Μελέτη Εγκατάστασης Οικιακής & Εμπορικής Μονάδας Βιομάζας

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ TMHMA ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μελέτη Εγκατάστασης Οικιακής & Εμπορικής Μονάδας Βιομάζας Χρήστος Μπρουσκέλης (7101) Μιχαήλ Μπουλάκης (7633) Επιβλέπων Καθηγητής: Μηνάς Αλεξιάδης

2 1

3 Περιεχόμενα 1.1. Εισαγωγή Βασικός ορισμός Σχηματισμός βιομάζας Εφαρμογές της βιομάζας Βασικά χαρακτηριστικά βιομάζας Γενικά Περιεκτικότητα σε υγρασία Περιεκτικότητα σε τέφρα Περιεκτικότητα σε πτητική ύλη Θερμογόνος Δύναμη Πυκνότητα βιομάζας Μέθοδοι ενεργειακής επεξεργασίας Θερμοχημικές Μέθοδοι Χημικές μέθοδοι (υγρές) Βιολογικές μέθοδοι Μηχανικές μέθοδοι Θετικά και αρνητικά της χρήσης της βιομάζας Βασικά πλεονεκτήματα από την χρήση της βιομάζας Βασικά μειονεκτήματα χρήσης της βιομάζας Παγκόσμιο δυναμικό βιομάζας Παραγωγή Ενέργειας από Βιομάζα Βιοκαύσιμα σε παγκόσμιο επίπεδο Ενεργειακές καλλιέργειες παγκόσμιο επίπεδο Ελληνικό δυναμικό βιομάζας Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα Βιοκαύσιμα σε εθνικό επίπεδο Ενεργειακές καλλιέργειες σε ελληνικό επίπεδο Σύγκριση Χρήσης Βιομάζας σε Ελλάδα και Εξωτερικό Νομικό Πλαίσιο για την ανάπτυξη ΑΠΕ-Βιομάζας σε Ευρώπη και Ελλάδα Μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού-θερμότητας από βιομάζα ισχύος kw Τμήματα εγκατάστασης

4 3.1.2 Ανάκτηση θερμότητας Μικρή μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από βιομάζα ισχύος 10 kw Αδειοδότηση Γενικά Δικαιολογητικά Πρόσθετες παρατηρήσεις: Οικονομικά στοιχεία των μονάδων παραγωγής Γενικά Οικονομικά Κίνητρα Χρηματοδότηση της μονάδας Ανάλυση κόστους Οικονομική εκτίμηση επένδυσης Στοιχεία σχετικά με το εργατικό δυναμικό Οικονομική Μελέτη

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εισαγωγή στη Βιομάζα 1.1. Εισαγωγή Βασικός ορισμός Γενικά, ως βιομάζα ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική προέλευση. Ο όρος βιολογική προέλευση είναι άμεσα συνδεδεμένος με τον όρο οργανική προέλευση. Πρακτικά, στον όρο βιομάζα εμπεριέχεται οποιοδήποτε υλικό προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από το φυτικό κόσμο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν περιλαμβάνονται: Οι φυτικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα, όπως π.χ. τα αυτοφυή φυτά και δάση, είτε από τις ενεργειακές καλλιέργειες (έτσι ονομάζονται τα φυτά που καλλιεργούνται ειδικά με σκοπό την παραγωγή βιομάζας για παραγωγή ενέργειας) γεωργικών και δασικών ειδών, όπως π.χ. το σόργο το σακχαρούχο, το καλάμι, ο ευκάλυπτος κ.ά. τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, όπως π.χ. τα άχυρα, στελέχη αραβόσιτου, στελέχη βαμβακιάς, κλαδοδέματα, κλαδιά δένδρων, φύκη, κτηνοτροφικά απόβλητα, οι κληματίδες κ.ά. τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών αυτών, όπως π.χ. τα ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείμματα εκκοκκισμού βαμβακιού, το πριονίδι κ.ά., καθώς και το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. Εικόνα 1.1 Πηγές βιομάζας 4

6 1.1.2 Σχηματισμός βιομάζας Η βιομάζα αποτελεί μία δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή της ηλιακής ενέργειας και είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Σύμφωνα με αυτήν, η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας ως βασικές πρώτες ύλες διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα καθώς και νερό και ανόργανα συστατικά από το έδαφος. Η διεργασία αυτή μπορεί να παρασταθεί σχηματικά ως εξής: ΝΕΡΟ + ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ + ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ + ΑΝΟΡΓΑΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑ + ΟΞΥΓΟΝΟ Πρέπει στο σημείο αυτό να τονισθεί ότι η φωτοσυνθετική ενεργή ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί περίπου το 43% της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος. Και από αυτή όμως απορροφάται το πολύ το 80% λόγω ανακλάσεων και απορροφήσεων από μη φωτοσυνθετικό ιστό. Έτσι, στην φωτοσυνθετική διαδικασία συμμετέχει το 34% της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος, αλλά και από αυτήν παρατηρείται επιλεκτική απορρόφηση (το κυανό φως έχει μικρότερη απόδοση από το κόκκινο), με αποτέλεσμα η μέγιστη δυνατή θεωρητική φωτοσυνθετική απόδοση να είναι τελικά περίπου το 9.8% της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας για «ιδανικό φυτό» (αυτό που σχηματίζει μόνο υδατάνθρακες) και κατάλληλες συνθήκες περιβάλλοντος. Από τη στιγμή που σχηματίζεται η βιομάζα, μπορεί πλέον κάλλιστα να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας. Η βιομάζα αποτελεί μια σημαντική, ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατό να συμβάλλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο κ.ά.). Η χρήση της βιομάζας ως πηγής ενέργειας δεν είναι νέα. Η βιομάζα, κυρίως με τη μορφή του ξύλου, είναι η παλαιότερη μορφή ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο. Παραδοσιακά, χρησιμοποιούνταν μέσω της άμεσης καύσης και αυτή η διεργασία χρησιμοποιείται ακόμη και σήμερα σε πολλά μέρη του κόσμου. Η βιομάζα αποτελούσε ιστορικά μια πηγή ενέργειας που ήταν διάσπαρτη και απαιτούσε έντονη εργασία της γης. Στους αρχαίους χρόνους, οι ενεργειακές ανάγκες των ανθρώπων (μαγείρεμα, θέρμανση) καλύπτονταν αποκλειστικά από την χρήση της ενέργειας της βιομάζας (ξύλα, φυτικά κατάλοιπα κλπ). Στα νεότερα χρόνια η βιομάζα (κυρίως ξυλεία) εξακολούθησε να έχει κυρίαρχο ρόλο στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών, μέχρι τη βιομηχανική επανάσταση όπου και η χρήση της εγκαταλείφθηκε και την θέση της πήρε ο άνθρακας. Σε αυτό συνετέλεσε η αυξανόμενη ζήτηση που οδήγησε σε ελλείψεις της πρώτης ύλης και σε αύξηση της τιμής της και οι νέες τεχνολογίες που ευνοούσαν την χρήση του άνθρακα ο οποίος είχε ανώτερο ενεργειακό δυναμικό. 5

7 1.1.3 Εφαρμογές της βιομάζας Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η καύση βιομάζας με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εφαρμόζεται παγκοσμίως σε ευρεία μάλιστα κλίμακα. Η βασική αρχή είναι η καύση της βιομάζας με σκοπό την παραγωγή ατμού. Ο παραγόμενος ατμός στρέφει ένα στρόβιλο ο οποίος είναι μηχανικά συνδεδεμένος με μία γεννήτρια. Οι βασικές αρχές της καύσης συμπεριλαμβάνουν την καύση σε σωρούς, διάφορες μεθόδους καύσης σε σχάρα, καύση σε αιώρηση και διάφορες εφαρμογές καύσης σε ρευστοποιημένη κλίνη. Η αποδοτικότητα παραγωγής ισχύος κυμαίνεται μεταξύ του 15% με 20%, ενώ σε εξελιγμένες μονάδες με βελτιωμένες τεχνικές παραγωγής, μπορεί να φτάνει και το 30%. Η κύρια εφαρμοζόμενη τεχνολογία είναι η μαζική καύση η οποία χρησιμοποιείται για την μετατροπή των απορριμμάτων σε ενέργεια στην Ευρώπη, με βασικό μειονέκτημά της όμως το υψηλό κόστος. Σε μονάδες παραγωγής ισχύος που χρησιμοποιούν γαιάνθρακα, η συνδυασμένη καύση βιομάζας αποτελεί τον συνηθέστερο τρόπο μετατροπής της βιομάζας. Το κόστος επένδυσης είναι πάρα πολύ μικρό, και η ενεργειακή απόδοση φθάνει το 40%. Εικόνα 1.2 Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα Παραγωγή θερμότητας. Η παραγωγή θερμότητας είναι το περισσότερο διαδεδομένο σύστημα μετατροπής για χρησιμοποίηση της βιομάζας. Η παραγόμενη θερμότητα χρησιμοποιείται στο μαγείρεμα, τη θέρμανση των χώρων καθώς επίσης και σε βιομηχανικές εφαρμογές. Οι εφαρμογές μικρής κλίμακας, όπως το οικιακό μαγείρεμα και η θέρμανση των χώρων, αποτελούν διεργασίες χαμηλής παραγωγικότητας και υψηλού επιπέδου εκπομπών. Η τεχνολογική ανάπτυξη έχει οδηγήσει στην εφαρμογή ιδιαίτερα βελτιωμένων συστημάτων, τα οποία είναι για παράδειγμα αυτοματοποιημένα, έχουν δυνατότητα καταλυτικού μηχανισμού των αερίων και χρησιμοποιούν τυποποιημένα καύσιμα, όπως, π.χ., συσσωματώματα. 6

8 Εικόνα 1.2 Παραγωγή θερμότητας από βιομάζα Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τα συστήματα συμπαραγωγής επιτυγχάνουν υψηλούς συνολικούς βαθμούς απόδοσης της τάξης του 70-80%. Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι ίδια με αυτή που χρησιμοποιείται για αυτόνομη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, όπου η βιομάζα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού και αυτός για παραγωγή Ηλεκτρικής ενέργειας με ατμοστρόβιλο. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί διαφορετική τεχνολογία, όπου η βιομάζα αεριοποιείται και τα αέρια καύσεως παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με ένα αεριοστρόβιλο. Στην Ελλάδα έχει επίσης διερευνηθεί η δυνατότητα χρησιμοποίησης του πυρηνόξυλου για συμπαραγωγή. Σε άλλες χώρες επίσης η βιομάζα χρησιμοποιείται για συμπαραγωγή, όπως στις ΗΠΑ όπου για συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού χρησιμοποιείται δασική βιομάζα. Εικόνα 1.3 Χρήση βιομάζας για συμπαραγωγή ηλεκτρισμού-θερμότητας 7

9 Μεταφορές (Βιοκαύσιμα) Βιοντίζελ. Οι μεθυλεστέρες των λιπαρών οξέων που προέρχονται από φυτικά έλαια αποτελούν ένα ανανεώσιμο υποκατάστατο του ντίζελ, γνωστό ως βιοντίζελ. Το βιοντίζελ που χρησιμοποιείται ως καύσιμο στον τομέα των μεταφορών άρχισε να χρησιμοποιείται σε παγκόσμια κλίμακα στις αρχές του Χρησιμοποιείται ευρύτατα στην Ευρώπη, ενώ στις ΗΠΑ η χρήση του είναι αυξανόμενη. Θεωρείται ως το πλέον διαδεδομένο βιοκαύσιμο το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο αυτούσιο όσο και σε διάφορες αναλογίες σε μίγματα με το συμβατικό ντίζελ. Τα κυρίαρχα έλαια που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βιοντίζελ είναι κραμβέλαιο και ηλιέλαιο στην Ευρώπη και έλαιο σόγιας στην Βόρεια Αμερική. Το κόστος της πρώτης ύλης αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος του κόστους της συνολικής παραγωγής του βιοντίζελ. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, φθηνότερα έλαια όπως το φοινικέλαιο ή ακόμη και τα χρησιμοποιούμενα τηγανέλαια να χρησιμοποιούνται λόγω του μικρού κόστους τους σαν πρώτη ύλη. Εικόνα 1.4 Κύκλος του biodiesel Μεταφορές (Βιοκαύσιμα) Βιοαιθανόλη. Η βιοαιθανόλη αποτελεί το πρώτο καύσιμο που χρησιμοποιήθηκε ως υποκατάστατο της βενζίνης σε οχήματα και ονομάζεται επίσης οινόπνευμα ή «αιθανόλη». Είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που δημιουργείται με τη ζύμωση των συστατικών της ζάχαρης και του αμύλου των φυτικών υποπροϊόντων- κυρίως ζαχαροκάλαμων και καλλιεργειών όπως σιτηρά, με τη χρήση μαγιάς. Μπορεί να παραχθεί επίσης, από καλαμπόκι, πατάτες, ρύζι, παντζάρι και πρόσφατα από σταφύλια και μπανάνα. Η αιθανόλη είναι ένα καύσιμο υψηλού αριθμού οκτανίων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο αύξησης του αριθμού οκτανίου της βενζίνης. Με την ανάμιξή της με τη βενζίνη επιτυγχάνουμε επίσης τον εμπλουτισμό του καύσιμου μίγματος σε οξυγόνο, με αποτέλεσμα μια πιο ολοκληρωμένη καύση, άρα και μειωμένες εκπομπές επικίνδυνων καυσαερίων. Μίγματα καυσίμου βιοαιθανόλης με βενζίνη πωλούνται ευρύτατα στις ΗΠΑ. Το πιο συνηθισμένο μίγμα είναι αυτό που αποτελείται από 10% βιοαιθανόλη και 90% βενζίνη (Ε10). 8

10 Εικόνα 1.5 Κύκλος της βιοαιθανόλης 1.2 Βασικά χαρακτηριστικά βιομάζας Γενικά Οι διεργασίες μετατροπής της βιομάζας σε ενέργεια επηρεάζονται από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της. Οι τιμές των ιδιοτήτων αυτών δεν είναι σταθερές και μπορεί να διαφέρουν σημαντικά αναλόγως της πηγής προέλευσης της βιομάζας. Τα εν λόγω χαρακτηριστικά πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη καθώς επηρεάζουν όλη την βιωσιμότητα της επένδυσης. Κατά συνέπεια, η κατανόηση της σημασίας τους είναι πολύ σημαντική για την εξέταση της κάθε διεργασίας ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας. Οι πιο σηµαντικές ιδιότητες που σχετίζονται µε την µετατροπή της βιοµάζας είναι: Περιεκτικότητα σε υγρασία Περιεκτικότητα σε τέφρα Περιεκτικότητα σε πτητική ύλη Θερμογόνος δύναμη Πυκνότητα μάζας Περιεκτικότητα σε υγρασία Η υγρασία ορίζεται ως η περιεκτικότητα σε νερό μιας ποσότητας βιομάζας. Εκφράζεται ως ποσοστό στο συνολικό βάρος της διαθέσιμης ποσότητας και έχει 9

11 πολύ βασική επίδραση στην ενεργειακή μετατροπή της βιομάζας. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι η αυξημένη υγρασία σε ορισμένη ποσότητα βιομάζας μπορεί να μειώσει δραστικά την θερμογόνο της δύναμη. Ορίζονται πρότυπες συνθήκες υγρασίας και σε πολλές περιπτώσεις η υγρασία θα πρέπει να μειωθεί περαιτέρω προκειμένου να ικανοποιούνται τα πρότυπα των παραγόμενων προϊόντων. Ακόμη, το νερό προσθέτει επιπλέον βάρος στην βιομάζα, γεγονός το οποίο μπορεί να αυξήσει το κόστος μεταφοράς. Οι βιοχημικές διεργασίες απαιτούν υλικά με υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία ώστε να επιτύχουν την αποδοτική μετατροπή τους σε ενέργεια, σε αντίθεση με τις θερμοχημικές, όπως για παράδειγμα η καύση,όπου η υψηλή υγρασία παίζει αρνητικό ρόλο στην διαδικασία. Η πυκνότητα σε υγρασία μπορεί να είναι εκφρασμένη σε υγρή αλλά και σε ξηρή βάση. Αν η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι προσδιορισµένη σε υγρή βάση, θα ισχύει η παρακάτω σχέση Υγρασία =Βάρος του νερού / (βάρος του νερού + βάρος της τέφρας + βάρος ξηρού και απαλλαγµένου τέφρας υλικού) % Αν η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι προσδιορισμένη σε ξηρή βάση, θα ισχύει η παρακάτω σχέση Υγρασία =Βάρος του νερού / (βάρος της τέφρας + βάρος ξηρού και απαλλαγµένου τέφρας υλικού) % Ο συχνότερος τρόπος μέτρησης της υγρασίας είναι σε υγρή βάση. Παρακάτω δίνεται ένας πίνακας με την περιεκτικότητα σε υγρασία (σε υγρή βάση) των πιο συνηθισμένων μορφών βιομάζας Πηγή Βιομάζας Περιεκτικότητα σε υγρασία (υγρή βάση) Θρύμματα Ξύλου 10-60% Pellets Ξύλου 8-12% Άχυρο 20-30% Πριονίδι 15-60% Υπολείμματα βαμβακιού 10-20% Switchgrass 30-70% Βαγάσση 40-60% Κοπριά αγελάδας 88-94% Κοπριά χοίρου 90-97% 10

12 Κοπριά πουλερικού 75-80% Τυρόγαλα 93-97% Ενσίρωμα καλαμποκιού 65-75% Γλυκό σόργο 20-70% Αγριαγκινάρα 15-20% Πίνακας 1.1 Περιεκτικότητα σε υγρασία διαφόρων πηγών βιομάζας 1.2.3Περιεκτικότητα σε τέφρα Η συνολική περιεκτικότητα της βιομάζας σε τέφρα μπορεί να μεταβάλλεται σημαντικά κατά την συλλογή της, την αποθήκευσή της και τη μεταφορά της και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την σημαντική διαφοροποίησή της από τη μία μορφή βιομάζας στην άλλη. Σε κάθε περίπτωση είναι ανεπιθύμητο η βιομάζα να περιέχει μεγάλα ποσοστά τέφρας καθώς μειώνει το ενεργειακό της περιεχόμενο. Η περιεκτικότητα σε τέφρα εκφράζεται όπως ακριβώς και η περιεκτικότητα σε υγρασία, δηλαδή σε υγρή και ξηρή βάση με περισσότερο χρησιμοποιούμενη την υγρή βάση. Σε πολλές διεργασίες, δεν έχει σημασία μόνο η ποσότητα σε τέφρα της βιομάζας αλλά και η χημική της σύνθεση, καθώς η τέφρα συνεπάγεται την παραγωγή αποβλήτου που πρέπει να επεξεργαστεί και να απομακρυνθεί. Η σύσταση της τέφρας επηρεάζει σημαντικά τις διαδικασίες της καύσης και της αεριοποίησης (αναλύονται σε επόμενη παράγραφο) που πραγματοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες. Η χημική σύσταση της τέφρας επηρεάζει όλη την μελέτη για τον μηχανολογικό εξοπλισμό της εγκατάστασης και το συνολικό κόστος της. Για παράδειγµα, τετηγµένη τέφρα συλλέγεται και απομακρύνεται δύσκολα και µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα στους αντιδραστήρες τόσο της αεριοποίησης, όσο και της καύσης. Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η περιεκτικότητα σε τέφρα για τις πιο συνηθισμένες μορφές βιομάζας. 11

13 Πηγή Βιομάζας Περιεκτικότητα σε τέφρα(% κ.β., ξηρή βάση) Υπολείμματα Βαμβακιού 7% Άχυρο σιταριού 4% Ξύλο λεύκας 1% Switchgrass 4% Ξύλο ελάτης 1% Άχυρο κριθαριού 6% Υπολείμματα ρυζιού 13% Υπολείμματα σακχαροκάλαμου 11% Πίνακας 1.2 Περιεκτικότητα σε τέφρα διάφορων πηγών βιομάζας Περιεκτικότητα σε πτητική ύλη Όταν η βιομάζα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από 500 o C), παράγεται η πτητική ύλη. Η βιομάζα ως υλικό χαρακτηρίζεται από μεγάλη περιεκτικότητα σε πτητική ύλη πράγμα το οποίο σημαίνει ότι αναφλέγεται και καίγεται εύκολα. Η γνώση του περιεχομένου της βιομάζας σε πτητική ύλη είναι πολύ σημαντική για τον σωστό σχεδιασμό του συστήματος καύσης καθώς αρκετά αυξημένη περιεκτικότητα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στους λέβητες καύσης λόγω επικαθίσεων Θερμογόνος Δύναμη Το ενεργειακό περιεχόμενο των στοιχειακών συστατικών, της πυκνότητας και της υγρασίας του υλικού κρίνει αν το συγκεκριμένο υλικό είναι κατάλληλο για την χρήση του ως καύσιμο. Η Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΑΘΔ) του υλικού αποτελεί ένα μέτρο της ενυπάρχουσας ενέργειας του καυσίμου. Δείχνει πόση ενέργεια παράγεται από την καύση μιας μονάδας καυσίμου. Η κυτταρίνη και η ημικυτταρίνη έχουν μία τιμή ΑΘΔ περίπου 18,6 MJ/kg, ενώ η λιγνίνη έχει τιμή ΑΘΔ περίπου 23-25MJ/kg. Η τιμή ΑΘΔ των λιγνοκυτταρινικών καυσίμων είναι συνάρτηση της περιεκτικότητάς τους σε λιγνίτη. Οι υψηλές συγκεντρώσεις ανόργανων συστατικών σε διάφορα είδη βιομάζας επηρεάζουν αρνητικά το ενεργειακό περιεχόμενο καθώς τα ανόργανα συστατικά δεν συμμετέχουν στη θερμότητα καύσης. Η Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΚΘΔ) εκφρασμένη σε MJ/kg μπορεί να υπολογισθεί από την ανώτερη θερμογόνο δύναμη βάσει του τύπου: Κ.Θ.Δ = Α.Θ.Δ (1-w/100) w/ h/ (1-w/100) 12

14 Όπου, w: περιεκτικότητα σε υγρασία του καυσίμου κατά βάρος h: περιεκτικότητα σε υδρογόνο του καυσίμου κατά βάρος Πίνακας 1.3 Στοιχειακή ανάλυση διαφόρων καυσίμων βιομάζας Πυκνότητα βιομάζας Η πυκνότητα βιομάζας αναφέρεται στο βάρος του υλικού ανά την μονάδα του όγκου. Για την βιομάζα εκφράζεται αναφέροντας την ένδειξη της περιεκτικότητας σε υγρασία (σε υγρή βάση) ή ως προς το βάρος σε ξηρή βάση. Η πυκνότητα μάζας εμφανίζει μεγάλες αποκλίσεις ανάλογα με τον τύπο της βιομάζας ξεκινώντας από χαμηλές τιμές για άχυρα δημητριακών ( kg/m 3 ) έως πολύ υψηλές τιμές για ξυλεία από δέντρα (της τάξης των Kg/m 3 ). Ακόμη, η πυκνότητα βιομάζας έχει ιδιαίτερη σημασία καθώς επηρεάζει το κόστος μεταφοράς της και τον τρόπο με τον οποίο θα συσκευαστεί το υλικό. Μπορούμε να πετύχουμε καλύτερη ποιότητα βιομάζας μέσω της συμπίεσης της πυκνότητάς της. Ακόμη, μπορεί να επιτευχθεί αύξηση της πυκνότητας μάζας του υλικού, χρησιμοποιώντας την διεργασία της βιο-επιδείνωσης. Όταν το ξύλο έρθει σε επαφή με το νερό, μετά από ένα χρονικό διάστημα ξεκινά η διεργασία της αποσύνθεσης. Με την μέθοδο της βιο-επιδείνωσης το αποσυντεθημένο ξύλο υφίσταται ξήρανση και συμπύκνωση, μπορεί με αυτό τον τρόπο να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό καύσης και έχει θερμαντική αξία. 1.3 Μέθοδοι ενεργειακής επεξεργασίας Γενικά, η επεξεργασία της βιομάζας περιλαμβάνει τις παρακάτω μεθόδους Θερμοχημικές μέθοδοι (ξηρές) Άμεση καύση (μετατροπή χημικής ενέργειας της βιομάζας σε θερμότητα) Αεριοποίηση (ατελής καύση βιομάζας - μερική οξείδωση βιομάζας) Πυρόλυση (εσώθερμη θερμοχημική διαδικασία θέρμανση βιομάζας σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο) Υδρογονοποίηση (εμπλουτισμός με υδρογόνο) 13

15 Χημικές μέθοδοι (υγρές) Εστεροποίηση (χημική μετατροπή φυτικών ελαίων σε ελαιοεστέρες) Βιολογικές μέθοδοι (υγρές) Αναερόβια χώνευση (μετατροπή βιομάζας με μικροοργανισμούς σε συγκεκριμένες συνθήκες) Οξειδική υδρόλυση (παρουσία οξέων και θερμότητας) Ενζυμική υδρόλυση (παρουσία γενετικά τροποποιημένων ενζύμων) Ζύμωση Μηχανική μετατροπή Θερμοχημικές Μέθοδοι Άμεση καύση. Η καύση είναι μια μέθοδος μετατροπής της βιομάζας σε θερμότητα. Η εξίσωση καύσης είναι η παρακάτω, C 6 Η 10 Ο 5 (βιομάζα)+ 6Ο 2 6CO 2 +5Η 2 Ο + θερμότητα Η θερμότητα αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί: 1. Άμεσα (Θέρμανση, Ξήρανση) 2. Έμμεσα (ατμός για την κίνηση στροβίλου) με σύγχρονη παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού. Η περιεκτικότητα της βιομάζας σε νερό αποτελεί σημαντική παράμετρο της καύσης Για την καύση χρησιμοποιούνται καυσόξυλα και γεωργικά υποπροϊόντα όπως για παράδειγμα άχυρο, καλάμια, κότσαλα, κλαδοδέματα και υπολείμματα ξύλου με περιεκτικότητα σε νερό μικρότερη του 15%. Η θερμαντική αξία των γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων επηρεάζεται από τον τρόπο καύσης τους. Η απόδοση σε βιομηχανικού τύπου κλιβάνους φτάνει το 40%. Στα παραδοσιακά τζάκια των κατοικιών, η απόδοση είναι από 5 έως 20%. Τα βασικά προϊόντα της καύσης είναι νερό, θερμότητα και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ). Επίσης παράγονται μικρές ποσότητες διοξειδίου του θείου(so 2 ), οι οποίες όμως δεν είναι επιβλαβείς για το περιβάλλον. Παράγονται ακόμη μικρές ποσότητες μονοξειδίου του άνθρακα (CO), οξειδίων του αζώτου (NOx) και άκαυστων αερίων υδρογονανθράκων οι οποίες δεν προκαλούν ατμοσφαιρική ρύπανση. Εντούτοις, συνεχίζεται η έρευνα για καλύτερο έλεγχο και μειωμένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και κυρίως για μειωμένες εκπομπές οξειδίων του αζώτου. Πυρόλυση. Η ενεργειακή μετατροπή της βιομάζας με πυρόλυση γίνεται θερμαίνοντας την φυτική ύλη η οποία αποσυντίθεται. Παράγεται, λόγω έλλειψης οξυγόνου, βιοάνθρακας, βιοέλαιο και βιοαέριο. Η πυρόλυση γίνεται σε κλειστά 14

16 δοχεία, σε θερμοκρασία ο Cστην οποία χρησιμοποιείται μέρος της βιομάζας. Η περιεκτικότητα σε νερό της βιομάζας δεν θα πρέπει να ξεπερνά το 40%. Η αντίδραση είναι ισόθερμη και δεν απαιτούνται μεγάλα ποσά εξωτερικής ενέργειας για να πραγματοποιηθεί. Η ενεργειακή απόδοση της βιομάζας φθάνει το 90% ενώ για τις ενεργειακές ανάγκες της μεθόδου καταναλώνεται το 10% του παραγόμενου αερίου. Η γενική χρήση των προϊόντων της πυρόλυσης περιλαμβάνει στον οικιακό τομέα τη θέρμανση χώρων και παραγωγή νερού, στον αγροτικό τομέα τη θέρμανση θερμοκηπίων και τη ξήρανση γεωργικών προϊόντων και στο βιομηχανικό τομέα την παραγωγή υγρών και αερίων καυσίμων. Κατά την πυρόλυση παράγονται και αέρια που δεν συμπυκνώνονται και αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας ή να χρησιμοποιηθούν για διεργασίες θέρμανσης και ξήρανσης. Αεριοποίηση. Η αεριοποίηση χρησιμοποιείται παγκοσμίως για πάνω από 75 χρόνια στην χημική βιομηχανία και τα τελευταία 35 χρόνια στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αεριοποίηση είναι η μετατροπή της βιομάζας σε αέριο, αφού πρώτα έχει γίνει πυρόλυση. Σύμφωνα με αυτή, η οργανική ύλη αρχικά πυρολύεται και αντιδρά με το οξυγόνο ή τον αέρα οπότε διασπάται σε μικρότερα μόρια, αφαιρώντας ρύπους και προσμίξεις. Το αέριο αυτό μίγμα είναι το αέριο σύνθεσης ή syngasτο οποίο μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, σε θερμότητα καθώς και σε άλλα προϊόντα. Η μεγάλη θερμογόνος δύναμη του αερίου σύνθεσης το καθιστά κατάλληλο για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας με κατάλληλη χρήση του σε λέβητες ή μηχανές εσωτερικής καύσης. Η απόδοση της μεθόδου κυμαίνεται στα 60-70%. Η τεχνολογία της αεριοποίησης βιομάζας είναι αρκετά πιο πολύπλοκη σε σχέση με την άμεση καύση και έχει πολύ λιγότερες εμπορικές εφαρμογές. Το βασικότερο πλεονέκτημά της όμως είναι η μεγάλη αύξηση της ενεργειακής απόδοσης, πράγμα το οποίο έχει οδηγήσει στον ταχύ πολλαπλασιασμό τέτοιων μονάδων. Υδρογονοδιάσπαση. Με αυτή την τεχνολογία η βιομάζα κάτω από συνθήκες θερμοκρασίας C και πίεσης 150 atm εμπλουτίζεται με υδρογόνο για την παραγωγή καυσίμου. Το προϊόν που είναι οξυγονωμένο ρευστό, έχει μεγάλη ενεργειακή πυκνότητα ( 10kWh/kgr), συγκρινόμενο με τα πυρολυτικά έλαια. Το ενδιαφέρον ακόμη γι αυτή την τεχνολογία είναι μικρό, λόγω του υψηλού κόστους που απαιτείται για την ανάπτυξη των απαιτούμενων υψηλών πιέσεων, της κατάλληλης προετοιμασίας της βιομάζας και των προβλημάτων που συνδέονται με τα παραγόμενα προϊόντα Χημικές μέθοδοι (υγρές) Εστεροποίηση. Με την εστεροποίηση πραγματοποιείται μετατροπή φυτικών ελαίων σε εστέρες. Τα φυτικά έλαια, παρουσία κάποιου καταλύτη (συνήθως υδροξειδίου 15

17 του καλίου (KOH) ή υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) και αιθυλίου ή μεθυλίου, μετατρέπονται αντίστοιχα σε αιθυλεστέρες ή μεθυλεστέρες. Οι παρακάτω εξισώσεις περιγράφουν την παραγωγή των φυτικών ελαίων και την διαδικασία της εστεροποίησης: Παραγωγή φυτικών ελαίων 3x10 3 kgr (σπασμένοι σπόροι) +μηχανικές διαδικασίες -> 1.9 x10 3 kgr (ζωοτροφή) kgr (φυτικά έλαια) Εστεροποίηση 10 3 kgr (φυτικά έλαια) + καταλύτης + μεθύλιο -> 110 kg (γλυκερίνη) kgr RME (φυτικοί μεθυλεστέρες) Οι παραγόμενοι εστέρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σήμερα ως βιοκαύσιμο στις μηχανές. Το βιοντίζελ είναι σήμερα το βιοκαύσιμο με τον ταχύτερο ρυθμό ανάπτυξης και εφαρμογών. Το πιο γνωστό βιοντήζελ είναι το RME(μεθυλεστέρας από σπόρους αγριοκράμβης) που χρησιμοποιείται στις μηχανές εσωτερικής καύσης ντίζελ. Τα πλεονεκτήματα των καυσίμων αυτών είναι ότι περιέχουν πολύ λιγότερα καυσαέρια σε σχέση με το πετρέλαιο (γεγονός που συμβάλει στην προστασία του περιβάλλοντος και στην βελτίωση της ποιότητας της ζωής μας) καθώς και οι μειωμένες εκπομπές διοξειδίου του θείου, το οποίο ευθύνεται για την όξινη βροχή και επίσης για πνευμονολογικές διαταραχές στον άνθρωπο. Τα μειονεκτήματά τους είναι η δυσοσμία όταν η εστεροποίηση χρησιμοποιείται αυτοτελώς, το αυξημένο κόστος σε σχέση με την βιοαιθανόλη καθώς και η μικρότερη ενεργειακή ικανότητα σε σχέση με αυτή Βιολογικές μέθοδοι Ζύμωση. Η αιθανόλη μπορεί να παραχθεί από αγροτικά και δασικά προϊόντα και υποπροϊόντα τα οποία κανονικά θα παρέμεναν ανεκμετάλλευτα. Παράγεται από τα υπολείμματα των σιτηρών και του αραβοσίτου που μένουν στις αγροτικές περιοχές μετά την συγκομιδή και αποτελούν μια εξαιρετικά φθηνή πρώτη ύλη. Η πρώτη ύλη αρχικά υδρολύεται με την παρουσία θειικού οξέος για την παραγωγή μίγματος γλυκόλης και ξυλόζης. Τα σάκχαρα αυτά ζυμώνονται για την παραγωγή αιθανόλης. Η λιγνίνη που μένει σαν υπόλειμμα της υδρόλυσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας με άμεση καύση ή πυρόλυση. Η εξίσωση της ζύμωσης είναι η παρακάτω C₆H₁₂O₆ 2(CH₃CH₂OH)+2CO₂ 16

18 και αποτελεί μία εξώθερμη αντίδραση, δηλαδή συνοδεύεται από την έκλυση θερμότητας προς το περιβάλλον. Η αιθανόλη είναι καθαρό καύσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον. Βασικά πλεονεκτήματα της είναι η εύκολη παραγωγή, η δυνατότητα ανάμειξης με το πετρέλαιο και τη βενζίνη, η μεγάλη ενεργειακή απόδοση, η παρουσία άφθονης πρώτης ύλης, η εύκολη μεταφορά, η μικρή ρύπανση του υδάτινου περιβάλλοντος και η μείωση φόρτου των αστικών λυμάτων. Ως μειονεκτήματα αναφέρονται το υψηλό κόστος και η απαίτηση για αλλαγή-μετατροπή κινητήρων. Αναερόβια ζύμωση. Η αναερόβια ζύμωση προσφέρει τη δυνατότητα παραγωγής ενέργειας και συγχρόνως επιφέρει μία σημαντική μείωση στη μόλυνση του περιβάλλοντος από τα αστικά, αγροτικά και βιομηχανικά οργανικά υπολείμματα. Παράγει επίσης καλής ποιότητας στερεά και υγρά λιπάσματα που μπορούν να έχουν πολυάριθμες εφαρμογές στην γεωργία. Η αναερόβια ζύμωση είναι ένα σύνολο βιοχημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται από μικροοργανισμούς. Αυτές πραγματοποιούνται απουσία αέρα για αυτό το λόγο ονομάζεται και αναερόβια ζύμωση. Το προϊόν αυτών των αντιδράσεων είναι κατά ένα μέρος βιοαέριο και περιέχει και μία μικρή ποσότητα μεθανίου. Το υπόλοιπο μέρος του προϊόντος παρέχει μία ικανοποιητική συγκέντρωση μεταλλικών αλάτων η οποία το καθιστά καλό λίπασμα για την γεωργία. Η εξίσωση που περιγράφει το φαινόμενο είναι Βιομάζα + μικροοργανισμοί βιοαέριο Το ακατέργαστο βιοαέριο μπορεί να περιέχει μεθάνιο (CH 4 ) σε ποσοστό που να φθάνει το 95%, οπότε η καύση του μπορεί να θεωρηθεί ισοδύναμη με αυτή του φυσικού αερίου. Από την αντίδραση καύσης του μεθανίου εκλύεται θερμότητα σύμφωνα με την αντίδραση: CH 4 + 2Ο 2 CO 2 +2Η 2 Ο + 212kcal Το βιοαέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας στις μηχανές εσωτερικής καύσης με πολύ μεγάλη απόδοση που ξεπερνά το 85%. Βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι το μικρό κόστος, η χρήση των καταλοίπων στην γεωργία ως λίπασμα (με κατάλληλη επεξεργασία) καθώς και η μειωμένη εκπομπή αερίων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Στα μειονεκτήματα της αναερόβιας ζύμωσης περιλαμβάνονται η χρήση μεγάλων ποσοτήτων νερού καθώς και το υψηλό κόστος αποθήκευσης του αερίου (υψηλές πιέσεις και χαμηλή θερμοκρασία). Υδρόλυση. Η υδρόλυση αφορά την προεργασία βιομάζας για ζύμωση με σκοπό την παραγωγή βιοενέργειας. Εφαρμόζεται σε βιομάζα που αποτελείται κυρίως από κυτταρίνες και ημικυτταρίνες για να εξαχθεί από αυτές γλυκόζη, η οποία στη 17

19 συνέχεια θα ζυμωθεί για να παραχθεί αιθανόλη. Παρουσιάζει ενδιαφέρον γιατί η αφθονότερη οργανική ύλη σε παγκόσμια κλίμακα (=40%) είναι οι κυτταρίνες και οι ημικυτταρίνες. Όμως το υψηλό κόστος επεξεργασίας την καθιστά ασύμφορη οικονομικά τεχνολογία για αυτό το λόγο δεν εφαρμόζεται ευρέως Μηχανικές μέθοδοι Η απλούστερη μέθοδος μετατροπής της πορώδους βιομάζας σε πιο βολική και αποδοτική καύσιμη ύλη είναι η παραγωγή πυκνών συσσωματωμάτων με την ξήρανση και τη συμπίεσή της. Οι τρεις βασικοί τύποι τέτοιων συσσωματωμάτων είναι : Οι πελλέτες (pellets ) Τα θρύμματα ξύλου (woodchips ) Oι μπρικέτες (πλίνθοι) Πελλέτες (pellets). Τα pellets (ελληνικά: πελλέτες ή συσσωματώματα ή σύμπηκτα) αποτελούν συμπιεσμένη βιομάζα με μηχανικά μέσα σε μορφή μικρών κυλίνδρων που προορίζονται για ενεργειακή αξιοποίηση. Τυπικές διαστάσεις των pellets που συνηθίζονται είναι από 1-3 cm σε μήκος και από 6-10 mm σε διάμετρο. Το ενεργειακό περιεχόμενο των pellets σε επίπεδο υγρασίας κάτω του 10% κυμαίνεται μεταξύ MJ/kg ανάλογα προς το είδος της πρώτης ύλης, πράγμα που χονδρικά σημαίνει ότι 2 κιλά pellets αντιστοιχούν ενεργειακά σε 1 λίτρο πετρελαίου. Πρώτες ύλες των pellets μπορεί να αποτελούν δασικά υπολείμματα, υποπροϊόντα ξυλουργικών εργοστασίων και πριονιστηρίων, κλαδοδέματα, άχυρο, υπολείμματα αγροτικών καλλιεργειών, ελαιοπυρηνόξυλο και ενεργειακές καλλιέργειες (π.χ. αγριαγκινάρα, μίσχανθος, καλάμι, ιτιά, κ.λπ.). Pellets που προέρχονται από δασικά και ξυλουργικά υπολείμματα είναι γνωστά ως wood-pellets, ενώ εκείνα που προκύπτουν από αγροτικά υπολείμματα και ενεργειακές καλλιέργειες είναι γνωστά και ως agro-pellets ή agri-pellets. Τα pellets χρησιμοποιούνται ως τυποποιημένο καύσιμο για θέρμανση χώρων και παραγωγή ζεστού νερού χρήσης σε κατοικίες, εμπορικές επιχειρήσεις και βιομηχανίες, καθώς επίσης και πρώτη ύλη σε μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θέρμανσης. Ανάλογα με την τελική τους χρήση και την προέλευση των πρώτων υλών, υπάρχουν διαφορετικά πρότυπα και προδιαγραφές. 18

20 Εικόνα 1.6 Pellets Θρύμματα ξύλου (woodchips). Τα θρύμματα ξύλου είναι μικρά τεμάχια ξύλου με σύνηθες μήκος τα 5-50 mm. Η ποιότητα των θρυμμάτων βιομάζας εξαρτάται από την πρώτη ύλη και την τεχνολογία παραγωγής. Η πρώτη ύλη είναι, είτε άχρηστα κομμάτια ξύλου, ακατάλληλα για άλλες χρήσεις, προερχόμενα από εργοστάσια παραγωγής ξυλείας, είτε δένδρα και τμήματα δένδρων που προέρχονται από υλοτομία δασών, διανοίξεις δρόμων, κλπ. Οι εγκαταστάσεις παραγωγής των woodchipsπρέπει να περιλαμβάνουν διαδικασίες αναγνώρισης ελαττωματικών τεμαχίων, καθώς κομμάτια μεγαλύτερα από το μεγαλύτερο τυποποιήμενο μέγεθος μπορούν να προκαλέσουν συμφόρηση του συστήματος αυτόματης τροφοδοσίας του εργοστασίου με αποτέλεσμα την προσωρινή διακοπή της παραγωγής. Ξύλο στη μορφή των θρυμμάτων, χρησιμοποιείται είτε άμεσα, είτε έμμεσα μέσω διαφόρων διεργασιών. Το πλεονέκτημά τους σε σχέση με τις πελλέτες ξύλου, είναι ότι είναι φθηνότερα. Σήμερα, χρησιμοποιούνται σε μεγάλη έκταση από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα. Εικόνα 1.7 Wood chips Μπρικέτες (πλίνθοι). Παράγονται με έκθλιψη μέσω συμπίεσης, μικρών ποσοτήτων Βιομάζας, ώστε να απομακρυνθεί η υγρασία που περιέχουν και να σπάσουν οι 19

21 ελαστικές της ίνες. Έχουν παραλληλεπίπεδη ή συνηθέστερα κυλινδρική μορφή με ενδεικτικές διαστάσεις 6 cm διαμ. x 8 cm μήκος, δεκαπλάσια πυκνότητα από την αρχική βιομάζα kg/m 3 έναντι kg/m3 και διατηρούν αυτά τα χαρακτηριστικά παρά τις καταπονήσεις που υφίστανται κατά την μεταφορά, την αποθήκευση και τελικά την διαδικασία τροφοδοσίας των θαλάμων καύσης τους. Εικόνα 1.8 Μπρικέτες 1.4 Θετικά και αρνητικά της χρήσης της βιομάζας Βασικά πλεονεκτήματα από την χρήση της βιομάζας Λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) στην ατμόσφαιρα το οποίο χρησιμοποιείται από τα ενεργειακά φυτά για την διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το CO 2 είναι το υπεύθυνο αέριο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και έτσι με χρήση βιομάζας πετυχαίνουμε μείωσή του πράγμα που συμβάλλει στην προστασία του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής στον πλανήτη. Επιτυγχάνεται μείωση του φαινομένου της όξινης βροχής (επικαθίσεις οξειδίων του θείου στο έδαφος) λόγω μειωμένων εκπομπών διοξειδίου του θείου (SO 2 ) που παράγεται από την καύση της βιομάζας σε σύγκριση με την καύση ορυκτών καυσίμων. Η βιοαιθανόλη και το βιοντίζελ αποτελούν καθαρά καύσιμα, φιλικά προς το περιβάλλον και επιπλέον η χρήση τους στα αυτοκίνητα δεν απαιτεί αλλαγές στη συμβατική μηχανή εσωτερικής καύσης. Η βιομάζα προσφέρει τη δυνατότητα απεξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα των οποίων τα αποθέματα εξαντλούνται και μπορεί να αποτελέσει με σωστή διαχείρισή της μία πολύ δυναμική πηγή ενέργειας. Η καλλιέργεια ενεργειακών φυτών στις αναπτυσσόμενες χώρες συμβάλει στην μείωση της μετανάστευσης του εργατικού δυναμικού λόγω των θέσεων εργασίας που δημιουργούνται. Μεγάλο ποσοστό των εσόδων προσφέρεται στον αγροτικό πληθυσμόκαι μπορεί να αναζωογονήσει την αγροτική οικονομία μιας χώρας. 20

22 Μικρές διεσπαρμένες μονάδες βιομάζας για παραγωγή ηλεκτρισμού μπορούν να λειτουργούν ως μονάδες βάσης δηλ. με σταθερή ισχύ όλο το 24ωρο. Η χρήση βιομάζας με σκοπό την παραγωγή θερμότητας μπορεί να συνεισφέρει στην ανάπτυξη παράπλευρων δραστηριοτήτων όπως τηλεθέρμανση, λειτουργία θερμοκηπίων, ξηραντηρίων κλπ. Γίνονται νέες επενδύσεις πράγμα που βοηθάει την ανάπτυξη της οικονομίας. Εικόνα 1.9 Δημιουργία θέσεων εργασίας λόγω βιομάζας Βασικά μειονεκτήματα χρήσης της βιομάζας Έχει μικρότερη θερμογόνο δύναμη κατά μονάδα βάρους σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα. Ακόμη, όπως προαναφέρθηκε, η ύπαρξη της υγρασίας μειώνει ακόμη περισσότερο την θερμογόνο δύναμη άρα και την αποδοτικότητα του καυσίμου. Το κόστος των εγκαταστάσεων που απαιτούνται είναι πολύ μεγαλύτερο σε σχέση με το αντίστοιχο των εγκαταστάσεων των ορυκτών καυσίμων λόγω των βελτιώσεων και του εξειδικευμένου εξοπλισμού που είναι απαραίτητος στην εγκατάσταση. Προκαλείται αύξηση των τιμών σε ορισμένα αγροτικά αγαθά που είναι τρόφιμα αλλά ταυτόχρονα χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βιομάζας. Είναι δύσκολη η συλλογή, η μεταφορά και η αποθήκευση των αγροτικών υπολειμμάτων καθώς και η συνεχής τροφοδοσία πρώτης ύλης των μονάδων καύσης βιομάζας. 21

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ 2.1 Παγκόσμιο δυναμικό βιομάζας Το φως του ήλιου παρέχει διαθέσιμη ενέργεια περίπου φορές περισσότερη από αυτή που καταναλώνει ολόκληρος ο πλανήτης σήμερα. Δηλ. το ηλιακό φως που φτάνει στη γη, μέσα σε μία μόνο μέρα, θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις σημερινές ενεργειακές ανάγκες όλου του κόσμου για τα επόμενα 8 έτη. Ακόμα και λάβουμε υπόψη ότι με τις σημερινές τεχνικές δυνατότητες μπορούμε να εκμεταλλευτούμε μόνο ένα μικρό ποσοστό από το ηλιακό δυναμικό, αυτό είναι περίπου 4πλάσιο των ενεργειακών αναγκών του πλανήτη σήμερα. Εικόνα 2.1 Ενεργειακοί πόροι στον πλανήτη 22

24 Πίνακας 2.1: ΑΠΕ τεχνικά εφικτές σήμερα Κάθε χρόνο, η βιομάζα που παράγεται στον πλανήτη μας υπολογίζεται ότι ανέρχεται σε 172 δισ. τόνους ξηρού υλικού, με ενεργειακό περιεχόμενο δεκαπλάσιο της ενέργειας που καταναλίσκεται παγκοσμίως στο ίδιο διάστημα. Το υπερβολικά μεγάλο αυτό ενεργειακό δυναμικό παραμένει κατά το μεγαλύτερο μέρος του ανεκμετάλλευτο, καθώς, σύμφωνα με πρόσφατες εκτιμήσεις, μόνο το 1/7 της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας καλύπτεται από τη βιομάζα και αφορά κυρίως τις παραδοσιακές χρήσεις της (καυσόξυλα κλπ). Η συμβολή των κλάδων της βιομάζας και των βιοκαυσίμων στην οικονομία της Ευρωπαϊκής Ένωσης είναι θετική επειδή δημιουργεί πρόσθετες θέσεις απασχόλησης. Από όλες τις ΑΠΕ, η βιομάζα είναι αυτή που δημιουργεί τις περισσότερες θέσεις εργασίας. Το 2005, στον κλάδο της βιομάζας που δεν χρησιμοποιείται για ηλεκτροπαραγωγή απασχολούνταν άτομα, στον κλάδο της βιομάζας για ηλεκτροπαραγωγή και βιοκαύσιμα απασχολούνταν περισσότερα από άτομα και στον κλάδο του βιοαερίου περίπου άτομα. Επιπλέον, σημαντικός είναι ο ρόλος της γεωργίας και της δασοκομίας ως πηγών προμήθειας καυσίμων για τις τεχνολογίες βιομάζας (Ευρωπαϊκή Οικονομική και Κοινωνική Επιτροπή, 2009, σελ 6) Παραγωγή Ενέργειας από Βιομάζα Οι χρήσεις της βιομάζας είναι πιο διαδεδομένες ιδίως σε υπανάπτυκτες ή αναπτυσσόμενες χώρες του κόσμου. Οι αναπτυσσόμενες χώρες παράγουν περίπου το ένα τρίτο της ενέργειας τους από βιομάζα. Περίπου 2,5 δις άνθρωποι ουσιαστικά εξαρτώνται από τη βιομάζα για την κάλυψη των αναγκών τους σε θέρμανση, φωτισμό και μαγείρεμα. 23

25 Εικόνα 2.2: Η συμμετοχή της βιομάζας (%) στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας. Πίνακας 2.2: Κορυφαίες χώρες παγκοσμίως στην παραγωγή από βιομάζα 24

26 Πίνακας 2.3: Χρήση βιομάζας σε διάφορες αναπτυσσόμενες χώρες 25

27 Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η συμβολή της βιομάζας σε κοινοτικό επίπεδο. Εικόνα 2.3: Διάγραμμα εγκατεστημένης ισχύος μονάδων βιομάζας (GW) στα Ευρωπαϊκά κράτη (Πηγή στοιχείων: energici.com) Εικόνα 2.4: Εύρος δυναμικού για διαφορετικές κατηγορίες πηγών 26

28 Εικόνα 2.5: Διάφορες εκτιμήσεις δυναμικού βιοενέργειας 27

29 Πίνακας 2.4: Βασικά Στοιχεία Βιομάζας σήμερα και για τις επόμενες δεκαετίες Εικόνα 2.6: Μελλοντική εξέλιξη επενδυτικού κόστους για ανανεώσιμες ενεργειακές τεχνολογίες 28

30 Εικόνα 2.7: Αναμενόμενη εξέλιξη του κόστους παραγωγής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Εικόνα 2.8: Παραγωγή πρωτογενούς ενέργειας από στερεά βιομάζα στην ΕΕ το

31 Τα πράσινα στοιχεία, αφορούν την παραγωγή πρωτογενούς ενέργειας από στερεά βιομάζα (σε Mtoe). Τα κόκκινα, αφορούν την κατανάλωση θερμότητας από στερεά βιομάζα (σε Μtoe). Τέλος τα καφέ, αφορούν την ακαθάριστη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από στερεά βιομάζα (σε TWh). Το 2009 το 16% περίπου της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας προερχόταν από ΑΠΕ. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τη συμμετοχή της κάθε μορφής ΑΠΕ στην κατανάλωση ενέργειας παγκοσμίως. Εικόνα 2.9: Συμμετοχή ΑΠΕ στην Παγκόσμια Συνολική Κατανάλωση Ενέργειας (Πηγή: REN Renewables 2011 Global Status Report) Το 2010 σε πολλές χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στις ΗΠΑ, την Κίνα και την Ινδία, η παραγωγή ενέργειας μέσω της χρήσης βιομάζας παρουσίασε σημαντική αύξηση. Η εγκατεστημένη ισχύς από βιομάζα ανήλθε στα 62 GW. Η χώρα που εξακολουθεί να ηγείται της αγοράς ενέργειας από βιομάζα είναι οι ΗΠΑ. Άλλοι σημαντικοί παραγωγοί ενέργειας με τη χρήση βιομάζας είναι η Σουηδία, η Γερμανία, το Ηνωμένο Βασίλειο, η Κίνα, η Βραζιλία και η Ιαπωνία. 30

32 Εικόνα 2.10: Εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύος ΑΠΕ (σε MW) (Στόχος έτους 2020) Ακόμα, να σημειωθεί σύμφωνα με τον ΟΟΣΑ (2012) οι θέσεις εργασίας που προκύπτουν από τη λειτουργία μονάδων ΑΠΕ είναι: Πίνακας 2.5: Θέσεις εργασίας που προκύπτουν από τη λειτουργία μονάδων ΑΠΕ Ο παραπάνω πίνακας επιβεβαιώνεται και από τα πραγματικά στοιχεία σε επίπεδο Ε.Ε., όπου η βιομάζα συνδέεται με τη δημιουργία των περισσοτέρων θέσεων 31

33 εργασίας από κάθε άλλη ΑΠΕ, με ποσοστό που αντιστοιχεί στο 40% επί του συνόλου των θέσεων εργασίας στις ΑΠΕ. Επιπλέον, χρήσιμο είναι να αναφερθεί η κατάσταση στην Ε.Ε. Τα επίσημα στοιχεία των Ευρωπαϊκών Φορέων που παρακολουθούν την εξέλιξη των ΑΠΕ στην ΕΕ είναι ενδεικτικά της μεγάλης σημασίας που έχει η βιομάζα στο ενεργειακό μίγμα της Ευρώπης: Περίπου το 20% της ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας στην Ε.Ε. πηγάζει από την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας (κυρίως από μονάδες συμπαραγωγής) Περίπου το 90% της ανανεώσιμης θερμικής ενέργειας στην Ε.Ε. πηγάζει από την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας Η ΕΕ αποτελεί το μεγαλύτερο παραγωγό pellet ξύλου παγκοσμίως, καθώς παρήγαγε 13,5 εκ. τόνους βιοκαυσίμου το 2014 Η ηλεκτροπαραγωγή από στερεή βιομάζα στην ΕΕ ξεπέρασε τις GWh το Περισσότερες από μονάδες παραγωγής βιοαερίου είναι εγκατεστημένες στην Ε.Ε. το 2014, με την συνολική ισχύ τους να υπερβαίνει τα 7,8GWe Βιοκαύσιμα σε παγκόσμιο επίπεδο Σήμερα, τα βιοκαύσιμα καλύπτουν το 3% της παγκόσμιας κατανάλωσης καυσίμων για τις μεταφορές. Σε μερικές χώρες τα ποσοστά αυτά είναι μεγαλύτερα (Βραζιλία: 26.4%, ΗΠΑ 4%). Η βιοαιθανόλη παρουσιάζει μακράν τη μεγαλύτερη κατανάλωση, με τις ΗΠΑ να βρίσκονται στην πρώτη θέση. Τον ίδιο χρόνο, η Ε.Ε. είχε κατανάλωση σε βιοαιθανόλη μόνο το 10% αυτής των ΗΠΑ, ενώ παρουσίασε αύξηση +26.1% μεταξύ των ετών Αντίθετα, η παραγωγή/κατανάλωση biodiesel στις ΗΠΑ κατά το 2011 ήταν 2,000/2,640 Mt/year, το ίδιο έτος στην Ε.Ε. η παραγωγή/κατανάλωση biodiesel ήταν 8,791/10,869 Mt/year. 32

34 Εικόνα 2.11: Παγκόσμια παραγωγή βιοκαυσίμων Εικόνα 2.12: Παγκόσμια ζήτηση βιοκαυσίμων κατά περιοχή Η ζήτηση βιοκαυσίμων για τις μεταφορές θα είναι διαρκώς αυξανόμενη για τα προσεχή έτη σε ΗΠΑ και ΕΕ. Οι προτεραιότητες των ΗΠΑ όσον αφορά τα βιοκαύσιμα, σύμφωνα με τη μελέτη της Βιο ΕRΑ είναι: α. Εθνική ασφάλεια προμήθειας καυσίμων, ως πρώτη προτεραιότητα. β. Δημιουργία θέσεων εργασίας. γ. Υποστήριξη της Εθνικής οικονομίας. 33

35 Οι στόχοι των ΗΠΑ για τα βιοκαύσιμα είναι: Αρχικά, η πρώτη ύλη θα προέρχεται από γεωργικά και δασικά υπολείμματα και από ενεργειακές καλλιέργειες, αλλά στις υφιστάμενες δασικές και γεωργικές εκτάσεις. Το έτος 2022, η συνολική κατανάλωση βιοκαυσίμων θα είναι Mm 3 /year, δηλ. θα υποκαθιστά το 20% των ορυκτών καυσίμων στις μεταφορές, και από αυτά τα 80 M.m 3 θα είναι βιοκαύσιμα επόμενης γενιάς. Ο στόχος της συνολικής παραγωγής βιοκαυσίμων το έτος 2030 θα είναι 227 Mm 3. Εξ αυτών: 57 Mm 3 θα είναι 1ης γενεάς βιοκαύσιμα και 170 Mm 3 εξελιγμένα βιοκαύσιμα. Έτσι το έτος 2030 θα υποκαταστήσουν το 22% της βενζίνης που καταναλώνεται στη χώρα, ενώ η πρώτη ύλη που θα χρειασθεί θα είναι 470 Mt ξηρή βιομάζα. Το μέσω κόστος των εξελιγμένων βιοκαυσίμων το έτος 2030 εκτιμάται ότι θα είναι κατά την παράδοση στο εργοστάσιο $ 0.50/ lit. Δίνονται από την κυβέρνηση οικονομικά κίνητρα στους γεωργούς για να αντικαταστήσουν την παραγωγή αιθανόλης από αραβόσιτο με άλλα φυτά, που έχουν μικρότερη περιβαλλοντική επιβάρυνση και αντιμετωπίζουν επίσης το πρόβλημα των τροφίμων. Οι προτεραιότητες της Ε. Ένωσης όσον αφορά τα βιοκαύσιμα: α. Το σημαντικότερο είναι η αποφυγή των εκπομπών θερμοκηπίου (CO 2,CH 4,Ν 2 Ο). β. Δημιουργία νέων θέσεων εργασίας. γ. Υποστήριξη της Οικονομίας των χωρών της ΕΕ. δ. Ασφάλεια προμήθειας καυσίμων H βιομάζα, παραγόμενη εντός ή εκτός Ε. Ένωσης, θα πρέπει να ικανοποιεί τα ακόλουθα κριτήρια βιωσιμότητας, με βάση τις Ευρωπαϊκές Οδηγίες 2009/28/EC για τις ΑΠΕ και 2009/30/EC για την ποιότητα των βιοκαυσίμων: Η μείωση σε εκπομπές αερίων θερμοκηπίου από τη χρήση των βιοκαυσίμων, σε σύγκριση με αυτές των ορυκτών καυσίμων, πρέπει να είναι τουλάχιστον 35%, ενώ από τον Ιανουάριο 2017 πρέπει να είναι τουλάχιστον 50% και από τον Ιανουάριο 2018 τουλάχιστον 60%. Τα βιοκαύσιμα δεν πρέπει να προέρχονται από βιομάζα που παρήχθη σε γη υψηλής βιοποικιλότητας και σε γη υψηλής αποθήκευσης άνθρακα (έλη, δάση, τύρφη). Τα βιοκαύσιμα δεν πρέπει να δημιουργούν κοινωνικά προβλήματα στις τοπικές κοινωνίες όπου παράγεται η βιομάζα Ενεργειακές καλλιέργειες παγκόσμιο επίπεδο Οι ενεργειακές καλλιέργειες είναι καλλιεργούμενα ή αυτοφυή (άγρια) είδη, παραδοσιακά ή νέα, τα οποία παράγουν βιομάζα ως κύριο προϊόν. Πρόκειται για 34

36 είδη καλλιεργειών με ιδιαίτερα υψηλές αποδόσεις στην αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας. Η παραγόμενη βιομάζα μπορεί, στη συνέχεια, να χρησιμοποιηθεί για διαφόρους ενεργειακούς σκοπούς, σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν προηγουμένως σχετικά με τις εφαρμογές της βιομάζας. Οι σημαντικότερες τέτοιου είδους καλλιέργειες σε αναπτυγμένες χώρες και οι τελικές χρήσεις της βιομάζας παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.4. Πίνακας 2.6: Ενεργειακές καλλιέργειες μεγάλης κλίμακας Ακόμα, στη Βόρεια Ευρώπη, όπου είναι πολύ διαδεδομένες οι ενεργειακές καλλιέργειες, καλλιεργούνται σήμερα για ενεργειακούς σκοπούς διάφορα πολυετή φυτά. Στη Σουηδία π.χ. καλλιεργούνται στρέμματα με ιτιά, της οποίας η κοπή γίνεται κάθε τέσσερα χρόνια. Η παραγόμενη ποσότητα βιομάζας, αφού προηγουμένως ψιλοτεμαχισθεί, οδηγείται σε μονάδες συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού. Η Ευρώπη και τα κράτη σε μεταβατικές οικονομίες, μακροπρόθεσμα θα αξιοποιήσουν το 20-50% του δυναμικού της βιομάζας από τις ενεργειακές καλλιέργειες, ενώ η χρήση της σε όλες τις άλλες περιοχές θα πρέπει να στηριχθεί σε δασικά υπολείμματα, βιομηχανικά υπολείμματα ξύλου και άχυρα. Ειδικά στην Λατινική Αμερική, τη Βόρεια Αμερική και την Αφρική θα υπάρχουν αυξημένες δυνατότητες αξιοποίησης υπολειμμάτων. 2.2 Ελληνικό δυναμικό βιομάζας Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα Η αγορά των ΑΠΕ στην Ελλάδα ρυθμιζόταν από το Πρωτόκολλο του Κιότο του 1997 (που ίσχυε έως το 2008) και στη συνέχεια από τους σχετικούς κανονισμούς της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την καταπολέμηση των κλιματικών αλλαγών μέσω του περιορισμού των εκπομπών αερίων που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με τους ανωτέρω κανονισμούς η Ελλάδα μέχρι και το

37 θα πρέπει να παράγει το 20% της τελικής ακαθάριστης ενέργειας με τη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και συγκεκριμένα 40% της ηλεκτρικής ενέργειας, 20% σε θέρμανση-ψύξη και 10% στις μεταφορές. Σύμφωνα με τα στοιχεία που δημοσιεύονται στο Υπουργείο Περιβάλλοντος και Ενέργειας, μέχρι το 2020 η εγκατεστημένη ισχύς για τις διάφορες μορφές ΑΠΕ πρέπει να ανέλθει σε (συμμετοχή των ΑΠΕ στη συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στα επίπεδα του 40%) : MW για υδροηλεκτρικές μονάδες MW για φωτοβολταϊκές μονάδες MW για ηλιοθερμικές μονάδες MW για αιολικά πάρκα συμπεριλαμβανομένων και των θαλάσσιων αιολικών πάρκων MW για μονάδες με βάση τη βιομάζα. Εκτιμάται ότι η αξιοποίηση της τεχνικά εκμεταλλεύσιμης βιομάζας θα μπορούσε να ικανοποιήσει το 1/4 των συνολικών αναγκών ηλεκτροδότησης της χώρας. Όμως, η Ελλάδα έχει ακόμα πολύ δρόμο προς την επίτευξη του στόχου για 20% ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ. Το 2008 οι ανάγκες της Ελλάδας σε ηλεκτρική ενέργεια καλύφθηκαν κατά 50,5% από εγχώριο λιγνίτη, 13% από πετρέλαιο, 22,5% από φυσικό αέριο (εισαγωγές από Ρωσία και Αλγερία), 6% από υδραυλική ενέργεια (μεγάλα υδροηλεκτρικά), και κατά 4,3% από αιολική ενέργεια, μικρά υδροηλεκτρικά, βιομάζα, και φωτοβολταϊκά συστήματα και το υπόλοιπο από άλλες εισαγωγές.(5η Εθνική Έκθεση για το Επίπεδο της Ανανεώσιμης Ενέργειας για το Έτος 2010 (Άρθρο 3 Οδηγίας 2001/77/EΚ-Σεπτέμβριος, 2009)). Δηλαδή, το 10,3% της ακαθάριστης εγχώριας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας προήλθε 2008 από ΑΠΕ (συμπεριλαμβανομένης και της ενέργειας από μεγάλα υδροηλεκτρικά). Ουσιαστικά, οι ΑΠΕ παρήγαγαν 6,6 TWh ηλεκτρικής ενέργειας το Η παρακάτω εικόνα απεικονίζει τη συμμετοχή των διαφόρων μορφών ΑΠΕ στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα για το έτος

38 Εικόνα 2.13: Συμμετοχή ΑΠΕ στην Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας στην Ελλάδα για το έτος 2008 (Πηγή: 5η Εθνική Έκθεση για το Επίπεδο της Ανανεώσιμης Ενέργειας για το Έτος 2010). 0 Εικόνα 2.14: Κατανομή αιτήσεων για έκδοση άδειας παραγωγής ανά τεχνολογία ΑΠΕ, 2011 (Πηγή: ΡΑΕ) 37

39 Εικόνα 2.15: Εθνικός στόχος ΑΠΕ για το 2020 σύμφωνα με πραγματικά δεδομένα ( ), Πηγή: ΡΑΕ Αθήνα Πίνακας 2.7: Επιδιωκόμενη αναλογία ισχύος, με βάση την υπουργική απόφαση Υ.Α./Φ1/οικ / , για την κατανομή ισχύος ανά τεχνολογία ΑΠΕ και απόκλιση στόχων (ΜW) Πηγή: ΡΑΕ Αθήνα , Μηνιαίο Δελτίο Ειδικού Λογαριασμού ΑΠΕ & ΣΗΘΥΑ ΛΑΓΗΕ Α.Ε. Νοέμβριος

40 Τεχνολογία Αιολικά 576,09 749,27 853, , ,3 1297,7 Βιομάζα 20,54 37,58 37,57 39,4 40,8 44 Μικρά Υδρ. 48,16 73,68 95,5 158,42 182,61 196,3 Φ/Β 0,51 0,68 0,74 10,98 46,04 198,3 Total 645,3 861,21 987, , , ,3 Πίνακας 2.8: Εγκατεστημένη ισχύς έργων ΑΠΕ (σε MW) Πηγή: ΡΑΕ Αθήνα Πίνακας 2.9: Στατιστικά στοιχεία βιομάζας για διάφορες περιοχές της Ελλάδας Πηγή: ΡΑΕ Αθήνα

41 Εικόνα 2.16: Γεωγραφική κατανομή κι εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύος (MW) μονάδων βιομάζας στο διασυνδεδεμένο (Άρθρο 9 Ν.3468/2006) (Πηγή: Μηνιαίο Δελτίο Ειδικού Λογαριασμού ΑΠΕ & ΣΗΘΥΑ ΛΑΓΗΕ Α.Ε. Φεβρουάριος 2015) Εικόνα 2.17: Γεωγραφική κατανομή κι εξέλιξη εγκατεστημένης ισχύος (MW) μονάδων ΣΗΘΥΑ στο διασυνδεδεμένο (Άρθρο 9 Ν.3468/2006) (Πηγή: Μηνιαίο Δελτίο Ειδικού Λογαριασμού ΑΠΕ & ΣΗΘΥΑ ΛΑΓΗΕ Α.Ε. Φεβρουάριος 2015) Οκτ-15 Βιομάζα- Βιοαέριο Πρόβλεψη 16/10/2015 Εγκατ. Ισχύς 16/11/2015 Πρόβλεψη Διείσδυσης Διείσδυση Απόκλιση Πρόβλεψης 53 MW 51 MW 1,8?? 0,2?? 2,0 MW Πίνακας 2.10: Απόκλιση προβλέψεων στο δελτίο Οκτωβρίου 2015 σχετικά με την εγκατεστημένη ισχύ (MW) σταθμών βιομάζας βιοαερίου (Πηγή: Μηνιαίο Δελτίο Ειδικού Λογαριασμού ΑΠΕ & ΣΗΘΥΑ ΛΑΓΗΕ Α.Ε. Νοέμβριος 2015) Με βάση τις εκτιμήσεις του ΛΑΓΗΕ Α.Ε. στη συνέχεια παρουσιάζονται οι προβλέψεις για την εξέλιξη της εγκατεστημένης ισχύος βιομάζας- βιοαερίου Νοέμβριος 2016 Οκτώβριος

42 ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΒΙΟΜΑΖΑΣ (MW) Βιομάζα- Βιοαέριο Ιαν 92 Φεβ 95 Μαρ 97 Απρ 100 Μάι 103 Ιουν 105 Ιουλ 108 Αυγ 110 Σεπ 113 Οκτ 115 Νοε 88 - Δεκ 90 - Πίνακας 2.11: Στοιχεία Προβλέψεων Διείσδυσης στην Επικράτεια, με βάση την εγκατεστημένη ισχύ (MW) σταθμών βιομάζας βιοαερίου (Πηγή: Μηνιαίο Δελτίο Ειδικού Λογαριασμού ΑΠΕ & ΣΗΘΥΑ ΛΑΓΗΕ Α.Ε. Νοέμβριος 2015) Τα κατ έτος διαθέσιμα γεωργικά και δασικά υπολείμματα, στην Ελλάδα, ισοδυναμούν ενεργειακά με 3-4 εκατ. τόνους πετρελαίου, ενώ το δυναμικό των ενεργειακών καλλιεργειών μπορεί, με τα σημερινά δεδομένα, να ξεπεράσει άνετα εκείνο των γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων. Το ποσό αυτό αντιστοιχεί ενεργειακά στο 30-40% της ποσότητας του πετρελαίου που καταναλώνεται ετησίως στη χώρα μας. Σημειώνεται ότι 1 τόνος βιομάζας ισοδυναμεί με περίπου 0,4 τόνους πετρελαίου. Παρόλα αυτά, με τα σημερινά δεδομένα, καλύπτεται μόλις το 3% περίπου των ενεργειακών αναγκών της με τη χρήση της διαθέσιμης βιομάζας. Η βιομάζα στη χώρα μας χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή, κατά τον παραδοσιακό τρόπο, θερμότητας στον οικιακό τομέα (μαγειρική, θέρμανση), για τη θέρμανση θερμοκηπίων, σε ελαιουργεία, καθώς και, με τη χρήση πιο εξελιγμένων τεχνολογιών, στη βιομηχανία (εκκοκκιστήρια βαμβακιού, παραγωγή προϊόντων ξυλείας, ασβεστοκάμινοι κ.ά.), σε περιορισμένη, όμως, κλίμακα. Ως πρώτη ύλη σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούνται υποπροϊόντα της βιομηχανίας ξύλου, ελαιοπυρηνόξυλα, κουκούτσια ροδακίνων και άλλων φρούτων, τσόφλια αμυγδάλων, βιομάζα δασικής προέλευσης, άχυρο σιτηρών, υπολείμματα εκκοκκισμού κ.ά. Παρ όλα αυτά, οι προοπτικές αξιοποίησης της βιομάζας στη χώρα μας είναι εξαιρετικά ευοίωνες, καθώς υπάρχει σημαντικό δυναμικό, μεγάλο μέρος 41

43 του οποίου είναι άμεσα διαθέσιμο. Παράλληλα, η ενέργεια που μπορεί να παραχθεί είναι, σε πολλές περιπτώσεις, οικονομικά ανταγωνιστική αυτής που παράγεται από τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Από απογραφή που έγινε τελευταία, έχει εκτιμηθεί ότι το σύνολο της άμεσα διαθέσιμης βιομάζας στην Ελλάδα συνίσταται από περίπου τόνους υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών (σιτηρών, αραβόσιτου, βαμβακιού, καπνού, ηλίανθου, κλαδοδεμάτων, κληματίδων, πυρηνόξυλου κ.ά.), καθώς και από τόνους δασικών υπολειμμάτων υλοτομίας (κλάδοι, φλοιοί κ.ά.). Εκτός του ότι το μεγαλύτερο ποσοστό αυτής της βιομάζας δυστυχώς παραμένει αναξιοποίητο, πολλές φορές αποτελεί αιτία πολλών δυσάρεστων καταστάσεων (όπως πυρκαγιές, δυσκολία στην εκτέλεση εργασιών, διάδοση ασθενειών κ.ά.). Από τις παραπάνω ποσότητες βιομάζας, το ποσοστό τους εκείνο που προκύπτει σε μορφή υπολειμμάτων κατά τη δευτερογενή παραγωγή προϊόντων (εκκοκκισμός βαμβακιού, μεταποίηση γεωργικών προϊόντων, επεξεργασία ξύλου κ.ά.) είναι άμεσα διαθέσιμο, δεν απαιτεί ιδιαίτερη φροντίδα συλλογής, δεν παρουσιάζει προβλήματα μεταφοράς και μπορεί να τροφοδοτήσει απ ευθείας διάφορα συστήματα παραγωγής ενέργειας. Δηλαδή, μπορεί η εκμετάλλευσή του να καταστεί συμφέρουσα οικονομικά. Εικόνα 2.18: Γεωγραφική κατανομή διαθέσιμων ποσοτήτων αγροτικών υπολειμμάτων στην Ελλάδα Πηγή: ΚΑΠΕ

44 Παράλληλα με την αξιοποίηση των διαφόρων γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων, σημαντικές ποσότητες βιομάζας είναι δυνατό να ληφθούν από τις ενεργειακές καλλιέργειες. Συγκριτικά με τα γεωργικά και δασικά υπολείμματα, οι καλλιέργειες αυτές έχουν το πλεονέκτημα της υψηλότερης παραγωγής ανά μονάδα επιφανείας, καθώς και της ευκολότερης συλλογής. Στο σημείο αυτό, αξίζει να σημειωθεί ότι οι ενεργειακές καλλιέργειες αποκτούν τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερη σημασία για τις ανεπτυγμένες χώρες, που προσπαθούν, μέσω των καλλιεργειών αυτών, να περιορίσουν, πέραν των περιβαλλοντικών και ενεργειακών τους προβλημάτων, και το πρόβλημα των γεωργικών πλεονασμάτων. Όπως είναι γνωστό, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης τα γεωργικά πλεονάσματα, και τα οικονομικά προβλήματα που αυτά δημιουργούν, οδηγούν αναπόφευκτα στη μείωση της γεωργικής γης και της αγροτικής παραγωγής. Υπολογίζεται ότι, την προσεχή δεκαετία, θα μπορούσαν να αποδοθούν στις ενεργειακές καλλιέργειες εκατ. στρέμματα γεωργικής γης, προκειμένου να αποφευχθούν τα προβλήματα των επιδοτήσεων των γεωργικών πλεονασμάτων και της απόρριψης αυτών στις χωματερές, με ταυτόχρονη αύξηση των ευρωπαϊκών ενεργειακών πόρων. Εικόνα 2.19: Διάφορες πηγές βιομάζας Στη χώρα μας, για τους ίδιους λόγους, 10 εκατομμύρια στρέμματα καλλιεργήσιμης γης έχουν ήδη περιθωριοποιηθεί ή προβλέπεται να εγκαταλειφθούν στο άμεσο μέλλον. Εάν η έκταση αυτή αποδοθεί για την ανάπτυξη ενεργειακών καλλιεργειών, το καθαρό όφελος σε ενέργεια που μπορεί να αναμένεται υπολογίζεται σε 5-6 ΜΤΙΠ (1 ΜΤΙΠ= 10 6 ΤΙΠ, όπου ΤΙΠ σημαίνει: Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου) δηλαδή στο 50-60% της ετήσιας κατανάλωσης πετρελαίου στην Ελλάδα. Στον ελληνικό χώρο έχει αποκτηθεί σημαντική εμπειρία στον τομέα των ενεργειακών καλλιεργειών. Από την πραγματοποίηση σχετικών πειραμάτων και πιλοτικών εφαρμογών, προέκυψαν τα εξής σημαντικά στοιχεία: 43

45 Η ποσότητα βιομάζας που μπορεί να παραχθεί ανά ποτιστικό στρέμμα ανέρχεται σε 3-4 τόνους ξηρής ουσίας, ήτοι 1-1,6 ΤΙΠ. Η ποσότητα βιομάζας, που μπορεί να παραχθεί ανά ξηρικό στρέμμα μπορεί να φτάσει τους 2-3 τόνους ξηρής ουσίας, ήτοι 0,7-1,2 ΤΙΠ. Προκειμένου να αυξηθεί η συμβολή της βιομάζας στο ελληνικό ενεργειακό ισοζύγιο θα πρέπει να γίνουν ενέργειες όπως: Δημιουργία υποδομής για τεχνολογίες με μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης Ενίσχυση των δυνατοτήτων μικτής καύσης βιομάζας με συμβατικά καύσιμα (για παράδειγμα σε λιγνιτικούς ΑΗΣ) Αύξηση των δυνατοτήτων αξιοποίησης περισσότερων ειδών πρώτης ύλης (αξιολόγηση σχημάτων πολυτροφοδίας βιομάζας) Αντιμετώπιση του προβλήματος αποθέσεων της παραγόμενης τέφρας Ανάπτυξη σχημάτων προμήθειας και διαχείρισης καυσίμου (logistics) Αύξηση των χρηματοδοτικών επιδοτήσεων για έργα ΑΠΕ Απλοποίηση διαδικασιών αδειοδότησης έργων ΑΠΕ Οικονομικότερη ανάπτυξη αντιρρυπαντικών συστημάτων Να σημειωθούν και τα Αστικά απορρίμματα που προς το παρόν προορίζονται κυρίως για ταφή. Αυστηρότεροι περιβαλλοντικοί όροι προωθούν την ενεργειακή αξιοποίηση των αστικών απορριμμάτων μέσω: Άμεσης καύσης Εφαρμογής νέων τεχνολογιών θερμικής αξιοποίησης Παραγωγής βιοαερίου (αερίου χωματερής) Παραγωγής RDF (Refuse Derived Fuel) Καύσιμο από απορρίμματα Οι παραδοσιακές μέθοδοι θερμικής αξιοποίησης περιελάμβαναν Καύση σε υπαίθριους χώρους (ανεξέλεκτη, ανθυγιεινή, επικίνδυνη) Καύση σε κλιβάνους (τέλη 19ουαιώνα Γερμανία, Αγγλία) μείωσης όγκου στο 5-20 % -χωρίς ανάκτηση θερμότητας: Εικόνα 2.20: Ηλεκτρική ενέργεια από βιομάζα στην Ελλάδα 44

46 Εικόνα 2.21: Μονάδες συμπαραγωγής με χρήση βιομάζας στην Ελλάδα Οι ποσότητες των αγροτικών υπολειμμάτων καθώς και η δασική βιομάζα, βρίσκονται κοντά σε πιθανές εγκαταστάσεις (μέγιστη χιλιομετρική απόσταση 50 χλμ) και αποτελούν είτε το αποκλειστικό καύσιμο, σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχουν βιομηχανικά υπολείμματα, είτε συμπληρωματικό καύσιμο στις περιπτώσεις όπου αυτά υπάρχουν. Δεδομένης της χωρικής κατανομής του δυναμικού χρησιμοποιείται η γεωγραφική βάση δεδομένων του δυναμικού της βιομάζας που έχει οργανωθεί στο ΚΑΠΕ. Η βάση δεδομένων δυναμικού βιομάζας του ΚΑΠΕ περιλαμβάνει στατιστικές πληροφορίες σε επίπεδο δημοτικού διαμερίσματος καθώς και εκτιμήσεις για Τις ποσότητες βιομάζας που μένουν στο χωράφι με βάση την ετήσια γεωργική στατιστική έρευνα Τις διαθέσιμες ποσότητες βιομάζας λαμβάνοντας υπόψη σχετικούς συντελεστές διαθεσιμότητας Τα φυσικά χαρακτηριστικά των υπολειμμάτων κάθε κατηγορίας (θερμογόνος δύναμη, σχετική υγρασία) καθώς και το κόστος διάθεσης και μεταφοράς τους. Τη διαθέσιμη καύσιμη ξυλεία με βάση τις ισχύουσες διαχειριστικές μελέτες. Με βάση το γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών στο οποίο είναι ενταγμένες οι πληροφορίες του δυναμικού, είναι δυνατόν να υπολογιστούν οι σχετικές αποστάσεις από χώρους απόληψης σε χώρους καύσης για κάθε κατηγορία δυναμικού και να εκτιμηθεί το σχετικό κόστος μεταφοράς. Σαν εκμεταλλεύσιμο δυναμικό βιομάζας μπορεί να οριστεί η μέγιστη ποσότητα βιομάζας που μπορεί να αξιοποιηθεί για παραγωγή ενέργειας σε κάθε περιοχή, έτσι ώστε μετά την πώλησή της να εμφανίζει θετικό ισοζύγιο εσόδων και εξόδων. Στους 45

47 χάρτες που ακολουθούν αποτυπώνονται οι περιοχές με εκμεταλλεύσιμο δυναμικό βιομάζας. Εικόνα 2.22: Κατανομή των εκτιμώμενων θέσεων εγκαταστάσεων για παραγωγή θερμότητας από Βιομάζα Βόρεια Ελλάδα (με πράσινο παριστάνεται η δασική βιομάζα και με καφέ τα αγροτικά υπολείμματα) Εικόνα 2.23: Κατανομή των εκτιμώμενων θέσεων εγκαταστάσεων για παραγωγή θερμότητας από Βιομάζα Νότια Ελλάδα (με πράσινο παριστάνεται η δασική βιομάζα και με καφέ τα αγροτικά υπολείμματα) Βιοκαύσιμα σε εθνικό επίπεδο Βιοαιθανόλη Σαν Βιοκαύσιμα, το βιοντίζελ αντικαθιστά το ντίζελ και η βιοαιθανόλη αντικαθιστά τη βενζίνη. Παρόλα αυτά, τα ελληνικά διυλιστήρια δεν παράγουν βιαιθανόλη (Bio- 46

48 ETBE), ενώ θα έπρεπε βάση της οδηγίας της ΕΕ (Οδηγία 30/2003). Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται οι εκτιμούμενες ποσότητες που θα έπρεπε να έχουμε παράγει σαν χώρα τα τελευταία χρόνια. Ελλάδα- Βιοαιθανόλη (Οδηγία 2003/30) 2005 (2%) τόνοι 2010 (5.75%) τόνοι Πηγές: σπόροι σιτηρών καλαμπόκι σακχαρότευτλα γλυκό σόργο Δεδομένα: υψηλές επιδοτήσεις για τα σιτηρά και τον αραβόσιτο νέα ΚΑΠ (Καν. 2003/1782/ΕΚ) βιο-διυλυστήριο στη βιομηχανία της ζάχαρης κλπ. Υψηλή παραγωγικότητα για το γλυκό σόργο Εικόνα 2.24: Εκτιμώμενες ποσότητες Βιαιθανόλης που θα έπρεπε να έχουν παραχθεί στην Ελλάδα σύμφωνα με την οδηγία 30/

49 Βιοντίζελ Το βιοντίζελ, από την άλλη πλευρά, είναι το κύριο βιοκαύσιμο που παράγεται στην Ελλάδα. Η παραγωγή του ξεκίνησε πρακτικά το 2006 με την παραγωγή 1810 TJ, ενώ μια μικρή ποσότητα 16 TJ είχε ήδη παραχθεί στο τέλος του Μια μεγάλη αύξηση της παραγωγής καταγράφηκε το επόμενο έτος (2007), δηλαδή τη χρονιά που ξεκίνησε η χρήση του, με συνολική παραγωγή βιοντίζελ που έφτασε τα 3482 TJ, ενώ το 2008 υπήρξε μια πτώση στα 2890 TJ. Λειτουργεί εργοστάσιο βιοντίζελ από το 2005, και πέρα από αυτό σήμερα υπάρχουν 13 μονάδες βιοντίζελ σε λειτουργία με συνολική χωρητικότητα τόνους βιοντίζελ ετησίως, και άλλες 4 εισαγωγικές επιχειρήσεις. Ωστόσο οι ποσότητες αναμένεται να έχουν μικρή μόνο οριακή αύξηση, αν διατηρηθούν οι σημερινές συνθήκες της αγοράς (IEE, 2009 σελ 52). Στον Πίνακα 5.2 συγκεντρώνονται τα στοιχεία εγχώριας παραγωγής και κατανάλωσης βιοντίζελ μέχρι το Τα ποσοστά των απαιτήσεων διαφέρουν (πέρα από του 2005) από αυτά του εθνικού σχεδίου δράσης (Πίνακας 5.1), όμως αυτό οφείλεται στο ότι τα στοιχεία συλλέχθηκαν πριν την κατάρτιση του σχεδίου (στοιχεία μέχρι το 2008, Εθνικό σχέδιο δράσης το 2010), όταν οι καταστάσεις και προσδοκίες ήταν διαφορετικές. Πίνακας 2.12: Καταναλώσεις βιοντίζελ Ελλάδα- Βιοντήζελ (Οδηγία 2003/30) 2005 (2%) τόνοι 2010 (5.75%) τόνοι Πηγές: φυτικά έλαια (βαμβακέλαιο, σογιέλαιο, κλπ.) Ηλίανθος Ελαιοκράμβη Καπνόσπορος Τοματόσπορος 48

50 Δεδομένα: ανταγωνισμός με τρόφιμα νέα ΚΑΠ (Καν. 2003/1782/ΕΚ) εισαγωγές από Βαλκανικές χώρες, Τουρκία, κλπ. διαθέσιμες ποσότητες στην Ελληνική αγορά ικανοποιητική αποδοτικότητα για τον ηλίανθο και την ελαιοκράμβη Ενεργειακές καλλιέργειες σε ελληνικό επίπεδο Στην Ελλάδα, εξαιτίας των ευνοϊκών κλιματικών συνθηκών, πολλές καλλιέργειες προσφέρονται για ενεργειακή αξιοποίηση και δίνουν υψηλές στρεμματικές αποδόσεις. Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι του καλαμιού, της αγριοαγκινάρας, του σόργου του σακχαρούχου, του μίσχανθου, του ευκάλυπτου και της ψευδοακακίας, για τις οποίες, τα τελευταία χρόνια, γίνεται εντατική μελέτη εφαρμογής στις ελληνικές συνθήκες. Τα είδη της βιομάζας, τα οποία θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε εθνικό επίπεδο είναι: Υπολείμματα καλλιέργειας και επεξεργασίας βαμβακιού: Στην Ελλάδα χρησιμοποιούνται στρ για καλλιέργεια βαμβακιού από τα οποία παράγονται ετησίως t βαμβάκι. Από τη διεργασία αυτή προκύπτουν t αγροτικού υπολείμματος, το οποίο αντιστοιχεί σε ΤΙΠ (τόνους ισοδύναμου πετρελαίου). Εκτός αυτού, υπολείμματα παράγονται κατά τη συλλογή του βαμβακιού, τα οποία ανέρχονται σε 350 kg/km 2 και τα οποία χαρακτηρίζονται από ένα θερμικό περιεχόμενο kcal/kg. Η ετήσια παραγωγή των υπολειμμάτων αυτών φτάνει τους t, μια ποσότητα που ισοδυναμεί με ΤΙΠ. Υπολείμματα ελιάς: Τα στερεά που περιέχονται στα υγρά απόβλητα κατά τη διεργασία παραγωγής ελαιολάδου αντιστοιχούν στο 12% της σοδειάς. Η ενέργεια η οποία μπορεί να ανακτηθεί από αυτά ετησίως, εκτιμάται σε ΤΙΠ, χωρίς να υπολογίζεται η ποσότητα που χρησιμοποιείται για άλλες χρήσεις. Καλαμπόκι: Η καλλιέργεια του καλαμποκιού λαμβάνει χώρα σε στρ και παράγονται kg/km 2 ετησίως. Θεωρητικά, η ετήσια καύση των υπολειμμάτων που προκύπτουν ισοδυναμεί με ΤΙΠ. Ρύζι: Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις ρυζιού στην Ελλάδα έχουν έκταση στρ, δίνοντας ετησίως ποσότητα ρυζιού 700 kg/km 2. Κατά τη διεργασία αυτή παράγονται t υπολειμμάτων, που ισοδυναμούν με ΤΙΠ. Κάποια σημεία που πρέπει να τονιστούν: Η δυνατότητα υλοποίησης κι η βιωσιμότητα οποιουδήποτε έργου ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας εξαρτώνται, κατά πρώτον, από τα είδη βιομάζας (κλαδοδέματα, άχυρο, υπολείμματα υλοτομιών, ελαιοπυρήνας, κλπ), τη διαθεσιμότητα τους και τη δυνατότητα πρόσβασης στις 49

51 απαιτούμενες ποσότητες σε τοπικό επίπεδο (τεχνικά διαθέσιμο δυναμικό βιομάζας) και στην εξασφάλιση της (συλλογή, μεταφορά, πιθανή προεργασία) σε προσιτές τιμές (τεχνικά κι οικονομικά διαθέσιμο δυναμικό βιομάζας). Με δεδομένο ότι η βιομάζα έχει τοπικό χαρακτήρα, οι εκτιμήσεις για το τεχνικά κι οικονομικά διαθέσιμο δυναμικό βιομάζας πρέπει να αναφέρονται σε τοπικό επίπεδο, στο οποίο είναι γνωστά οι χρήσεις γης και τα καλλιεργούμενα είδη, και μπορούν να εκτιμηθούν με περισσότερη σαφήνεια οι αναμενόμενες διαθέσιμες ποσότητες υπολειμμάτων, οι αποδόσεις των ενεργειακών καλλιεργειών και τα σχετικά έσοδα των παραγωγών. Σε ευρωπαϊκό επίπεδο είναι σε εξέλιξη μια σειρά έργων με στόχο την καταγραφή του δυναμικού βιομάζας σε επίπεδο ΕΕ-27, όπως Biosynergy, BEE, Biomass futures. Οι ξηροθερμικές κι άγονες συνθήκες καθώς και το ευαίσθητο περιβάλλον του γεωργικού τομέα στην Ελλάδα καθιστά δύσκολη την αξιοποίηση της βιομάζας σε μεγάλη κλίμακα. Ωστόσο το δυναμικό της παραγωγής ενέργειας από βιομάζα είναι αρκετά ενθαρρυντικό. Προτείνεται ο συνδυασμός υπολειμματικών μορφών βιομάζας και ενεργειακών καλλιεργειών για ασφαλή τροφοδοσία των μονάδων μετατροπής, ως βέλτιστη λύση τεχνικά και οικονομικά. 2.3 Σύγκριση Χρήσης Βιομάζας σε Ελλάδα και Εξωτερικό Είναι ανησυχητική η χρήση ακατάλληλων προϊόντων βιομάζας, όπως και τα επακόλουθά της. Τα αρκετά χαμηλά ποσοστά αξιοποίησής της στη χώρα μας, αλλά και οι στόχοι αρμόδιων φορέων πχ. της Ελληνικής Εταιρίας Βιομάζας, ώστε να γίνει άμεσα πράξη το αυτονόητο, στην πλούσια σε παραγωγή πρώτων υλών Ελλάδα, είναι τα θέματα, τα οποία αναλύονται παρακάτω. Η χρήση της βιομάζας σε όλες τις εφαρμογές της (θέρμανση, ηλεκτροπαραγωγή, βιοκαύσιμα κλπ), αποτελεί μια περιβαλλοντικά φιλική επιλογή, η οποία πρέπει να συμβάλλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια της χώρας μας, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων. Ακόμα, αποτελεί και μια ιδιαίτερα οικονομική επιλογή, καθώς για παράδειγμα σε εφαρμογές θέρμανσης είναι ήδη σαφώς φθηνότερη λύση σε σχέση με το πετρέλαιο. Μέχρι σήμερα στην Ελλάδα δεν έχει αξιοποιηθεί στο βαθμό που πρέπει. Με τις αλλαγές που έγιναν στη νομοθεσία, τα κίνητρα που δόθηκαν και την παράλληλη αλματώδη αύξηση του κόστους του πετρελαίου, είναι αλήθεια ότι οι εφαρμογές της βιομάζας ειδικά για οικιακή θέρμανση έχουν αυξηθεί σημαντικά, αλλά και αρκετά άναρχα. Παρατηρείται δηλαδή, κυρίως σε οικιακές εφαρμογές θέρμανσης, το φαινόμενο χρήσης, είτε ακατάλληλου εξοπλισμού για την αξιοποίηση της, είτε ακατάλληλων προϊόντων βιομάζας. Αυτό προφανώς είναι κάτι το οποίο πρέπει να αντιμετωπιστεί άμεσα, γιατί η σωστή χρήση της βιομάζας είναι αυτή που μπορεί να πετύχει σημαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη, τόσο για τους καταναλωτές όσο και για την οικονομία γενικότερα. 50

52 Η Ελλάδα έχει καθυστερήσει σημαντικά και στην αξιοποίηση του πλούσιου δυναμικού βιομάζας που διαθέτει. Μέχρι τώρα έχουν γίνει κάποια θετικά πρώτα βήματα σε επίπεδο νομοθεσίας και κινήτρων και ασφαλώς υπάρχουν αξιόλογες εφαρμογές (κυρίως σε εφαρμογές βιοκαυσίμων και βιοαερίου), όμως βρισκόμαστε ακόμα πολύ πίσω σε σύγκριση με άλλες χώρες. Για παράδειγμα, ως προς την τελική κατανάλωση ενέργειας, συγκριτικά είμαστε μόλις στην 19η θέση στα 27 κράτη μέλη της Ε.Ε. Δηλαδή, η συμμετοχή της βιομάζας στη χώρα μας είναι μόλις στο 5% περίπου, ενώ σύμφωνα με μελέτη του ΚΑΠΕ είναι εφικτό να καλύπτει το 75% των συνολικών αναγκών μας σε ενέργεια. Αντίστοιχα, όσον αφορά την ηλεκτροπαραγωγή θα διαθέτουμε αισίως εγκατεστημένη ισχύ περί τα 90 MW στο τέλος του 2016, έναντι στόχου 350 MW μέχρι το Σημαντικό μειονέκτημα σε σύγκριση με άλλες ευρωπαϊκές χώρες είναι ότι μέχρι τώρα έχουμε κυρίως παραδοσιακές εφαρμογές χαμηλής ενεργειακής απόδοσης (π.χ χρήση βιομάζας σε ανοικτές εστίες- τζάκια), ενώ θα πρέπει να εστιάσουμε σε τεχνολογικά πιο εξελιγμένες εφαρμογές (βιοκαύσιμα, ηλεκτροπαραγωγή, παραγωγή πέλετς κλπ). Παράλληλα, πρέπει να αξιοποιήσουμε τα συγκριτικά μας πλεονεκτήματα όπως η γεωργική παραγωγή. Ως χώρα, έχουμε ένα πολύ αξιόλογο δυναμικό, τόσο για αξιοποίηση δασικών και αγροτικών υπολειμμάτων, όσο και για νέες καλλιέργειες ενεργειακών φυτών υψηλής απόδοσης, κάποια από τα οποία ευνοούνται από τις εγχώριες κλιματολογικές συνθήκες σε σύγκριση με χώρες του Ευρωπαϊκού Βορρά. Στην Ελλάδα υπάρχει, μέχρι σήμερα, μια αξιόλογη ανάπτυξη στην παραγωγή βιοντίζελ με πρώτες ύλες ελαιοκράμβη και ηλίανθο, ενώ έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται εφαρμογές στερεής βιομάζας για θέρμανση με πρώτη ύλη κυρίως από ελαιοπυρηνόξυλο και δασικά υπολείμματα. Επιπλέον, υπάρχουν και εφαρμογές ηλεκτροπαραγωγής κυρίως με βιοαέριο από ΧΥΤΑ. Βασικός στόχος, όπως προαναφέρθηκε, πρέπει να είναι η ανάπτυξη τεχνολογικά πιο προηγμένων εφαρμογών αξιοποίησης της βιομάζας, με παράλληλη ανάπτυξη εγχώριας τεχνογνωσίας, όπως να υπάρξει περαιτέρω ανάπτυξη στην παραγωγή βιοκαυσίμων, την ηλεκτροπαραγωγή και τη συστηματική καλλιέργεια και αξιοποίηση ενεργειακών φυτών και γεωργικών υπολειμμάτων. Συγκεκριμένα, ως προς την ανάπτυξη του γεωργικού τομέα η βιομάζα μπορεί να διαδραματίσει πολύ σημαντικό ρόλο, συνεκτιμώντας μάλιστα ότι το 60% περίπου της συνολικής εκμετάλλευσης, επιστρέφει ως εισόδημα στον αγροτικό πληθυσμό. Παράλληλα είναι αναγκαίο, κυρίως όσον αφορά στις εφαρμογές θέρμανσης, να δημιουργηθεί άμεσα ένας ιδιωτικός φορέας ελέγχου, εποπτευόμενος από το Δημόσιο, για τον έλεγχο τήρησης των προδιαγραφών της παραγόμενης βιομάζας, αλλά και του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται για την αξιοποίησή της. Και βέβαια θα πρέπει στην Ελλάδα, να υπάρχει παρακολούθηση της εφαρμογής της υφιστάμενης περιβαλλοντικής νομοθεσίας, π.χ. ως προς τα κατάλοιπα φυτικής ή ζωικής παραγωγής (απόβλητα ελαιοτριβείων, τυροκομείων κλπ) τα οποία σήμερα σε μεγάλο βαθμό είναι ανεξέλεγκτα και καταλήγουν σε υδατικούς φορείς καταστρέφοντας το περιβάλλον, ενώ θα μπορούσαν να αποτελούν πρώτες ύλες για την παραγωγή ενέργειας. 51

53 2.4 Νομικό Πλαίσιο για την ανάπτυξη ΑΠΕ-Βιομάζας σε Ευρώπη και Ελλάδα Στις αρχές του 2008, η Ευρωπαϊκή Ένωση υιοθέτησε ένα νέο στρατηγικό στόχο για την ενεργειακή της πολιτική, που είναι γνωστός και ως τα τρία 20 έως το Ο στόχος αυτός προβλέπει τα εξής για όλα τα κράτη-μέλη: 20% μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου σε σχέση με τα επίπεδα του 1990 σύμφωνα με την Οδηγία 2009/28/ΕΚ, 20% διείσδυση των ΑΠΕ στην ακαθάριστη τελική κατανάλωση ενέργειας σύμφωνα με την Οδηγία 2009/28/ΕΚ και 20% εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας (Εφημερίδα της Κυβέρνησης, 2010, σελ 1). Η Ελλάδα, που έχει δεσμευτεί και αυτή ως κράτος μέλος της Ε.Ε., ήταν υποχρεωμένη να καθορίσει με σαφήνεια τον τρόπο επίτευξης των στόχων αυτών. Οπότε, έχουν γίνει μεγάλες αλλαγές στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές με διάφορους νόμους, οι οποίοι απλοποιούν σε μεγάλο βαθμό τις διαδικασίες αδειοδότησης για ηλεκτροπαραγωγή. Με άλλα λόγια, το θεσμικό πλαίσιο για την ανάπτυξη των εφαρμογών της βιομάζας στην παραγωγή ενέργειας είναι ευνοϊκό. Ο αναπτυξιακός νόμος, που ισχύει, προβλέπει ικανοποιητικές επιδοτήσεις στις περιπτώσεις που η βιομάζα χρησιμοποιείται για παραγωγή ενέργειας, ενώ οι διαδικασίες πώλησης της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από βιομάζα στη ΔΕΗ, ρυθμίζονται από το Νόμο 2244/94. Με την Υπ. Απ. 8295/95 ρυθμίζονται διάφορα θέματα αδειοδοτήσεων κ.ά. Ακόμα, το Υπουργείο Ανάπτυξης με το επιχειρησιακό πρόγραμμα Ενέργειας χρηματοδότησε πολλές επενδύσεις στον τομέα της αξιοποίησης των Α. Π. Ε. και βεβαίως της βιομάζας. Από το Υπουργείο Γεωργίας παρέχονται επίσης επιδοτήσεις για τις εφαρμογές της βιομάζας (αλλά και άλλων Α.Π.Ε.) στη θέρμανση θερμοκηπίων. Τέλος, με μια άλλη εγκύκλιο, το Υπουργείο Γεωργίας χορηγεί επίσης ενισχύσεις για την επεξεργασία αποβλήτων κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνεται και η αναερόβια χώνευση τους. Η Ε.Ε. έχει θέσει βασικούς στόχους για το έτος 2020, οι οποίοι θα επιτευχθούν με τη χρήση αρκετών μέτρων. Πιο συγκεκριμένα, για τη βιομάζα έχουν τεθεί οι παρακάτω στόχοι: η ηλεκτροπαραγωγή να καλύπτεται σε ποσοστό 9% από τεχνολογίες αξιοποίησης βιομάζας, οι μεταφορές να καλύπτονται από ΑΠΕ σε ποσοστό 16% και από αυτό το 90% να αναφέρεται στη βιομάζα εννοώντας τα βιοκαύσιμα (Γερασίμου Α., 2011, σελ 3) και οι ανάγκες θέρμανσης και ψύξης να καλύπτονται από ΑΠΕ σε ποσοστό 89% και από αυτό το ποσοστό το 30% να αναφέρεται στη βιομάζα 52

54 Η Ευρωπαϊκή Ένωση επίσης χορηγεί ενισχύσεις για την εφαρμογή των Α.Π.Ε. και βεβαίως της βιομάζας, μέσω διαφόρων προγραμμάτων που αφορούν έρευνα και ανάπτυξη, πιλοτικές εφαρμογές, ενημέρωση και διδασκαλία κ.ά Στο πλαίσιο υιοθέτησης συγκεκριμένων αναπτυξιακών και περιβαλλοντικών πολιτικών, η Ελληνική κυβέρνηση, με το Νόμο 3851/2010 (τροποποίηση του νόμου 3468/2006, ΦΕΚ Α / ) προχώρησε στην αύξηση του εθνικού στόχου συμμετοχής των ΑΠΕ στην τελική κατανάλωση ενέργειας στο 20%, ο οποίος και εξειδικεύεται σε: 40 % συμμετοχή των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή, 20 % σε ανάγκες θέρμανσης-ψύξης και 10 % στις μεταφορές (Υπουργείο Περιβάλλοντος Ενέργειας και Κλιματικής Αλλαγής, 2010b, σελ 1). Σύμφωνα με το ν. 3851/2010, η άδεια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χορηγείται από τη ΡΑΕ και απαλλάσσονται από τη χορήγηση άδειας παραγωγής έργα γεωθερμίας μέχρι 0,5 MW, βιομάζας μέχρι 1MW, φωτοβολταϊκά ή ηλιοθερμικά μέχρι 1MW, αιολικά μέχρι 100kW, ΜΥΗΕ μέχρι 50kW. (Πηγή: ΡΑΕ Αθήνα ) Παρακάτω παρουσιάζονται τυπικές τιμές παραμέτρων υλοποίησης έργων βιομάζας στην Ελλάδα (αναφέρονται μόνο αυτά που είναι σχετικά με τη μονάδα που θα κατασκευαστεί): Τεχνολογία-κατηγορία έργου Βιομάζα που αξιοποιείται μέσω θερμικών διεργασιών (καύση, αεριοποίηση, πυρόλυση), από σταθμούς με εγκατεστημένη ισχύ 5 MW (εξαιρουμένου του βιοαποδομήσιμου) Τυπικές τιμές παραμέτρων υλοποίησης έργων ΑΠΕ στην Ελλάδα CAPEX ( /kw) (κόστος επένδυσης) OPEX (% CAPEX) (ετήσιο κόστος λειτουργίας, συντήρησης) Συντελεστής χρησιμοποίησης (%) ,5% 90% Πίνακας 2.13: Τυπικές τιμές παραμέτρων υλοποίησης έργων βιομάζας στην Ελλάδα 53

55 Κεφάλαιο 3 Εμπορική μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού θερμότητας από βιομάζα 100 kw και οικιακή μονάδα βιομάζας 10 KW Εμπορική μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμούθερμότητας από βιομάζα ισχύος 100 kw. Στην Ελλάδα τα τελευταία χρόνια παρατηρείται κάποιο επενδυτικό ενδιαφέρον σχετικά με την κατασκευή μονάδων βιομάζας με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και την διάθεσή της στο δίκτυο, εξαιτίας του ευνοϊκού καθεστώτος τιμολόγησής της. Οι μονάδες μικρότερες του 1MW, οι οποίες μέχρι τώρα δεν παρουσίαζαν ενδιαφέρον, έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς λόγω των νέων τεχνολογιών που αναπτύχθηκαν. Σήμερα, διατίθενται στην αγορά εξοπλισμοί μικρών μονάδων με υψηλή απόδοση και χαμηλότερο κόστος σε σχέση με την προηγούμενη δεκαετία. Αναμένεται ιδιαίτερο ενδιαφέρον για μονάδες μικρότερες των 300kW στις οποίες είναι πιο εύκολο να εξασφαλισθεί η απαιτούμενη πρώτη ύλη σε σχέση με τις μεγαλύτερες μονάδες. Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε αυτές τις μονάδες παραγωγής είναι η αεριοποίηση σε συνδυασμό με κινητήρα εσωτερικής καύσης λόγω της απλότητας του συστήματος, την άνετη διαχείρισή του ακόμη και από μη εξειδικευμένο προσωπικό, το μικρό κόστος του, το εύκολο service και την μεγάλη ποικιλία πρώτης ύλης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Η μονάδα λειτουργεί 24 ώρες την ημέρα σε αντίθεση, για παράδειγμα, με τα φωτοβολταϊκά συστήματα που η λειτουργία τους καθορίζεται από την ηλιοφάνεια. 54

56 Εικόνα 3.10 Μονάδα βιομάζας 100 kw Εικόνα 3.11 Μονάδα βιομάζας με πρώτη ύλη wood chips Συγκεκριμένα, τα χαρακτηριστικά των παραπάνω μονάδων παραγωγής είναι τα εξής: Το μικρό τους μέγεθος που κυμαίνεται από 50 έως 300kW. Το μικρό κόστος εγκατάστασης. 55

57 Η ευκολία διαχείρισης και η ευελιξία τους. Η μικρή απαίτηση σε ώρες εργασίας ημερησίως. Οι χαμηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και διοξειδίου του θείου (SO 2 ). Το μικρό αναγκαίο ανθρώπινο δυναμικό (1-2 άτομα προσωπικό για την συντήρηση και τον έλεγχο της εγκατάστασης). To μικρό κόστος διασύνδεσης αφού έως 100kW μπορεί να συνδεθεί με το δίκτυο Χαμηλής Τάσης και από 100kW και πάνω με αυτό της Μέσης Τάσης (δεν απαιτούνται ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στο χώρο εγκατάστασης, άρα μπορεί να επιλεχθεί σημείο πλησίον δικτύου με κατάλληλα χαρακτηριστικά με συνέπεια το χαμηλό κόστος διασύνδεσης). Ο εξοπλισμός της εγκατάστασης παρέχεται τμηματικά ανάλογα με την συνολική ισχύ της εγκατάστασης. Το μέγεθος του κάθε τμήματος (module) εξασφαλίζει τη δυνατότητα της εγκατάστασης του σε κτήριο ή στέγαστρο μικρής επιφάνειας και ελαχίστων υποδομών. Η θέση της εγκατάστασης ομοίως δύναται να χωροθετηθεί οπουδήποτε ευνοεί τον επενδυτή τόσο από θέμα κόστους και αδειοδότησης όσο και για λόγους γειτνίασης με το δίκτυο Τμήματα εγκατάστασης Τα βασικά τμήματα της εγκατάστασης είναι τα παρακάτω: 1. Χώρος αποθήκευσης της πρώτης ύλης και δοχείο ξήρανσής της 2. Αεριοποιητής ή αντιδραστήρας 3. Σύστημα φιλτραρίσματος 4. Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος 5. Επιμέρους έργα υποδομής και σύστημα ασφαλείας 56

58 Συνοπτικά, η εγκατάσταση παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα: Εικόνα 3.12 Συνοπτική παρουσίαση της μονάδας Πρώτη ύλη βιομάζας. Ως πρώτη ύλη για την λειτουργία των μονάδων παραγωγής θα χρησιμοποιηθούν τα θρύμματα ξύλου (wood chips). Όπως αναλύθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, τα wood chips είναι μικρά κομμάτια ξύλου που έχουν κοπεί σε μήκη από 5mm έως 50mm και προτιμώνται έναντι μεγαλύτερων κομματιών ως πρώτη ύλη καθώς τα μεγαλύτερα κομμάτια μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα στο σύστημα τροφοδοσίας και υπάρχουν περιορισμοί όσον αφορά το μέγεθός τους. Έτσι, ο προμηθευτής των wood chips πρέπει να προβλέψει το μέγεθός τους ώστε να ικανοποιεί τις απαιτήσεις της εγκατάστασης. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν σε σχέση με άλλες πηγές πρώτης ύλης (για παράδειγμα pellets), είναι: Το χαμηλότερο κόστος τους ανά κιλοβατώρα (kwh). Η εύκολη προέλευσή τους και η διαθεσιμότητά τους (Αυτό, αποτελεί συχνά βασικό λόγο για να εγκαταστήσουμε αντιδραστήρα wood chips.). 57

59 Εικόνα 3.13 wood chips Χώρος αποθήκευσης. Στο χώρο αυτό τοποθετείται η πρώτη ύλη με σκοπό να διατηρεί τις επιθυμητές ιδιότητες (υγρασία μικρότερη του 15%), μέχρι τη στιγμή που θα οδηγηθεί στον αεριοποιητή για να ξεκινήσει η διαδικασία της αεριοποίησης. Η τροφοδοσία της πρώτης ύλης γίνεται αυτόματα με μεταφορικές ταινίες ή ειδικά αναβατόρια. Το πρώτο στάδιο είναι η παραλαβή και το ζύγισμα της βιομάζας. Οι προμηθευτές μεταφέρουν την βιομάζα σαν πρώτη ύλη στην μονάδα, η οποία στη συνέχεια ζυγίζεται και οδηγείται στον αποθηκευτικό χώρο. Η πρώτη ύλη αποθηκεύεται στο υπόστεγο σε διαφορετικό χώρο ανά είδος. Στην περίπτωσή μας η πρώτη ύλη είναι θρύμματα- ροκανίσματα ξύλου (wood chips) τα οποία λαμβάνονται σε διαμέτρους 5-20mm και μήκος 40-70mm, και κατόπιν οδηγούνται στον τεμαχιστή που βρίσκεται εντός του υπόστεγου όπου αποκτούν ακόμη μικρότερη διάμετρο, περίπου 2-8mm. Τέλος, η απαιτούμενη ποσότητα βιομάζας για την κάλυψη των ημερήσιων αναγκών της μονάδας, οδηγείται με μηχανικό φορτωτή στο χώρο υποδοχής της πρώτης ύλης, και στη συνέχεια στα επόμενα στάδια παραγωγής. Δοχείο ξήρανσης. Το δοχείο Ξήρανσης (container) είναι ένα σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί ζεστό νερό που ανακτάται από την μηχανή εσωτερικής καύσης για να δημιουργήσει ζεστό αέρα. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν εναλλάκτη θερμότητας που έχει εγκατασταθεί κοντά στην μηχανή. Ο θερμός αέρας διοχετεύεται από τον ανεμιστήρα (ηλεκτρικό μοτέρ αέρα) μέσω αεραγωγού στο δοχείο ξηράνσεως με μια κατασκευή εξαερισμού στο πυθμένα που υποδέχεται την Α ύλη για την διαδικασία ξήρανσης. 58

60 Εικόνα 3.14 Εναλλάκτης θερμότητας (πάνω) και σύστημα ξήρανσης (κάτω) Αεριοποιητής ή αντιδραστήρας. Οι τρεις θερμοχημικές διαδικασίας μετατροπής της βιομάζας, όπως αναφέρθηκε και στο πρώτο κεφάλαιο, είναι η άμεση καύση, η πυρόλυση και η αεριοποίηση. Η καθοριστική παράμετρος που ευνοεί μία διαδικασία έναντι μιας άλλης είναι η παροχή αέρα προς την πρώτη ύλη βιομάζας. Όταν το οξυγόνο είναι σε περίσσεια σε σύγκριση με τον εφοδιασμό της βιομάζας, τότε πλήρης καύση λαμβάνει χώρα. Όταν η ποσότητα της παροχής οξυγόνου δεν είναι επαρκής (μικρότερη από την απαιτούμενη στοιχειομετρική καύση), τότε λαμβάνει χώρα η αεριοποίηση. Τέλος, η πυρόλυση είναι μια διαδικασία η οποία λαμβάνει χώρα με την απόλυτη απουσία οξυγόνου. Η θερμοχημική διαδικασία μετατροπής βιομάζας που επιλέγεται στην περίπτωσή μας, είναι η αεριοποίηση λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει σε σχέση με τις άλλες δύο μεθόδους. Αεριοποίηση έναντι καύσης. Κατά τη διάρκεια της καύσης έχουμε υψηλή παροχή οξυγόνου και έτσι το αέριο που παράγεται από την διαδικασία είναι ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα, νερού, αζώτου και διοξειδίου του θείου. Αυτές οι χημικές ενώσεις δεν μπορούν να χαρακτηριστούν ως καύσιμη ύλη και έτσι ο μόνος τρόπος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μέσω της παραγωγής ατμού και της χρήσης του σε ατμοστρόβιλο, όπως συμβαίνει στην καύση συμβατικού άνθρακα. Στην αεριοποίηση το αέριο που παράγεται από την διαδικασία είναι ένα χημικό μίγμα που περιλαμβάνει μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, μεθάνιο και άλλους υδρογονάνθρακες οι οποίοι είναι εύφλεκτοι και αποτελούν καύσιμη ύλη. Ως 59

61 αποτέλεσμα, το βιοαέριο (syngas) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε μηχανές εσωτερικής καύσης και τουρμπίνες, οι οποίες έχουν μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης (περίπου %) σε σχέση με τους ατμοστροβίλους που φθάνουν το 25%. Έτσι, η αεριοποίηση αποτελεί πιο αποδοτική μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με την καύση. Επίσης, εκτός από το καύσιμο αέριο σύνθεσης, η αεριοποίηση είναι μια διαδικασία που παράγει ταυτόχρονα και διάφορα άλλα υποπροϊόντα, όπως το εξανθράκωμα. Σε μονάδες αεριοποίησης το εξανθράκωμα θεωρείται ως εμπορεύσιμο προϊόν (ως πρόσθετη ύλη για τα εργοστάσια τσιμέντου) και δεν απομακρύνεται όπως γίνεται στις μονάδες άμεσης καύσης. Η ποσότητα εξανθρακώματος που θα παραχθεί εξαρτάται από τον τύπο του αεριοποιητή. Συνεπώς η βέλτιστη επιλογή αεριοποιητή είναι μία πρόκληση για αυτές τις μονάδες καθώς πρέπει να επιτευχθεί υψηλή ενεργειακή απόδοση και επαρκής ποσότητα εξανθρακώματος. Τέλος, το αέριο σύνθεσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων καυσίμων όπως βιοαιθανόλης και βιοντίζελ. Αντιθέτως, τα καυσαέρια από την καύση της βιομάζας μπορούν να αξιοποιηθούν μόνο σε τουρμπίνες ατμού με θερμική αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχομένου τους. Μια πτυχή αυτής της σύγκρισης που ευνοεί σίγουρα τις διαδικασίες καύσης, έχει να κάνει με την ωριμότητα της τεχνολογίας και τη σχέση κόστους-απόδοσης, ειδικά για έργα μικρότερης κλίμακας. Ακόμα και αν πολλές μονάδες αεριοποίησης βιομάζας έχουν εγκατασταθεί τα τελευταία 20 χρόνια και λειτουργούν με οικονομικά οφέλη και επιτυχία, εξακολουθεί να θεωρείται νέα τεχνολογία, σε σύγκριση με την καύση βιομάζας η οποία έχει χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για την παραγωγή ενέργειας για τουλάχιστον ενάμιση αιώνα. Αεριοποίηση έναντι πυρόλυσης. Κατά την αεριοποίηση βιομάζας, συμβαίνει μερική οξείδωσή της καθώς η ποσότητα οξυγόνου που προσφέρεται κατά την καύση είναι μικρότερη από την απαιτούμενη για την εκπλήρωση πλήρους καύσης. Στην πυρόλυση είναι απαραίτητο να διατηρηθούν συνθήκες έλλειψης οξυγόνου. Κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης, η βιομάζα θερμαίνεται μέχρι να υγροποιηθεί και τα πτητικά αέρια που περιέχει να εξέλθουν από τη στερεή μάζα. Τα πτητικά αέρια στη συνέχεια συμπυκνώνονται και παράγεται τελικά ένα υγρό βιοκαύσιμο, που ονομάζεται βιοέλαιο. Το αέριο σύνθεσης και το βιοέλαιο έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά (δυνατότητα για χρήση σε κινητήρες και στροβίλους, μεταφορά μέσω του δικτύου σωληνώσεων, δυνατότητα χρήσης ως πρώτη ύλη για την παραγωγή άλλων καυσίμων ή χημικών ουσιών). Το βασικό όμως μειονέκτημα της πυρόλυσης αφορά την ωριμότητα της παραγωγικής διαδικασίας. Η κατασκευή μονάδων πυρόλυσης βιομάζας βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο παραγωγής καθώς υπάρχουν σοβαρά θέματα που πρέπει να επιλυθούν. Αυτά αφορούν την ποιότητα του παραγόμενου βιοελαίου, το οποίο θεωρείται διαβρωτικό υλικό, καθώς και την ανάγκη ύπαρξης ρυθμιστών σταθερής ροής κατά την τροφοδότησή του στους κινητήρες. Για αυτούς τους λόγους, η μεταφορά και η αποθήκευση του βιοελαίου είναι προβληματική. Τα παραπάνω προβλήματα δεν εμφανίζονται στις μονάδες αεριοποίησης. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται συνοπτικά τα χαρακτηριστικά των τριών μεθόδων ενεργειακής μετατροπής βιομάζας: 60

62 Χημική διεργασία Παροχή οξυγόνου Εύρος θερμοκρασιών Κύρια προϊόντα Αεριοποίηση Καύση Λιγότερη από την στοιχειομετρική Περισσότερη από την στοιχειομετρική o C Πυρόλυση Πλήρης απουσία ο C Αέριο σύνθεσης Θερμότητα εξανθράκωμα ο C θερμότητα Βιοέλαιο Θερμότητα εξανθράκωμα Πίνακας 3.1 Χαρακτηριστικά των τριών μεθόδων ενεργειακής μετατροπής βιομάζας Εικόνα 3.15 Αντιδραστήρας - αεριοποιητής Η θερμοχημική διαδικασία μετατροπής της πρώτης ύλης βιομάζας σε αέριο σύνθεσης (syngas) λαμβάνει χώρα στον αντιδραστήρα αεριοποίησης που ονομάζεται και αεριοποιητής. Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας του αεριοποιητή υπάρχουν οι παρακάτω τύποι αεριοποιητών (αντιδραστήρων): Αεριοποιητές σταθερής κλίνης. Στους σταθερής κλίνης αεριοποιητές βιομάζας, η πρώτη ύλη τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα από την κορυφή του, μέσω ενός ανοίγματος στην κεφαλή του, και κινείται προς τα κάτω με τη βαρύτητα. Ανάλογα 61

63 με τον τρόπο με τον οποίο το μέσο αεριοποίησης (αέρας, οξυγόνο ή ατμός) εισάγεται στον αντιδραστήρα, τα σταθερής κλίνης συστήματα διακρίνονται στους αεριοποιητές αναρροής (updraft) ή ανοδικού ρεύματος, τους αεριοποιητές καταρροής (downdraft) ή καθοδικού ρεύματος και τέλος τους αεριοποιητές οριζόντιας ροής (crossdraft). Σε γενικές γραμμές, η αποδιδόμενη θερμική ισχύς των updraft αεριοποιητών είναι λιγότερο από 10 MW th, για τους downdraft είναι λιγότερο από 2 MW th ενώ οι crossdraft χρησιμοποιούνται σε πολύ μικρές εγκαταστάσεις της τάξης των 10 kw th. Αεριοποιητές ρευστοποιημένης κλίνης. Οι ρευστοποιημένης κλίνης (fluidized bed) αεριοποιητές λειτουργούν με βάση το ρευστοποιημένο μείγμα αδρανούς υλικού και βιομάζας. Το υλικό κλίνης αποτελείται συνήθως από κόκκους αδρανών υλικών άμμου, δολομίτη ή αλουμίνας. Μπορεί επίσης να είναι καταλυτικώς δραστικό κατά τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να βελτιστοποιηθεί η μετατροπή της βιομάζας σε αέριο σύνθεσης. Η βιομάζα τροφοδοτείται στον αντιδραστήρα από ένα σημείο κοντά στον πυθμένα του. Αεριοποιητές εξαναγκασμένης ροής. Το κύριο χαρακτηριστικό της αεριοποίησης εξαναγκασμένης ροής είναι η απαίτηση για την κλάση κοκκομετρίας της βιομάζας, και συγκεκριμένα για κόκκους μικρότερους του 0,1mm. Αυτό το μέγεθος καθιστά τη βιομάζα ευκολότερο να παρασυρθεί από το μέσο αεριοποίησης. Η βιομάζα μπορεί να εισαχθεί στον αντιδραστήρα είτε σε ξηρή μορφή ή ακόμη και ως πολτός (κονιοποιημένη βιομάζα αναμεμιγμένη με το νερό). Ο χρόνος παραμονής της βιομάζας στο εσωτερικό του αντιδραστήρα είναι μόνο λίγα δευτερόλεπτα και, συνεπώς, προκειμένου να επιτευχθούν υψηλά ποσοστά μετατροπής, εφαρμόζονται υψηλότερες θερμοκρασίες ( C). Σε αυτά τα επίπεδα θερμοκρασίας, η σχηματιζόμενη τέφρα τήκεται, κρυώνει και τελικά συσσωρεύεται ως σκωρία. Εικόνα 3.16 Τύποι αεριοποιητών - μηχανολογικό σχέδιο 62

64 Εικόνα 3.17 Τεχνικά χαρακτηριστικά τύπων αντιδραστήρων Για μεγέθη ισχύος από 10KW έως 2MW οι πιο κατάλληλοι για χρήση είναι οι αεριοποιητές σταθερής κλίνης καθοδικού ρεύματος (downdraft). Η πρώτη ύλη θα πρέπει να έχει περιεχόμενο υγρασίας από % (υγρή βάση), το μέγεθος τεμαχιδίων θα πρέπει να είναι από 2-20cm και το περιεχόμενο στάχτης θα πρέπει να είναι μικρότερο του 6% κατά βάρος σε ξηρή βάση. Στους αντιδραστήρες καθοδικού ρεύματος επιτυγχάνεται : Απόδοση 65-75% (κρύο αέριο) Μεγάλες θερμοκρασίες λειτουργίας Υψηλή θερμοκρασία εξόδου του αερίου (600 o C) Παραγωγή αερίου με μικρή ποσότητα πίσσας Παραγόμενο αέριο κατάλληλο για χρήση στις μηχανές εσωτερικής καύσης Τα βασικότερα μειονεκτήματα χρήσης του αντιδραστήρα καθοδικού ρεύματος, είναι: Παραγωγή αερίου με μεγάλη ποσότητα τέφρας και σωματιδίων Υψηλές απαιτήσεις όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της πρώτης ύλης βιομάζας Δεν είναι δυνατή η κλιμάκωση μεγέθους 63

65 Εικόνα 3.18 Downdraft αντιδραστήρας Το παραγόμενο αέριο (syngas) έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Κατώτερη θερμογόνος δύναμη Kj/Nm 3 Θερμοκρασία o C Πίσσα g/nm 3 Πίνακας 3.2 Χαρακτηριστικά παραγόμενου αερίου (syngas) Η διαδικασία αεριοποίησης περιλαμβάνει τα εξής στάδια: Ξήρανση. Στη ζώνη ξήρανσης, η υγρασία εξατμίζεται (το ποσοστό που παραμένει στην πρώτη ύλη) μέσω της θερμότητας από τις κατώτερες ζώνες σε μία θερμοκρασία ο C. Οι ατμοί που δημιουργούνται κινούνται προς τα κάτω και αναμειγνύονται με ατμούς που προέρχονται από την ζώνη οξείδωσης. Ένα μέρος των ατμών μετατρέπεται σε οξυγόνο σύμφωνα με την ακόλουθη χημική αντίδραση С + H 2 O CO + H 2 ενώ το υπόλοιπο συγκρατείται στο αέριο παραγωγής. Πυρόλυση. Στη φάση της πυρόλυσης οι θερμοκρασίες φτάνουν τους o C. Κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης, τα μεγάλα μόρια, όπως η κυτταρίνη, λιγνίνη και πολυκυτταρίνη, διασπώνται (μέσω αλυσιδωτής αντίδρασης) σε υδρογονάνθρακες και άνθρακα (κάρβουνο). Στη συνέχεια, κατευθύνονται προς τα κάτω σε θερμότερες περιοχές εντός του αεριοποιητή. 64

66 Οξείδωση. Η τρίτη ζώνη είναι η ζώνη της καύσης όπου η διεργασία τροφοδοτείται με αέρα και οι θερμοκρασίες είναι της τάξης των 1200 o C. Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν μέρος στον αεριοποιητή σε αυτή τη ζώνη, είναι οι παρακάτω : С + O 2 CO 2 H + ½ O 2 H 2 O Αναγωγή. Στη ζώνη της αναγωγής η θερμική ενέργεια που παράγεται στο στάδιο της οξείδωσης μετατρέπεται σε χημική, σύμφωνα με τις παρακάτω χημικές εξισώσεις: C + CO 2 2CO C + H 2 O CO + Η 2 CO + Η 2 C + H 2 O C + 2H 2 CH 4 (μεθάνιο ) CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O Αυτές οι αντιδράσεις είναι ενδόθερμες και καθορίζουν την τελική σύσταση του αερίου παραγωγής. Η θερμοκρασία εξόδου του αερίου από τον αεριοποιητή είναι o C και με κατάλληλη επεξεργασία και καθαρισμό μπορεί πλέον να οδηγηθεί στη μηχανή εσωτερικής καύσης. Η θερμότητα που απαιτείται για να πραγματοποιηθούν οι φάσεις της ξήρανσης και της πυρόλυσης της βιομάζας λαμβάνεται βασικά με ακτινοβολία από την περιοχή της οξείδωσης και εν μέρει με μεταφορά. Εικόνα 3.19 Διεργασίες αεριοποίησης σε αντιδραστήρα καθοδικού ρεύματος 65

67 Εικόνα 3.20 Αντιδραστήρας καθοδικού ρεύματος Σύστημα καθαρισμού και ψύξης. Το σύνθετο αέριο που παράχθηκε κατά την διαδικασία της αεριοποίησης πρέπει να υποστεί περαιτέρω επεξεργασία προτού φθάσει στην μηχανή εσωτερικής καύσης όπου θα καεί. Το υπό εξέταση στάδιο καθαρισμού είναι απαραίτητο για την αύξηση της απόδοσης της μονάδας αλλά και για την προστασία των μηχανικών μέρων της. Το βιοαέριο αποτελείται από μίγμα χημικών στοιχείων (άζωτο, υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο) καθώς και από τέφρα και πίσσα και περνάει από το σύστημα καθαρισμού προκειμένου να γίνει αποδοτικότερο για την καύση. Η διαδικασία καθαρισμού περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: Απομάκρυνση τέφρας. Η κύρια πηγή τέφρας είναι τα μεταλλικά στοιχεία της βιομάζας και το εξανθράκωμα που προκύπτει λόγω της ατελούς καύσης. Η ποσότητα τέφρας είναι μικρή αλλά όχι αμελητέα και πρέπει να απομακρυνθεί. Αρχικά η τέφρα απομακρύνεται ως παραπροϊόν της διαδικασίας της αεριοποίησης από τον πυθμένα του αντιδραστήρα και σε επόμενο στάδιο απομακρύνεται από το σύστημα φίλτρων πολυκυκλώνων οι οποίοι συγκρατούν την ιπτάμενη τέφρα από το βιοαέριο. Αυτή η μικρή ποσότητα τέφρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα σε αγροτικές καλλιέργειες συνεπώς δεν πηγαίνει ανεκμετάλλευτη. Εξευγενισμός βιοαερίου. Οι χημικές προσμίξεις του βιοαερίου αφαιρούνται με διαδικασίες εξευγενισμού. Μετά την απομάκρυνση της τέφρας μέσω των διατάξεων των πολυκυκλώνων το αέριο σύνθεσης οδηγείται προς ψύξη μέσω αέρα. Αυτή, κατ' αρχάς πραγματοποιείται στο AirCooler, το οποίο ψύχει το αέριο σε περίπου 250 C. Το χοντρό καθάρισμα του αερίου πραγματοποιείται μέσω φίλτρου. Μετά από την πορεία φιλτραρίσματος το αέριο ψύχεται στους 25 C ή και χαμηλότερα σε τρεις συνεχιζόμενους κελυφώδεις σωλήνες (Εναλλάκτες Θερμότητας), ψύχεται με νερό από τον πύργο ψύξης και κρύο νερό από το Ψυκτικό Συγκρότημα αντίστοιχα. Εν συνεχεία οδηγείται σε διάταξη συγκράτησης πίσσας, καθώς οι σημαντικότεροι 66

68 ρύποι του βιοαερίου είναι οι βαρείς υδρογονανθρακικές ενώσεις πίσσας. Μετά την έξοδο του βιοαερίου από τον αντιδραστήρα, η πίσσα βρίσκεται σε αέρια μορφή όμως με την ψύξη του αερίου συμπυκνώνεται και για την απομάκρυνσή της χρησιμοποιείται ηλεκτροστατικό φίλτρο. Το εξευγενισμένο πλέον αέριο αποτελείται από μεθάνιο (CH 4 ), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και υδρογόνο (H 2 ) και μεταφέρεται σε δεξαμενή όπου αποθηκεύεται. Έτσι, ελέγχεται η σταθερή ροή του αερίου και η πίεσή του στη μηχανή εσωτερικής καύσης όπου οδηγείται προς καύση. Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος περιλαμβάνει μία μηχανή εσωτερικής καύσης (για παράδειγμα μηχανή ντίζελ) συνδεδεμένη με μία ηλεκτρική γεννήτρια ισχύος. Το καθαρό, εξευγενισμένο αέριο που προέκυψε από τις παραπάνω διεργασίες οδηγείται στην μηχανή εσωτερικής καύσης, όπου καίγεται, και το αποτέλεσμα είναι η παραγωγή ηλεκτρισμού από μία σύγχρονη γεννήτρια με σημαντικά υψηλές αποδόσεις. Αυτό είναι και το τελικό στάδιο ενεργειακής αξιοποίησης του βιοαερίου. Οι εκπομπές αερίων (CO 2, SO 2 κτλ) που προκύπτουν από την καύση του βιοαερίου στην μηχανή εσωτερικής καύσης είναι σημαντικά μικρότερες σε σχέση με την αντίστοιχη καύση συμβατικών καυσίμων. Αυτό συμβαίνει διότι οι ακαθαρσίες και τα παραπροϊόντα της καύσιμης ύλης απομακρύνονται πριν από την είσοδο του βιοαερίου στον χώρο καύσης. Η θερμοκρασία καύσης μπορεί να διατηρείται κοντά στους 900 o C για πολύ λίγα δευτερόλεπτα, προκειμένου να καταστρέφονται επιβλαβείς διοξίνες που μπορεί να υπάρχουν σε μικρές βέβαια ποσότητες στο βιοαέριο. Η απόδοση του εν λόγω συστήματος είναι πολύ υψηλή με πολύ καλή ενεργειακή εκμετάλλευση του αερίου. Επιμέρους έργα υποδομής και σύστημα ασφαλείας. Τα επιμέρους έργα υποδομής που απαιτούνται για την βέλτιστη λειτουργία της μονάδος, είναι τα παρακάτω : Μεταλλική κατασκευή στέγασης του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Μεταλλικό υπόστεγο για την τροφοδοσία της γραμμής παραγωγής με την πρώτη ύλη βιομάζας Γενική περίφραξη όλου του χώρου της εγκατάστασης Ιδιωτικός χώρος στάθμευσης απαραίτητος για την τροφοδοσία Σύστημα ασφαλείας: Όλα τα λειτουργικά συστήµατα της εγκατάστασης είναι συνδεδεμένα µέσω δικτύου µε κατάλληλο λογισµικό παρακολούθησης και καταγραφής. Το λογισµικό επιτηρεί τη λειτουργία του σταθµού συνεχώς και καταγράφει την απόδοσή του. Τα δεδομένα λειτουργίας της εγκατάστασης είναι διαθέσιµα στους υπεύθυνους του σταθµού και στην κατασκευάστρια εταιρία, η οποία έχει έτσι τη δυνατότητα άµεσης επέµβασης σε περίπτωση που εντοπιστεί κάποια δυσλειτουργία. Με τον άµεσο εντοπισµό των προβλημάτων και µε την άµεση ενημέρωση (αποστολή µηνυµάτων και σε κινητά τηλέφωνα) διασφαλίζεται η απρόσκοπτη και αποδοτικότερη λειτουργία του σταθµού χωρίς πρόσθετη επιβάρυνση αφού δεν απαιτείται η παρουσία εξειδικευμένου προσωπικού. Ο σταθµός διαθέτει επιπλέον υψηλής τεχνολογίας συστήµατα ασφαλείας που περιλαμβάνουν: Σύστηµα συναγερμού στο κτίριο, στην περίφραξη και στον εξωτερικό χώρο. Σύστηµα πυρανίχνευσης του κτιρίου Σύστηµα παρακολούθησης και καταγραφής µε κάµερες 67

69 3.1.2 Ανάκτηση θερμότητας Το βιοαέριο (syngas) που παράγεται κατά την διαδικασία της αεριοποίησης και τα καυσαέρια που προκύπτουν από την καύση του στην μηχανή εσωτερικής καύσης, περιέχουν σημαντικό θερμικό περιεχόμενο το οποίο μπορεί να αξιοποιηθεί. Αυτή η παραγόμενη θερμική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάγκες της ίδιας της μονάδας όπως για παράδειγμα στη διαδικασία ξήρανσης της πρώτης ύλης, αλλά και σε εφαρμογές τηλεθέρμανσης κτηρίων και θερμοκηπίων. Εικόνα 3.21 Εκμετάλλευση της παραγόμενης θερμότητας (συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας ) 68

70 Χρήση της παραγόμενης θερμότητας για τηλεθέρμανση. Η τεχνολογία ηλεκτροπαραγωγής με αεριοποίηση είναι συνδεδεμένη με σταθερή αποβολή θερμότητας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τηλεθέρμανση. Τηλεθέρμανση ονομάζεται η παροχή ζεστού νερού για την απευθείας χρήση του σε ένα σύνολο κτιρίων ή μία πόλη, από έναν κεντρικό σταθμό παραγωγής θερμότητας μέσω ενός δικτύου αγωγών. Η τηλεθέρμανση διαθέτει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως ο υψηλότερος βαθμός απόδοσης, ο περιορισμός της ρύπανσης του περιβάλλοντος και η δυνατότητα χρησιμοποίησης μη συμβατικών καυσίμων, με αντίστοιχα οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη. Μία εγκατάσταση βιομάζας χρησιμοποιεί την παραγόμενη θερμότητα για τηλεθέρμανση μόνο τους χειμερινούς μήνες για να καλύψει τις θερμικές ανάγκες τοπικών βιομηχανιών και κτιρίων. Στην Ελλάδα έχει ήδη εγκατασταθεί η πρώτη μονάδα τηλεθέρμανσης με χρήση βιομάζας. Η μονάδα αυτή, που βρίσκεται στην κοινότητα Νυμφασίας του Νομού Αρκαδίας, έχει ονομαστική ισχύ kcal/h και καλύπτει τις ανάγκες θέρμανσης 80 κατοικιών και 600m 2 κοινοτικών χώρων. Χρησιμοποιεί ως καύσιμο τα wood chips που προέρχονται από επεξεργασία ξύλου από γειτονικό δάσος ελάτων. Το έργο αυτό αποτελεί πρότυπο για την δημιουργία παρόμοιων έργων στην χώρα μας και εξασφαλίζει σημαντική εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων και συνεισφέρει στην προστασία του περιβάλλοντος. Εικόνα 3.22 Χρήση της παραγόμενης θερμότητας για τηλεθέρμανση κτιρίων 69

71 Εφαρμογές της παραγόμενης θερμότητας σε θερμοκήπια. Τα θερμοκήπια αποτελούν ένα πολύ καλό πεδίο εφαρμογής της παραγόμενης από την διαδικασία της αεριοποίησης θερμότητας καθώς αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την θέρμανση ενός θερμοκηπίου. Ακόμη, η τεχνολογία της αεριοποίησης έχει και άλλες εφαρμογές για τα θερμοκήπια, όπως οι παρακάτω: 1. Ηλεκτροδότηση του θερμοκηπίου. 2. Θρέψιμο των φυτών εντός του χώρου του θερμοκηπίου με τα καυσαέρια που είναι πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Εικόνα 3.23 Χρήση θερμότητας σε θερμοκήπια 70

72 3.2. Οικιακή μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από βιομάζα ισχύος 10 kw Η εγκατάσταση μιας μονάδας βιομάζας ισχύος 10 KW αποτελεί πολύ ενδιαφέρουσα επενδυτική επιλογή και μπορεί να γίνει σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο σε σπίτι ή σε κάποιο χωράφι που μπορεί να διαθέτει ο επενδυτής. Οι μόνες προϋποθέσεις που πρέπει να τηρούνται, είναι οι παρακάτω : Ο επενδυτής πρέπει ιδιοκτήτης του ακινήτου. Το ακίνητο δεν πρέπει να βρίσκεται σε περιοχή αμιγούς κατοικίας ζώνης Α. Η μονάδα είναι χαρακτηρισμένη σαν βιοτεχνική χαμηλής όχλησης και ως εκ τούτου απαιτείται υπόλοιπο στο συντελεστή δόμησης του ακινήτου. Ο επενδυτής μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και να την πουλάει στο κράτος και έτσι να εξασφαλίσει ένα σταθερό εισόδημα. Σύμφωνα με τον νόμο Ν. 3851/2010 ο επενδυτής έχει την δυνατότητα να κάνει σύμβαση με το κράτος σχετικά με την τιμή της ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργεια που παράγει. Η μονάδα είναι ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα αεριοποίησης βιομάζας με σκοπό την παραγωγή καθαρού προς το περιβάλλον και υψηλής ποιότητας βιοαερίου (syngas). Η παραγωγή του syngas είναι συνεχής με μέγιστο την τροφοδοσία της γεννήτριας για την παραγωγή 10 kw. Η συγκεκριμένη μονάδα βιομάζας παρουσιάζει: Υψηλή ποιότητα Προηγμένη τεχνολογία Πλήρη αυτοματισμό Υψηλή ποιότητα υλικών και κατασκευής Φιλικότητα προς το περιβάλλον Απλότητα κατασκευής Ευελιξία ως προς την πρώτη ύλη Περιγραφή μονάδας. Η Μονάδα Αεριοποίησης είναι ένα σύστημα μετατροπής της βιομάζας σε καύσιμο αέριο σχεδιασμένο και κατασκευασμένο με ακρίβεια με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργεια μέσω ηλεκτρογεννήτριας κινούμενης από μηχανή εσωτερικής καύσης όπως περιγράφηκε και προηγουμένως για τις μονάδες μεγαλύτερης ισχύος. Σαν πρώτη ύλη θα χρησιμοποιηθούν θρύμματα ξύλου παρόλα αυτά η μονάδα μπορεί να λειτουργήσει χωρίς καμία κατασκευαστική ή λειτουργική τροποποίηση και με άλλη πρώτη ύλη (πχ pellets). Η μονάδα αποτελείται από τα παρακάτω τμήματα : Αεριοποιητής Κυκλώνες Ψήκτρες 71

73 Φίλτρα Δεξαμενή αερίου σύνθεσης Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (μηχανή εσωτερικής καύσης σύγχρονη γεννήτρια) Αεριοποιητής. Η μονάδα είναι εξοπλισμένη με αεριοποιητή σταθερής κλίνης διασταυρούμενης ροής (crossdraft) με μεγάλη αξιοπιστία και υψηλή απόδοση. Ο αεριοποιητής crossdraft είναι πιο κατάλληλος για μικρής κλίμακας ισχύος εφαρμογές, σε σχέση με τους updraft και downdraft αεριοποιητές. Οι αντιδραστήρες αεριοποίησης διασταυρούμενης ροής συνήθως χρησιμοποιούνται για τη αεριοποίηση βιομάζας μικρής περιεκτικότητας σε πίσσες και πτητικά, όπως για παράδειγμα κάρβουνο και μόνο σε πολύ μικρές εγκαταστάσεις (<10 kw). Η αεριοποίηση του κάρβουνου σε συνδυασμό με τη μεγάλη ταχύτητα με την οποία εισάγεται το μέσο αεριοποίησης μέσω ενός στομίου στα πλαϊνά του αντιδραστήρα, οδηγεί σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες σε μία μικρή ζώνη οξείδωσης (>1500 ο C). Παράγεται έτσι ένα αέριο αεριοποίησης χαμηλής περιεκτικότητας σε πίσσες επιτρέποντας τη χρήση του σε μία μηχανή εσωτερικής καύσης. Η βιομάζα καύσιμο και η στάχτη προσφέρουν μία θερμική μόνωση στα τοιχώματα του αντιδραστήρα επιτρέποντας την κατασκευή τους από μαλακό χάλυβα. Μόνο το στόμιο και η σχάρα θα πρέπει να είναι κατασκευασμένα από πυρίμαχα υλικά ή να έχουν κάποιο σύστημα ψύξης με αέρα ή νερό. Λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που αναπτύσσονται το καύσιμο θα πρέπει να έχει μικρή περιεκτικότητα σε τέφρα ώστε να αποφεύγονται οι επικαθίσεις που δημιουργούνται κατά τη τήξη της. Επίσης σε αυτούς τους αντιδραστήρες πρέπει να χρησιμοποιείται υψηλής ποιότητας καύσιμο που να μην παράγει μεγάλες ποσότητες πίσσας. Το μέγεθος των σωματιδίων βιομάζας που εισάγεται μέσα στον αντιδραστήρα θα πρέπει να επιτρέπει μία ομαλή ροή της βιομάζας προς το κάτω μέρος του αντιδραστήρα. Όταν δημιουργούνται εμπόδια βιομάζας τα οποία πέφτουν απότομα στη ζώνη καύσης χωρίς να έχουν μείνει στη ζώνη πυρόλυσης όσο χρειάζεται οδηγούμαστε στιγμιαία στην παραγωγή αερίου αεριοποίησης υψηλής περιεκτικότητας σε πίσσα. Οι συγκεκριμένοι αντιδραστήρες μπορούν να προσαρμοστούν πιο γρήγορα από κάθε άλλον αντιδραστήρα σε αυξομειώσεις στη ζήτηση του παραγόμενου αερίου αεριοποίησης λόγου του μικρού σχετικά μεγέθους της ζώνης καύσης. 72

74 Εικόνα 3.24 Aεριοποιητής βιομάζας διασταυρούμενης ροής Η διαδικασία αεριοποίησης περιλαμβάνει τις ακόλουθες φάσεις (όπως περιγράφηκαν και για τις μονάδες μεγαλύτερης ισχύος προηγουμένως): Καύση Στη φάση της καύσης αναφλέγεται η βιομάζα αποδίδοντας θερμοκρασία C και δημιουργείται η ζώνη καύσης. Πυρόλυση Στη φάση της πυρόλυσης δημιουργείται πάνω από την ζώνη καύσης η ζώνη πυρόλυσης σε περιοχή θερμοκρασιών από C. Ξήρανση Στη φάση της ξήρανσης δημιουργείται πάνω από τη ζώνη πυρόλυσης η ζώνη ξήρανσης σε περιοχή θερμοκρασιών από C. Αεριοποίηση Στη φάση της αεριοποίησης δημιουργείται κάτω από την ζώνη καύσης η ζώνη αεριοποίησης σε περιοχή θερμοκρασιών C. Ο αεριοποιητής κατασκευάζεται από χαλυβδόφυλλα πάχους 4 και 10mm. Η ζώνη καύσης από χάλυβα ανοξείδωτο πάχους 5mm. Είναι ντυμένος εσωτερικά με πυρότουβλα μαγνησιακά πάχους 26mm και αντοχής σε θερμοκρασία 1600 C. 73

75 Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται τα γεωμετρικά τεχνικά χαρακτηριστικά του αεριοποιητή. Χαρακτηριστικά Μονάδες Τιμές Ολικό μήκος m 1,7 Ολικό πλάτος m 1,4 Ολικό ύψος m 1,7 Βάρος kg 1600 Πίνακας 3.3 Γεωμετρικά τεχνικά χαρακτηριστικά του αεριοποιητή Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά του αεριοποιητή. Χαρακτηριστικό Μονάδες Τιμή Στάθμη θορύβου db 73 Μέγιστη απόδοση % 90 Μέγιστη υγρασία καυσίμων (συνιστώμενη) Μέγιστη υγρασία καυσίμων (επιτρεπόμενη) % 7 % 20 Συνολική αποθήκη Lt 70 Κατανάλωση Kg/h 8-10 Πίνακας 3.4 Γενικά χαρακτηριστικά του αεριοποιητή Εικόνα 3.25 Διαστάσεις αεριοποιητή 74

76 Κυκλώνες. Η Μονάδα χρησιμοποιεί σύστημα διπλών κυκλώνων για καθαρισμό του αερίου (χονδρά ψιλά σωματίδια) και δίνει τη δυνατότητα στο παραγόμενο αέριο να καθαριστεί από όλα τα σωματίδια. Το παραγόμενο αέριο εξέρχεται από τον αεριοποιητή και εισέρχεται σε δύο εν σειρά κυκλώνες για την απομάκρυνση αιωρούμενων σωματιδίων. Ο πρώτος κυκλώνας ονομάζεται συμβατικός και είναι υπεύθυνος για την απομάκρυνση μεγάλων σωματιδίων. Ο δεύτερος κυκλώνας ονομάζεται κυκλώνας υψηλής απόδοσης και χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των μικρότερων σωματιδίων. Με αυτόν τον τρόπο το παραγόμενο αέριο είναι πλέον καθαρό και απαλλαγμένο από ξένες ουσίες (ουσίες που αναφέρθηκαν στην ανάλυση για τις μεγαλύτερες μονάδες όπως για παράδειγμα τέφρα, πίσσα κτλ). Στη βάση κάθε κυκλώνα υπάρχει ένα δοχείο στο οποίο συλλέγονται τα σωματίδια. Εικόνα 3.26 Κυκλώνες καθαρισμού 75

77 Ψήκτρες. Το απαλλαγμένο πλέον από σωματίδια αέριο έχει θερμοκρασία που φθάνει τους 500 o C. Το επόμενο στάδιο είναι η ψύξη του αερίου και αυτή πραγματοποιείται σε ειδικές συσκευές που ονομάζονται ψήκτρες. Η ψύξη του αερίου επιτυγχάνεται με διπλό σύστημα ψύξης αποτελούμενο από 2 ψήκτρες συνδεδεμένες σε σειρά. Η πρώτη ψήκτρα είναι υδρόψυκτη δηλαδή χρησιμοποιείται σαν ψυκτικό μέσο το νερό. Το αέριο εξέρχεται από την πρώτη ψήκτρα σε θερμοκρασία o C. Στην συνέχεια εισέρχεται στην δεύτερη ψήκτρα που είναι αερόψυκτη, δηλαδή χρησιμοποιεί ως ψυκτικό μέσο τον αέρα και κατεβάζει την θερμοκρασία του αερίου στους o C. Εικόνα 3.27 Σύστημα ψύξης 76

78 Φίλτρα. Το κρύο, καθαρό αέριο πλέον οδηγείται σε ειδικές συσκευές, τα φίλτρα, για να επιτευχθεί ο τελικός καθαρισμός του πλέον από οποιαδήποτε εναπομείναντα ξένα σωματίδια. Αρχικά το αέριο περνά από το στρώμα με πριονίδι που βρίσκεται στο κάτω μέρος του φίλτρου. Κατόπιν περνά από σακόφιλτρα που βρίσκονται στο άνω μέρος του φίλτρου για τον τελικό καθαρισμό του. Τα φίλτρα είναι πλήρως προσβάσιμα όσον αφορά τον καθαρισμό τους και την τυχόν αντικατάστασή τους. Εικόνα 3.28 Σύστημα φίλτρων 77

79 Δεξαμενή αερίου σύνθεσης (βιοαέριο- syngas). Το τελικά παραγόμενο βιοαέριο ή syngas μεταφέρεται στην δεξαμενή αποθήκευσης. Η δεξαμενή φέρει μία ειδική βάνα, η οποία ελέγχει την ποιότητα του παραγόμενου αερίου. Εικόνα 3.29 Δεξαμενή αποθήκευσης αερίου Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος. Το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος αποτελείται από κινητήρα εσωτερικής καύσης και μία σύγχρονη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος. Η γεννήτρια είναι μια τυπική γεννήτρια φυσικού αερίου και με τις κατάλληλες τροποποιήσεις μπορεί να τροφοδοτηθεί με καύσιμο syngas. Η απόδοση της γεννήτριας είναι μειωμένη κατά 25% περίπου και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμογόνος δύναμη του αερίου syngas είναι 5 MJ/m 3, ενώ του φυσικού αερίου είναι 18 MJ/m 3. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται οι προδιαγραφές απόδοσης για την γεννήτρια αλλά για καύσιμο φυσικό αέριο. Αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα καθώς η γεννήτρια μπορεί να λειτουργήσει κανονικά χωρίς δυσλειτουργίες και με καύσιμο syngas απλά με μειωμένη απόδοση. 78

80 Χαρακτηριστικά γεννήτριας: Μέγιστη ισχύς εξόδου watts Συνεχής ισχύς εξόδου watts Ρεύμα σε μέγιστο φορτίο 62.5 amps Ρεύμα σε συνεχές φορτίο 56.2 amps Επίπεδα θορύβου 74 db (A) Πίνακας 3.5 Χαρακτηριστικά γεννήτριας Η μηχανή εσωτερικής καύσης είναι το μοντέλο της Honda GX 690 και έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Πίνακας 3.6 Χαρακτηριστικά μηχανής εσωτερικής καύσης (Honda GX 690) 79

81 Εικόνα 3.30 Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος Εικόνα 3.31 Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (2) 80