολική ελαιούχες καλλιέργειες θερμότητα ηλεκτρική ισχύς χημικά υγρά καύσιμα ελαιοτρίβιση

θερμοχημική μετατροπή αεριοποίηση πυρόλυση αστικά απορρίμματα Η 2, CO, C x H y θερμικές μηχανές βιοχημική μετατροπή

3 ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΖΥΜΩΣΗ ΖΩΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ Μονάδα Αναερόβιας Ζύμωσης και Συμπαραγωγής Ηλεκτρικής & Θερμικής Ισχύος στη Γερμανία

4 Αναερόβια ζύμωση (λίπη, πρωτεϊνες, υδατάνθρακες, αγροτικά υπολείμματα, ενεργός ιλύ, οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων, ζωικά απόβλητα) μετατροπή των βιο-αποικοδομίσιμων συστατικών φυτικής/ζωικής βιομάζας ή αποβλήτων σε βιοαέριο (μίγμα μεθανίου διοξειδίου του άνθρακα 70 / 30) Πλεονεκτήματα (Γενικά) Αναβάθμιση γεωργικών και κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων Απόκτηση νέων εναλλακτικών αγροτικών εισοδημάτων Ενεργειακή αυτονομία κτηνοτροφικών μονάδων Περιβαλλοντική αναβάθμιση των περιοχών (ρύπανση, οσμές) Αερόβια ζύμωση (έκλυση GHG ρύπων, εστία εντόμων) Οικονομική ανάπτυξη ημιουργία νέων θέσεων απασχόλησης Για την περιοχή της υτικής Μακεδονίας ιασφάλιση της συνέχειας της περιοχής ως ενεργειακού κέντρου Ενίσχυση τηλε-θέρμανσης και θερμοκηπιακών εκμεταλλεύσεων Προβολή της περιοχής λόγω μοναδικότητας Προοπτικές δημιουργίας spin-off εταιρείας Εισαγωγή

εισοδημάτων Ενεργειακή αυτονομία κτηνοτροφικών μονάδων Περιβαλλοντική αναβάθμιση των περιοχών (ρύπανση, οσμές) Αερόβια ζύμωση (έκλυση GHG ρύπων, εστία εντόμων) Οικονομική ανάπτυξη ημιουργία νέων

5 Αναερόβια ζύμωση ολική απόδοση βιοαέριο % ηλεκτρική Εισαγωγή Εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία με ραγδαία εξάπλωση στην Ευρώπη. Σήμερα, περισσότερες από 40 χιλ. εγκαταστάσεις ΑΖ επεξεργάζονται την ενεργό ιλύ βιολογικών καθαρισμών. μονάδες ΑΖ ζωικών αποβλήτων στη Γερμανία Μονάδες Αναερόβιας Ζύμωσης Έτος

εγκαταστάσεις ΑΖ επεξεργάζονται την ενεργό ιλύ βιολογικών καθαρισμών.

6 Αναερόβια ζύμωση Εισαγωγή εγκατεστημένη ηλεκτρικής ισχύς μονάδων ΑΖ ζωικών αποβλήτων εγκατεστημένη ισχύς ανά μονάδα ΑΖ ζωικών αποβλήτων

7 Αναερόβια ζύμωση Εισαγωγή Βοοειδή Χοίροι Αιγοπρόβατα Πουλερικά Παραγωγή βιοαερίου υνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης του στην Ελλάδα Σύνολο Ημέρα Έτος Μονάδες Αριθμός Κεφαλών: νά Μονάδα νά / Νομό ύνολο ιοαέριο (m 3 /ημέρα) : νά κεφαλή 1,00 0,43 0,24 0,01 νά μονάδα 23,00 11,70 12,72 1,68 νά νομό ύνολο , , Θερμογόνος Δύναμη (kw) : 0,25 kw / m 3 βιοαερίου νά μονάδα ,4 νά νομό ύνολο , νεργειακό Περιεχόμενο : 6,1 kwh / m 3 βιοαερίου 2 kwh/ημέρα) ανά μονάδα νά νομό ύνολο , ,

397 ιοαέριο (m 3 /ημέρα) : νά κεφαλή 1,00 0,43 0,24 0,01 νά μονάδα 23,00 11,70 12,72 1,68 νά νομό 12.547 8.082 64.984 10.588 ύνολο 652.427 420.247 3.379.168 550.

8 Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Απαιτούμενη Έκταση: : στρέμματα εξαμενή (υπόγεια, αεροστεγή) υποδοχής φυτικών Α υλών: : 5000 m 3 εξαμενή (υπόγεια, αεροστεγή) υποδοχή ζωικών απορριμμάτων: : 5000 m 3 εξαμενή (ημι-υπόγεια, αεροστεγή) εξισορρόπησης υλών: : 5000 m 3 της παροχής φυτικών Α

φυτικών Α υλών: : 5000 m 3 εξαμενή (υπόγεια, αεροστεγή) υποδοχή ζωικών απορριμμάτων: :

9 Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Σύστημα δεξαμενών εξυγίανσης των φυτικών Α υλών: : m 3 70 o C η απαιτούμενη θερμότητα παράγεται στα επόμενα στάδια της διεργασίας εξαμενή ανάμιξης φυτικών & ζωικών Α υλών: : m o C Συνεχής ανάδευση

3 70 o C η απαιτούμενη θερμότητα παράγεται στα επόμενα στάδια της διεργασίας

10 Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Προθέρμανση τροφοδοσίας στον αντιδραστήρα ΑΖ θερμότητα χαμηλής ποιότητας από το στάδιο παραγωγής ενέργειας Αντιδραστήρες Αναερόβιας Ζύμωσης: : 2 X 8000 m 3 Παραγωγή Βιοαερίου (μεθάνιο < 70%) προς τη μονάδα παραγωγής ισχύος Παραγωγή στερεού υπολείμματος προς δεξαμενές ξήρανσης Θερμοκρασία: : ο C Χρόνος Παραμονής: : 30 ημέρες

Αντιδραστήρες Αναερόβιας Ζύμωσης: : 2 X 8000 m 3 Παραγωγή Βιοαερίου (μεθάνιο < 70%) προς τη μονάδα

11 Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Μονάδα συμπαραγωγής (συστοιχία κινητήρων εσωτερικής καύσης βιοαερίου) Παραγωγή υψηλής και χαμηλής ποιότητας θερμότητα εξαμενές διαδοχικής ξήρανσης στερεού υπολείμματος Ρευστή μορφή για καταιονισμό σε αγροτικές εκτάσεις Ξηρή μορφή για διάθεση στο εμπόριο

Παραγωγή υψηλής και χαμηλής ποιότητας θερμότητα εξαμενές διαδοχικής ξήρανσης στερεού

12 Αναερόβια ζύμωση Τεχνολογία (λίπη, πρωτεϊνες, υδατάνθρακες, αγροτικά υπολείμματα, ενεργός ιλύ, οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων, ζωικά απόβλητα) Αντιδραστήρες ΑΖ 2 Χ m 3, μονάδας ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 2,6 ΜW, στη Γερμανία Μονάδα ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 8,4 ΜW, στη Γερμανία Κινητήρας ΣΗΘ βιοαερίου 600 kw ηλεκτρικής ισχύος Συστοιχία κινητήρων ΣΗΘ βιοαερίου Γενική άποψη μονάδας ΑΖ/ΣΗΘ ΣΗΘ, στη ανία

000 m 3, μονάδας ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 2,6 ΜW, στη Γερμανία Μονάδα ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 8,4 ΜW, στη Γερμανία

13 Οικονομικά ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΠΟ ΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΠΕΝ ΥΣΗΣ Εμπορική διάθεση της παραγόμενης θερμότητας και του λιπάσματος ίκτυο τηλε-θέρμανσης Κατασκευή συγκροτήματος θερμοκηπίων Ενδεικτικά μία μονάδα ηλεκτρικής ισχύος 1 ΜW μπορεί να έχει έσοδα της τάξης των , ετησίως: Ηλεκτρική ισχύς : 1 ΜW ώρες/έτος 0,06 /kwh (10000 κάτοικοι) Θερμική ισχύς : 1,5 ΜW ώρες/έτος 0,03 /kwh (5 στρ. θερμοκηπίου) Λίπασμα : tn/έτος 100 /tn >

έσοδα της τάξης των 1.200.000, ετησίως: Ηλεκτρική ισχύς : 1 ΜW 7.500 ώρες/έτος 0,06 /kwh 450.

14 Δυνατότητες Εφαρμογής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗΣ ιαθεσιμότητα και ιδιοκτησιακό καθεστώς υναμικότητα μονάδας Επιλογή χωροθέτησης (υποδομές, ενεργειακές καλλιέργειες, οικοσύστημα, κ.α.).) Μελέτη περιβαλλοντικών και κοινωνικό-οικονομικών οικονομικών επιπτώσεων ιαδικασίες αδειοδότησης ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Καταγραφή καλλιεργειών, παραγωγών και χέρσων εκτάσεων Συμβολαιογραφικές καλλιέργειες Νομικό καθεστώς χέρσων εκτάσεων Εδαφολογικές & κλιματολογικές συνθήκες Πειραματικές καλλιέργειες Εκτίμηση αποδόσεων Παροχή τεχνογνωσίας και γεωπονικής υποστήριξης

) Μελέτη περιβαλλοντικών και κοινωνικό-οικονομικών οικονομικών επιπτώσεων ιαδικασίες αδειοδότησης ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ

15 Δυνατότητες Εφαρμογής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ιερεύνηση τοπικού ή/και εθνικού ενδιαφέροντος υνατότητα χωροθέτησης θερμοκηπίου Νομικό καθεστώς κατασκευής, ιδιοκτησίας και εκμετάλλευσης Προσδιορισμός θερμικών απαιτήσεων Μελέτη και υλοποίηση κατασκευής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΠΑΣΜΑΤΟΣ ιάθεσή του σε τοπικούς παραγωγούς Επί τόπου συσκευασία και προώθηση ιάθεσή του σε παρακείμενη θερμοκηπιακή μονάδα

Προσδιορισμός θερμικών απαιτήσεων Μελέτη και υλοποίηση κατασκευής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΟΥ

16 Πάγια Επένδυση ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ Είδος υλικών για κάθε κατασκευή ιατάξεις τροφοδοσίας, σωληνώσεων (μήκος και γεωμετρία) και συνδέσεων ιαχείριση θερμότητας σε κάθε τμήμα Εναλλάκτες θερμότητας (τύπος, κατασκευή) Αριθμός, τύπος και ισχύς των κινητήρων συμπαραγωγής Αισθητήρες, όργανα ελέγχου και ρύθμισης, συστήματα ασφαλείας Κόστος παράπλευρων υποδομών Αισθητική προσαρμογή στο περιβάλλον της μονάδας ΓΕΝΙΚΑ ΠΑΓΙΑ ΕΞΟ Α Χωματουργικές και οικοδομικές εργασίες Κόστος αδειοδότησης Κόστος παροχής τεχνικών, οικονομικών, νομικών συμβούλων Κόστος διαπραγματεύσεων Κόστος χρηματοδότησης Κόστος εκπόνησης μελετών Ηλεκτρική Ισχύς Όγκος Χωνευτή Κόστος 10 kw 150 m MW m εκατ.

παράπλευρων υποδομών Αισθητική προσαρμογή στο περιβάλλον της μονάδας ΓΕΝΙΚΑ ΠΑΓΙΑ ΕΞΟ Α Χωματουργικές και οικοδομικές εργασίες Κόστος αδειοδότησης Κόστος παροχής τεχνικών,

17 Πάγια Επένδυση Η πάγια επένδυση ανέρχεται σε 2590 /kw και κυμαίνεται από 2-8 k /kw Για τα βοοειδή 2-7k /kw και για τους χοίρους k /Kw Ηλεκτρική Ισχύς, kw πάγια / kw μέση τιμή : / kw Κόστος Εγκατάστασης, k Οι kwh/ζώο ζώο/έτος είναι ανεξάρτητες από το μέγεθος της μονάδας ( ) Η πάγια επένδυση κυμαίνεται από για χοίρους και /MWh/έτος για τα βοοειδή Πάγιο Κόστος / ΜWh/;έτος, Χοίροι Κόστος Εγ κατάστασης, k ΜkWh / ζώο / έτος Χοίροι Κόστος Εγκατάστασης, k Ηλεκτρική Παραγωγή, ΜWh / έτος Χοίροι Κόστος Εγκατάστασης, k

000 Κόστος Εγκατάστασης, k Οι kwh/ζώο ζώο/έτος είναι ανεξάρτητες από το μέγεθος της μονάδας (400 2050) Η πάγια επένδυση κυμαίνεται από 735-1000 για χοίρους και 270-670 /MWh/έτος για τα βοοειδή

18 Πάγια Επένδυση Τα έσοδα από ηλεκτρική ενέργεια θα κυμαίνονται από /k επένδυσης Η απόσβεση κεφαλαίου θα κυμαίνεται από 4-14 έτη (μέση τιμή 5 έτη) Ετήσια Έσοδα, k Ετήσια Έσοδα / 1000 Πάγιου Κόστος Εγκατάστασης, k Απόσβεση, έτη 16,0 14,0 Χοίροι 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Κόστος Εγκατάστασης, k Η επένδυση κυμαίνεται από /ζώο (μέση τιμή 405 ). Τα ετήσια έσοδα ανά ζώο μόνο από την ηλεκτρική ενέργεια /έτος για τους χοίρους και /έτος για τα βοοειδή. Κόστος Εγκατάστασης, k / Ζώο Χοίροι Ζώα Ετήσια Έσοδα, k / Ζώο / Έτος Χοίροι Ζώα

Τα ετήσια έσοδα ανά ζώο μόνο από την ηλεκτρική ενέργεια 4.5-5.5 5.5 /έτος για τους χοίρους και 43-138 /έτος για τα βοοειδή. Κόστος Εγκατάστασης, k 1.600 1.400 1.200 1.

19 Πάγια Επένδυση Ενεργειακή και οικονομική απόδοση υφιστάμενων μονάδων στις Η.Π.Α. Βοοειδή Χοίροι min med max min med max Κατά Κεφαλή Επένδυση / ζώο Κατά κεφαλή ενέργεια kwh / έτος / ζώο Επένδυση/ετήσια παραγωγή ενέργειας /ΜWh/ έτος Κατά κεφαλή ετήσια έσοδα / ζώο /έτος ,7 5 Ετήσια έσοδα ανά πάγια επένδυση /

20 ενεργειακή και οικονομική απόδοση μονάδων Αναερόβιας Χώνευσης Χοίροι Βοοειδή (γαλακτοπαραγωγής) Βοοειδή (κρεατοπαραγωγής) Υπολογισμοί Πουλερικά βάρος ζώου (kg) ,0 Στερεά/υγρά απόβλητα (m 3 /ημ) 0,0058 0,050 0,025 0,00013 πτητικά στερεά (kg/ημ) 0,56 6,56 3,28 0,0204 Καταστροφή στερών (%) Παραγωγή Βιοαερίου (m 3 /ζώο/ημ) 0,154 2,471 1,388 0,0100 Ενεργειακό Περιεχόμενο (kwh / m 3 ) 5,965 6,257 6,543 μικτό (kwh/ζώο/ημ) 0,918 15,46 8,685 0,065 καθαρό (kwh/ζώο/ημ) 0,689 11,60 6,514 0,049 Ηλεκτρικό Ισοδύναμο kwh/ζώο ζώο/έτος 74, ,5 5,292 Έσοδα ηλεκ. Ισχύος ( /ζώο/έτος) 4,5 75,2 42,2 0,3

65 Παραγωγή Βιοαερίου (m 3 /ζώο/ημ) 0,154 2,471 1,388 0,0100 Ενεργειακό Περιεχόμενο (kwh / m 3 ) 5,965 6,257 6,543 μικτό (kwh/ζώο/ημ) 0,918 15,46 8,685

21 Λειτουργικό Κόστος ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ Εργατικά Μεταφορά των Α υλών Συντήρηση Θερμική και ηλεκτρική κατανάλωση διεργασίας Για μονάδα 1 MW ηλεκτρικής ισχύος εκτιμούνται ότι οι λειτουργικές δαπάνες ανέρχονται σε ετησίως Πρώτη Ύλη Πάγια Επεν. Ηλεκ. Παρ. ΜWh/έτος Πάγια Επεν. / MWh/έτος Λειτουργ. Έξοδα Λειτ. Έξοδα, /kwh Χοίροι , ,04 ενσύρωμα , ,07 ενσύρωμα , ,02 κοπριά/βιομηχανικά , ,07 πουλερικά/βιομ , ,02 Βιομ. τροφίμων , ,04

22 Σενάρια Αποδοτικότητας Επένδυσης Αρ. ζώων MWh /έτος Πάγια Επένδυση, Ετήσια Έσοδα, Ετήσια Έξοδα, Ετήσια Κέρδη, Απόσβεση, έτη Βοοειδή γαλακτοπαραγωγής Βέλτιστο σενάριο ,5 Μέσο σενάριο ,3 Χείριστο σενάριο ,0 Βοοειδή κρεατοπαραγωγής Βέλτιστο σενάριο ,5 Μέσο σενάριο ,3 Χείριστο σενάριο ,0 Χοίροι Βέλτιστο σενάριο ,5 Μέσο σενάριο ,7 Χείριστο σενάριο ,0 Πουλερικά Βέλτιστο σενάριο ,3 Μέσο σενάριο ,3 Χείριστο σενάριο ,0

23 SMART-INTEREGG III ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ: Σχεδιασμός και Εγκατάσταση Συνδυασμένης Πιλοτικής Μονάδας Αναερόβιας Ζύμωσης & Κυψέλης Καυσίμου ΑΝΑ ΟΧΟΣ ΦΟΡΕΑΣ: ΚΕΠΕ ΚΟΖΑΝΗΣ ΣΥΝΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ: Π Μ (STAR FUELS LAB) ΧΡΟΝΙΚΗ ΙΑΡΚΕΙΑ: 01/01/ /12/2007

Σχετικά έγγραφα

Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας

Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας Ενότητα 4(γ): Ενεργειακή αξιοποίηση βιοαερίου Αν. Καθηγητής Γεώργιος Μαρνέλλος (Γραφείο 208) Τηλ.: 24610 56690, e-mail: gmarnellos@uowm.gr