ΕΜΘΠΜ 3. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 2. ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ. 5. Υπεύθυνος: Καθ.

Transcript

1 1. 2. ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ 5. Υπεύθυνος: Καθ. Άγις Παπαδόπουλος ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 6. Αρμόδιος Παρακολούθησης: Κωνσταντινίδου Χριστίνα Βασιλική 7. Τίτλος εργασίας: ΚΕΝΤΡΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή (-ών): ΚΑΤΣΑΡΟΣ ΓΙΑΝΝΗΣ 10. Θεματική περιοχή: Ηλιακά συστήματα 14. Περίληψη: 11. Ημερομηνία έναρξης: 10/ Αριθμός μητρώου: Ημερομηνία παράδοσης:10/ 2012 Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η καταγραφή των εγκατεστημένων κεντρικών ηλιακών συστημάτων στη Ελλάδα, που αφορούν τον ηλιακό κλιματισμό χώρων, καθώς και την εκμετάλλευση των συστημάτων αυτών για την παροχή ενέργειας σε βιομηχανικές εφαρμογές. Αρχικά γίνεται μια σύντομη αναφορά στις εφαρμογές ηλιακών συστημάτων που επικρατούν σε Ελλάδα και Ευρώπη, καθώς και στη θέσπιση μέτρων από τη πλευρά της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, με στόχο την ανάπτυξη και την προώθηση των ανανεώσιμων πηγών γενικά. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται καταγραφή των κεντρικών ηλιακών συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες στην Ελλάδα, περιγράφεται αναλυτικά η εγκατάσταση καθώς και τα οφέλη που προκύπτουν από αυτήν. Το τρίτο κεφάλαιο αποτελείται από τις εφαρμογές ηλιακού κλιματισμού που υπάρχουν στην Ελλάδα. Οι εφαρμογές αυτές, που αφορούν κυρίως χώρους γραφείων και ξενοδοχεία, περιγράφονται αναλυτικά και τονίζονται τα οφέλη που προκύπτουν από αυτές. Στη συνέχεια, στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται μια εκτενής αναφορά στις εφαρμογές ηλιακών συστημάτων που επικρατούν στην Ευρώπη, παίρνοντας ως παράδειγμα πέντε χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης με διαφορετικά χαρακτηριστικά η κάθε μία. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται τα οφέλη που προκύπτουν από την εφαρμογή κεντρικών ηλιακών συστημάτων, τα εμπόδια για τη μη εφαρμογή τους και οι προτάσεις για την περαιτέρω ανάπτυξη τους στην ελληνική, αλλά και στην ευρωπαϊκή αγορά. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη σύνοψη της εργασίας και παρουσιάζονται τα γενικότερα και ειδικότερα συμπεράσματα που διεξήχθησαν. 13. Αριθμός εργασίας: \ Στοιχεία εργασίας: Αρ. Σελίδων: 119 Αρ. Εικόνων:85 Αρ. Διαγραμμάτων: Αρ. Πινάκων:11 Αρ. Παραρτημάτων: Αρ. Παραπομπών: 15. Λέξεις κλειδιά: Ηλιακά θερμικά συστήματα Ηλιακός κλιματισμός Βιομηχανική θέρμανση 16. Σχόλια: 18. Συμπληρωματικές παρατηρήσεις: 19. Βαθμός: Σελίδα 1

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα τελευταία χρόνια, η άνοδος των τιμών των συμβατικών καυσίμων, καθώς και η προκαλούμενη ρύπανση του περιβάλλοντος από τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, έχει καταστήσει επιτακτική την ανάγκη ανάπτυξης και εκμετάλλευσης καθαρών μορφών ενέργειας. Προς σε αυτή την κατεύθυνση, η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας αντί των συμβατικών καυσίμων μπορεί και πρέπει να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο. Σήμερα τα ηλιακά θερμικά συστήματα ενσωματώνουν τεχνολογίες που τα καθιστούν αποδοτικά και αξιόπιστα προσφέροντας ενέργεια για ένα μεγάλος εύρος εφαρμογών και μπορούν να συνεισφέρουν στην αντιμετώπιση παγκόσμιων προκλήσεων, όπως η κλιματική αλλαγή, η ενεργειακή ασφάλεια και η αειφόρος ανάπτυξη. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, επιχειρείται η καταγραφή και η ταξινόμηση των κεντρικών ηλιακών συστημάτων που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα, με στόχο την κάλυψη αναγκών κλιματισμού χώρων, αλλά και την εκμετάλλευση τους σε βιομηχανικές εφαρμογές. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς ευχαριστίες μου σε όσους συνέβαλαν στην εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας και πιο συγκεκριμένα προς: Τον κ. Άγι Παπαδόπουλο, καθηγητή του τομέα Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, για την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, η ολοκλήρωση της οποίας θα ήταν αδύνατη χωρίς την αμέριστη συμπαράσταση και καθοδήγηση του. Την κ. Χριστίνα Κωνσταντινίδου, υποψήφιο διδάκτορα του εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, για το χρόνο της, τις εποικοδομητικές της παρατηρήσεις, αλλά και για τη στήριξη που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Την κ. Βασιλική Δρόσου, προϊσταμένη του τμήματος θερμικών ηλιακών συστημάτων στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, για τις πολύτιμες γνώσεις που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Την οικογένεια μου και τους φίλους μου για τη στήριξη και την ενθάρρυνση που μου παρείχαν καθ όλη τη διάρκεια της φοίτησης μου. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2012 Γιάννης Κατσαρός Σελίδα 2

3 ABSTRACT The objective of the present thesis is the recording of the installed central solar systems at Greece, concerning the solar space air conditioning, as long as the exploitation of these systems to provide thermal power for industrial applications. Initially, there is a brief reference to the applications of solar systems prevailing in Greece and Europe, and also to establishing measures by the side of the European Commission in order to develop and promote renewable sources in general. The second chapter is a recording of central solar systems used in industries in Greece, also it is described thoroughly the installation as well as the benefits arising from it. The third chapter consists of the solar air-conditioning applications in Greece. These applications, primarily related to office space and hotels, are described in detail along with the benefits occurred. Then, in the fourth chapter there is a comprehensive reference to the applications of solar systems across Europe, taking as an example five EU countries, each with different features. In the fifth chapter, the benefits resulting from the implementation of central solar systems are referred along with suggestions for measures, enhancing the development of Greek and the European market. Finally, the sixth chapter is a brief summary of the present thesis, presenting the conclusions that have been achieved. Σελίδα 3

4 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΧΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΓΕΝΙΚΑ Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΕΡΙΡΑΦΗ ΤΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΖΕΣΤΟ ΝΕΡΟ ΧΡΗΣΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΤΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΔΙΑΦΑΝΗ ΚΑΛΥΜΜΑΤΑ ΜΟΝΩΣΗ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΕΞΑΜΕΝΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΤΩΝ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΓΕΝΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΤΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΣΤΟ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΟ ΤΟΜΕΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΜΕΒΓΑΛ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΜΑΝΔΡΕΚΑΣ Α.Ε Σελίδα 4

5 2.9 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΑΛΠΙΝΟ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΥΡΑΣ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΟΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΟΙΝΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΛΕΥΚΟΥ ΟΙΝΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΡΥΘΡΟΥ ΟΙΝΟΥ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΩΝ ΣΤΑΔΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΟΙΝΟΥ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΟΙΝΟΥ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΟΙΝΟΠΟΙΕΙΑ ACHAIA CLAUSS Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΒΑΦΗΣ-ΦΙΝΙΡΙΣΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΑΦΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΦΙΝΙΡΙΣΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΒΑΦΗΣ-ΦΙΝΙΡΙΣΜΑΤΟΣ ΝΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΚΛΩΣΤΟΥΦΑΝΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΣΤΡΙΝΟΓΙΑΝΝΗΣ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΜΕΤΑΠΟΙΗΣΗΣ ΠΑΙΔΙΚΩΝ ΡΟΎΧΩΝ ALLEGRO Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΥΦΑΣΜΑΤΟΣ ΠΛΕΚΤΕΜΠΟΡΙΚΗ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΒΥΡΣΟΔΕΨΕΙΑΣ ΤΡΙΠΟΥ- ΚΑΤΣΟΥΡΗ Α.Ε ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΕΤΑΙΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΑ ΚΟΖΑΝΗΣ Α.Ε ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ ΑΠΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΗΛΙΑΚΟΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΛΕΙΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΎΚΤΕΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Σελίδα 5

6 ΨΥΚΤΕΣ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΨΥΞΗ ΣΤΕΡΕΟΥ ΜΕΣΟΥ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΜΕ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟΥΣ ΤΡΟΧΟΥΣ ΨΥΞΗ ΥΓΡΟΥ ΜΕΣΟΥ ΑΝΟΙΧΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΚΑΛΛΥΝΤΙΚΩΝ ΣΑΡΑΝΤΗΣ Α.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ RETHIMNO VILLAGE HOTEL Α.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΞΕΝΟΔΟΧΕΙΟ ΛΕΝΤΖΑΚΗΣ Α.Ε ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΗΛΙΑΚΩΝ ΚΑΙ ΑΛΛΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΟ ΚΟΛΛΕΓΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΩΝ ΠΗΓΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΚΑΠΕ) ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΚΤΙΡΙΟ «ΠΡΟΜΗΘΕΥΣ ΠΥΡΦΟΡΟΣ» ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΟΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΟ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΔΗΜΟΣΙΟΥ ΔΙΚΑΙΟΥ Η ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΤΩΝ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΗΛΙΟΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΗ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΤΗΣ ΗΛΙΟΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΧΩΡΕΣ ΤΗΣ ΕΥΡΩΠΗΣ ΑΥΣΤΡΙΑ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΙΣΠΑΝΊΑ ΠΟΛΩΝΙΑ ΔΑΝΙΑ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ - ΜΕΤΡΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΙΤΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΩΝ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΗΣ ΑΓΟΡΑΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σελίδα 6

7 Σελίδα 7

8 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Το Δεκέμβριο του 2008, η Ευρωπαϊκή επιτροπή αποφάσισε την προώθηση ενός πακέτου μέτρων, με στόχο να αντιμετωπίσει την κλιματική αλλαγή και να προωθήσει την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Σύμφωνα με αυτό το πακέτο, δεσμεύονται όλα τα μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης να συνεισφέρουν στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κατά 20 % σε σχέση με τα επίπεδα που υπήρχαν το 1990 και στην κάλυψη των συνολικών ενεργειακών αναγκών κατά 20 % από ανανεώσιμες πηγές, μέχρι το Η απόφαση αυτή, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι οι ενεργειακές απαιτήσεις για θέρμανση και ψύξη αντιστοιχούν στο 50 % της συνολικής καταναλισκόμενης ενέργειας στην Ευρώπη, καθιστούν τη συνεισφορά των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας απαραίτητη προϋπόθεση, προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος του Επίσης, καθώς μόνο τρείς από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ηλιακή ενέργεια, γεωθερμία και βιομάζα) μπορούν να δώσουν άμεσα θερμική ενέργεια, η οριοθέτηση των αναμενόμενων στόχων από κάθε μία, αποτελεί σημαντική προτεραιότητα. Προφανώς, τα ηλιακά θερμικά συστήματα τα οποία χρησιμοποιούνται ευρύτατα από τα τέλη της δεκαετίας του 70, θα πρέπει να παρέχουν μεγάλο ποσοστό της συνολικά παραγόμενης θερμικής ενέργειας, κυρίως χαμηλών θερμοκρασιακών εφαρμογών. Παρά τη μεγάλη διείσδυση των ηλιακών θερμικών συστημάτων, κυρίως στις χώρες της Ανατολικής μεσογείου (Κύπρος, Ελλάδα), αλλά και σε πολλές χώρες της κεντρικής Ευρώπης (Αυστρία, Γερμανία), τα περισσότερα από αυτά χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των αναγκών σε ζεστό νερό. Τα συστήματα αυτά είναι είτε θερμοσιφωνικά, είτε εξαναγκασμένης ροής. Για να καταστεί ρεαλιστικός ο στόχος του 2020, επιβάλλεται η χρήση των ηλιακών συστημάτων σε πολύ μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών. Μερικές από αυτές τις εφαρμογές είναι η θέρμανση χώρων κατοικιών και υπηρεσιών, η θέρμανση νερού κολυμβητικών δεξαμενών, η ηλιακή ψύξη, η αφαλάτωση, καθώς και η παραγωγή ατμού για την ολοκλήρωση των βιομηχανικών διεργασιών. Η Ελλάδα αποτελεί παγκοσμίως μια από τις πρωτοπόρες χώρες στη χρήση θερμικών ηλιακών συστημάτων. Για μεγάλο διάστημα κατείχε την πρώτη θέση στην κατά κεφαλή εγκατεστημένη επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών στην Ευρωπαϊκή Ένωση και σχετικά πρόσφατα ξεπεράστηκε από την Κύπρο και την Αυστρία (ESTIF, 2008). Στα τέλη του 2007, η συνολική εγκατεστημένη επιφάνεια στην Ελλάδα ανήλθε στα 3,5 εκατομμύρια m 2 ηλιακών συλλεκτών. Τα περισσότερα ηλιακά συστήματα, όπως και στην υπόλοιπη Ευρώπη, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ζεστού νερού και είναι ως επί το πλείστον θερμοσιφωνικού τύπου. Επίσης, υπάρχουν και κάποιες πιλοτικές εγκαταστάσεις κεντρικών ηλιακών συστημάτων που αφορούν την παραγωγή ζεστού νερού σε ξενοδοχεία, τον ηλιακό κλιματισμό ξενοδοχείων και χώρων γραφείων, καθώς επίσης και κάποιες βιομηχανικές εφαρμογές των εγκαταστάσεων αυτών, κυρίως για την προθέρμανση νερού και την παραγωγή ατμού. 1.2 ΣΤΟΧΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται με την καταγραφή και ταξινόμηση των κεντρικών ηλιακών συστημάτων που χρησιμοποιούνται στην Ελλάδα, με σκοπό τον ηλιακό κλιματισμό χώρων, αλλά και την εκμετάλλευση τους σε βιομηχανικές εφαρμογές. Η εφαρμογή κεντρικών ηλιακών συστημάτων που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, είναι Σελίδα 8

9 περισσότερο διαδεδομένη ( εφαρμόζεται σε πάνω από 100 ξενοδοχεία), επομένως κρίθηκε σκόπιμη η μελέτη μόνο των δύο αυτών συγκεκριμένων εφαρμογών που βρίσκονται ακόμη σε πιλοτικό στάδιο. Επίσης, γίνεται εκτενής αναφορά στους τύπους των ηλιακών συστημάτων που χρησιμοποιούνται σε διάφορες χώρες της Ευρώπης, ενώ στο τέλος προτείνονται μέτρα για την περαιτέρω ανάπτυξη των κεντρικών ηλιακών συστημάτων στην Ελλάδα. Η συγκέντρωση των στοιχείων για την εκπόνηση της εργασίας πραγματοποιήθηκε μέσω: α) ηλεκτρονικής αναζήτησης στο διαδίκτυο β) ανάγνωσης και ανάλυσης επιστημονικών δημοσιεύσεων γ) στοιχείων που προέκυψαν από συνέδρια και ημερίδες δ) τηλεφωνικής επικοινωνίας με τους μηχανικούς που ήταν υπεύθυνοι για τις εγκαταστάσεις των ηλιακών συστημάτων. 1.3 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Στο 1 0 κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στην κατάσταση που επικρατεί όσον αφορά τα θερμικά ηλιακά συστήματα στην Ελλάδα, αλλά και στην Ευρώπη γενικότερα, καθώς και στις υποχρεώσεις που έχει κάθε μέλος της Ευρωπαϊκής Ένωσης όσον αφορά την προώθηση των ανανεώσιμών πηγών ενέργειας για την επίτευξη του στόχου του Στο 2 0 κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά τα κεντρικά ηλιακά συστήματα που έχουν εγκατασταθεί σε βιομηχανίες στην Ελλάδα, όπως η γαλακτοβιομηχανία ΜΕΒΓΑΛ, με στόχο την κάλυψη μέρους των ενεργειακών τους αναγκών και παράλληλα τη μείωση της χρήσης των συμβατικών καυσίμων. Στο 3 0 κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή των κεντρικών ηλιακών συστημάτων που έχουν εγκατασταθεί κυρίως σε ξενοδοχεία και χώρους γραφείων, αποσκοπώντας στην κάλυψη των αναγκών θέρμανσης/κλιματισμού και στη μείωση των δαπανών του ηλεκτρισμού, ιδιαίτερα στις περιόδους αιχμής. Στο 4 0 κεφάλαιο παρουσιάζεται η αγορά των ηλιακών θερμικών συστημάτων στην Ευρώπη των 27, περιγράφοντας αναλυτικά τα συστήματα που χρησιμοποιούν πέντε κράτη μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης, τα οποία χαρακτηρίζονται από διαφορετικούς πολιτικούς μηχανισμούς και κίνητρα, σχετικά με την ανάπτυξη των ηλιακών θερμικών συστημάτων. Στο 5 0 κεφάλαιο περιγράφεται η σημερινή κατάσταση που επικρατεί στην Ελλάδα σχετικά με τα ηλιακά θερμικά συστήματα και προτείνονται μέτρα και πολιτικές για την περαιτέρω διείσδυση τους στην ελληνική αγορά. Τέλος, στο 6 0 κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη σύνοψη της διπλωματικής εργασίας και παρουσιάζονται τα γενικότερα συμπεράσματα που διεξήχθησαν. Σελίδα 9

10 2. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Η σημασία της ενέργειας στην ανάπτυξη της βιομηχανίας είναι ζωτικής σημασίας καθώς ένα πολύ μεγάλο κλάσμα της χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές παγκοσμίως ( βλέπε Eικόνα 2.1). Έχει υπολογιστεί ότι η ενέργεια που χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές ανά τον κόσμο αποτελεί το 50 % (S. Mekhilef, et al 2011) της συνολικής καταναλισκόμενης ενέργειας. Λόγω της συνεχούς αύξησης της τιμής των συμβατικών καυσίμων, αλλά και λόγω περιβαλλοντικών περιορισμών, οι βιομηχανίες έχουν στραφεί στην εφαρμογή τεχνολογιών που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με στόχο, αφενός μεν να μειώσουν το κόστος από τη χρήση των συμβατικών καυσίμων και αφετέρου να συνεισφέρουν στην προστασία του περιβάλλοντος, με τη μείωση εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Από όλες της μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η ηλιακή είναι αυτή που κερδίζει έδαφος όσον αφορά τη χρησιμοποίηση της στις βιομηχανίες, καθώς είναι άφθονη, καθαρή, ανεξάντλητη, δεν προκαλεί θόρυβο και δεν έχει περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Οι εφαρμογές ηλιακών συστημάτων στις βιομηχανίες χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: α) τα θερμικά ηλιακά και β) τα φωτοβολταϊκά. Οι πιο συχνές εφαρμογές των θερμικών ηλιακών συστημάτων αφορούν το ζεστό νερό χρήσης, την παραγωγή ατμού, διαδικασίες ξήρανσης και αφυδάτωσης, την προθέρμανση νερού, καθώς και τις διαδικασίες αποστείρωσης και παστερίωσης. Επίσης χρησιμοποιούνται για την ηλιακή ψύξη και τον κλιματισμό χώρων. Εικόνα 2.1: Τωρινή και προβλεπόμενη κατανάλωση ενέργειας ( ZW) του βιομηχανικού τομέα σε παγκόσμιο επίπεδο (S. Mekhilef, et al 2011) Σελίδα 10

11 2.2 Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Στα τέλη του 2007, ο αριθμός των βιομηχανιών ανά τον κόσμο, που διαθέτουν κεντρικές ηλιακές εγκαταστάσεις ήταν περίπου 100 με συνολική εγκατεστημένη ισχύ 25 MWth (βλέπε Εικόνα 2.2) που αντιστοιχούν σε 35,000 m 2 ηλιακών συλλεκτών. Το ποσοστό αυτό αντιστοιχεί στο 0,02 % της συνολικής εγκατεστημένης ηλιακής ισχύος (Nicolas Cottret, et al 2012). Παρά την πενιχρή διείσδυση των ηλιακών συστημάτων στο βιομηχανικό τομέα, οι δυνατότητες είναι τεράστιες καθώς η ενεργειακή κατανάλωση στην Ευρώπη των 27, αντιστοιχούσε το 2007, στο 28 % της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης (Nicolas Cottret, et al 2012). Επίσης, οι περισσότερες βιομηχανικές διεργασίες απαιτούν χαμηλές, ή μέσες θερμοκρασίες ( 400 ο C), γεγονός που καθιστά εύκολη τη διείσδυση της ηλιακής ενέργειας σε αυτά τα επίπεδα (βλέπε Εικόνα 2.3). Εικόνα 2.2: Βιομηχανικές μονάδες με εγκαταστάσεις κεντρικών ηλιακών συστημάτων, ταξινομημένες ανά χώρα. ( Claudia Vannoni, et al 2008) Εικόνα 2.3: Ποσοστά βιομηχανικών διεργασιών με βάση τις θερμοκρασιακές απαιτήσεις (Claudia Vannoni, et al 2008) Σελίδα 11

12 Οι ιδανικότερες θερμοκρασιακές συνθήκες για την αξιοποίηση ενός κεντρικού ηλιακού συστήματος είναι οι θερμοκρασίες που είναι 80 ο C και αυτές μεταξύ ο C. Οι βιομηχανίες που υποστηρίζουν τέτοιες εφαρμογές είναι κυρίως οι βιομηχανίες τροφίμων και ποτών, οι βιομηχανίες κλωστοϋφαντουργίας, βιομηχανίες χημικών, χαρτιού και εξοπλισμού μεταφορών. Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται ορισμένες βιομηχανίες με τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτές. Μερικές από αυτές τις διεργασίες είναι: Καθαρισμός Ξήρανση Λεύκανση Παστερίωση Προθέρμανση νερού Εξάτμιση Απόσταξη Χημικές διεργασίες Εικόνα 2.4: Συνολική κατανάλωση ενέργειας ανά τομέα στην Ευρώπη των 27. (Nicolas Cottret, et al 2012). Σελίδα 12

13 Τομέας Διεργασία Θερμοκρασία ο C Ζυθοποιίας Βρασμός βοτάνου 100 Πλύσιμο μπουκαλιών 60 Ξήρανση 90 Ψύξη 60 Γαλακτοκομίας Παστερίωση Αποστείρωση Διατήρησης τροφίμων Παστερίωση Αποστείρωση < 80 Μαγείρεμα Ζεμάτισμα Λεύκανση < 90 Κρέατος Πλύσιμο, αποστείρωση < 90 Μαγείρεμα Οινοποιίας Πλύσιμο μπουκαλιών Ψύξη 85 Κλωστοϋφαντουργίας Πλύσιμο, βαφή < 90 Μαγείρεμα Αυτοκίνησης Απολίπανση Βαφή Χαρτιού Παραγωγή χαρτοπολτού Προθέρμανση νερού < 90 Λεύκανση Ξήρανση Βυρσοδεψείας Διαδικασίες υγρασίας ατμός Πίνακας 2.1: Τομείς βιομηχανιών και διεργασίες κατάλληλες για εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας (Nicolas Cottret, et al 2012). 2.3 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΕΡΙΡΑΦΗ ΤΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΖΕΣΤΟ ΝΕΡΟ ΧΡΗΣΗΣ Η θέρμανση ζεστού νερού αποτελεί την πιο διαδεδομένη εφαρμογή σε μια βιομηχανία και θεωρείται ως η πιο αποδοτική μέθοδος, σε σύγκριση με τις υπόλοιπες ηλιακές βιομηχανικές εφαρμογές. Η χρήση της συναντάται στα περισσότερα μέρη του κόσμου. Το σύστημα ζεστού νερού χρήσης αποτελείται από τους ηλιακούς συλλέκτες, τη δεξαμενή αποθήκευσης και βασίζεται στη διαφορά πυκνότητας μεταξύ του ζεστού και του κρύου νερού. Στην εικόνα 2.5 παρουσιάζεται ένα σύστημα για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Τα μέρη που το αποτελούν είναι: Δεξαμενή αποθήκευσης Αντλία Θερμοστάτης Βαλβίδα εκτόνωσης Σελίδα 13

14 Εικόνα 2.5: Διαγραμματική απεικόνιση συστήματος για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης (S. Mekhilef, et al 2011) Τα συστήματα για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης αφορούν κυρίως εφαρμογές μέσης θερμοκρασίας (πάνω από 100 ο C).Οι εφαρμογές αυτές είναι: Προθέρμανση νερού που θα χρησιμοποιηθεί για πλύσιμο, καθαρισμό και βαφή Παραγωγή ατμού Άμεση ένταξη του νερού σε ένα συμβατικό σύστημα ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΤΜΟΥ Ατμός χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται ευρύτατα σε διαδικασίες αποστείρωσης και αφαλάτωσης. Για την παραγωγή ατμού χρησιμοποιούνται συνήθως παραβολικοί συλλέκτες οι οποίοι παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό απόδοσης και είναι οι πλέον κατάλληλοι σε εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες. Υπάρχουν τρείς τρόποι για την παραγωγή ατμού με χρήση παραβολικών συλλεκτών: Το φλάς ατμού Η απευθείας παραγωγή (insitu) Ο λέβητας (unfired boiler) Στο φλας ατμού, το υπό πίεση νερό περνά μέσα από τους ηλιακούς συλλέκτες και οδηγείται σε μία δεξαμενή. Το επίπεδο του νερού στο εσωτερικό της δεξαμενής διατηρείται σε σταθερά επίπεδα μέσω ανατροφοδότησης (βλέπε Εικόνα 2. 6). Σελίδα 14

15 Εικόνα 2. 6: Το σύστημα παραγωγής ατμού με τη μέθοδο φλας ατμού (S. Mekhilef, et al 2011) Στην απευθείας παραγωγή (insitu), η μόνη διαφορά με το φλάς ατμού είναι ότι δεν υπάρχει βαλβίδα που να ελέγχει τη ροή μεταξύ των ηλιακών συλλεκτών και της δεξαμενής. Το νερό θερμαίνεται κατευθείαν, παράγοντας έτσι ατμό στο δέκτη (βλέπε Εικόνα 2.7). Η τρίτη μέθοδος είναι συγκριτικά απλούστερη σε σχέση με τις άλλες δύο, καθώς η παραγωγή ατμού γίνεται χωρίς μετάδοση θερμότητας, με την χρήση ενός κοινού λέβητα. Η πίεση κυμαίνεται σε χαμηλό επίπεδο, ενώ και το σύστημα ελέγχου παρουσιάζει απλότητα στη διαχείριση του (βλέπε Εικόνα 2.8) Το σύστημα με το φλας ατμού, αλλά και η απευθείας παραγωγή (insitu), παρουσιάζουν σε γενικές γραμμές το ίδιο κόστος. Η διαφορά όμως είναι ότι τα συστήματα απευθείας παραγωγής, εμφανίζουν πρόβλημα ευστάθειας, αλλά και λειτουργικότητας του δέκτη. Σελίδα 15

16 Εικόνα 2.7: Η παραγωγή ατμού με τη μέθοδο insitu (S. Mekhilef, et al 2011) Εικόνα 2.8: Παραγωγή ατμού με τη χρήση κοινού λέβητα (S. Mekhilef, et al 2011) Σελίδα 16

17 2.3.3 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΞΗΡΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΑΦΥΔΑΤΩΣΗΣ Τα ηλιακά συστήματα ξήρανσης και αφυδάτωσης χρησιμοποιούν την ηλιακή ακτινοβολία είτε ως μοναδική πηγή για την θέρμανση του νερού, είτε ως συμπληρωματική σε συμβατικές πηγές ενέργειας. Τα Συμβατικά συστήματα ξήρανσης αξιοποιούν συμβατικά καύσιμα μολύνοντας το περιβάλλον σε αντίθεση με τα ηλιακά συστήματα που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές πολλών και διαφορετικών βιομηχανιών όπως, βιομηχανίες ξύλου, υφασμάτων και δέρματος. Τα συστήματα αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: α) ξήρανση σε υψηλές θερμοκρασίες και β) ξήρανση σε χαμηλές θερμοκρασίες. Στην πρώτη περίπτωση, η θέρμανση επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση συμβατικών καυσίμων και ηλεκτρισμού, σε αντίθεση με τη ξήρανση σε χαμηλές θερμοκρασίες όπου η χρήση ηλιακών συστημάτων είναι συχνή και προσοδοφόρα. 2.4 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Στις βιομηχανικές εφαρμογές ξεχωρίζουμε πέντε κύριους βιομηχανικούς τομείς που υπόσχονται μία καλή αποδοχή μεγάλων θερμικών ηλιακών συστημάτων. Αυτοί είναι κυρίως βιομηχανίες με σχετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, όπου το ποσοστό της ενέργειας που παρέχεται από το θερμικό ηλιακό σύστημα προς το ενεργειακό ισοζύγιο της βιομηχανίας είναι αρκετά σημαντικό. Τα ηλιακά θερμικά συστήματα είναι ιδιαιτέρως αποτελεσματικά σε βιομηχανίες που απαιτούν χαμηλές θερμοκρασίες νερού (π.χ ο C). Πέντε βιομηχανικοί κλάδοι με καλό δυναμικό εφαρμογών θερμικών ηλιακών συστημάτων είναι οι ακόλουθοι: Βιομηχανία τροφίμων (γαλακτοκομικά προϊόντα, κατεψυγμένα προϊόντα και εργοστάσια επεξεργασίας κρέατος, γλυκίσματα και προϊόντα ζαχαροπλαστικής, εργαστήρια ελαιολάδου) Γεωργία (ξηραντήρια, φυτώρια, θερμοκήπια, κτηνοτροφικές εκτάσεις) Υφάσματα (βυρσοδεψεία, επεξεργασία δέρματος, βαφεία-φινιριστήρια) Χημικές βιομηχανίες (καλλυντικά, απορρυπαντικά, κερί, φαρμακευτικά, ελαστικά αυτοκινήτων) Βιομηχανία ποτών (οινοποιία, αποστακτήρια ποτών και οίνου, ζυθοποιεία) Για τις βιομηχανίες αυτές, η χρήση των θερμικών ηλιακών συστημάτων στις διεργασίες τους, θα εμπλουτίσει την «πράσινη» εικόνα τους καθώς και την εικόνα κοινωνικής επαγρύπνησης τους, έναντι της κοινής γνώμης και πιθανόν να αυξήσει την αγοραστική αξία των ηλιακών συστημάτων, αλλά και τις πωλήσεις των επιχειρήσεων αυτών. Ένα μειονέκτημα των θερμικών ηλιακών συστημάτων είναι η απαιτούμενη επιφάνεια που απαιτείται για την εγκατάστασή τους. Επειδή ακριβώς χρειάζονται μεγάλες επιφάνειες, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε «οπτική μόλυνση», ιδίως στην περίπτωση που το ηλιακό σύστημα είναι εγκατεστημένο στην οροφή του κτιρίου. Παρ όλα αυτά, αυτό το πρόβλημα μπορεί να ξεπεραστεί με τη χρήση νέων αρχιτεκτονικών σχεδιασμών (π.χ. ηλιακές στέγες) και Σελίδα 17

18 προσεκτικών μελετών που επιτρέπουν στα ηλιακά συστήματα να ενσωματωθούν αρμονικά με τον περιβάλλοντα χώρο ή την αρχιτεκτονική του κτιρίου. Τέλος, ένα πολύ σημαντικό στοιχείο που προκύπτει από τη χρησιμοποίηση τέτοιων συστημάτων είναι το γεγονός ότι ένα τετραγωνικό μέτρο συλλεκτών, μπορεί να μειώσει τις εκπομπές CO 2 κατά 250 κιλά/ έτος (Karagiorgas, et al 2000). 2.5 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Κατά τη σχεδίαση και εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος, πολλές παράμετροι υπόκεινται σε πρότυπα ποιότητας, με στόχο τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας του προϊόντος ικανοποιητικής λειτουργίας του. Πιο συγκεκριμένα, και της πρότυπα ποιότητας αφορούν ηλιακούς συλλέκτες, βάσεις στήριξης, αντλίες κυκλοφορίας, δοχεία διαστολής, εναλλάκτες θερμότητας, δεξαμενές αποθήκευσης, σωληνώσεις, θερμική μόνωση και συστήματα ελέγχου. Τα πιο σημαντικά από τα προαναφερθέντα εξαρτήματα που χρήζουν περαιτέρω ανάλυσης όσον αφορά τις ελάχιστες απαιτήσεις ποιότητας είναι: Οι ηλιακοί συλλέκτες Η δεξαμενή αποθήκευσης Οι σωληνώσεις ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ Ο συλλέκτης πρέπει να είναι στεγανός για να αποφευχθεί η εισροή βρόχινου νερού. Τα συμπυκνώματα δεν πρέπει να συσσωρεύονται στον συλλέκτη. Τα υλικά των μερών του συλλέκτη πρέπει να επιλέγονται και να συναρμολογούνται έτσι ώστε να αντέχουν τις μέγιστες μεταβολές θερμοκρασίας που μπορεί να προκύψουν σε συνθήκες ισορροπίας και τις υψηλές θερμοκρασίες στις οποίες μπορεί να εκτεθούν κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου. Τα υλικά του συλλέκτη πρέπει να είναι κατά προτίμηση ανθεκτικά στην έκθεση σε προσπίπτουσα και ανακλώμενη υπεριώδη ακτινοβολία. Οι ροδέλες, βίδες και σωληνώσεις του συλλέκτη πρέπει να κατασκευάζονται έτσι ώστε να μην προκύπτει καμία διαρροή προερχόμενη από θερμική διαστολή. Ο σχεδιασμός του συλλέκτη πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να αποφευχθούν οι θερμικές γέφυρες μεταξύ του πλαισίου του συλλέκτη και της απορροφητικής επιφάνειας. Τα μέρη και τα υλικά πρέπει επίσης να είναι ανθεκτικά στις εχθρικές τάσεις από εξωτερικές κλιματολογικές συνθήκες όπως η βροχή, το χιόνι, το χαλάζι, ο αέρας, η υψηλή υγρασία και η ατμοσφαιρική ρύπανση ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Οι απορροφητικές επιφάνειες πρέπει να κατασκευάζονται από κατάλληλα υλικά τα οποία πληρούν τις μηχανικές, θερμικές και χημικές απαιτήσεις της εφαρμογής. Οι επιπτώσεις στις ιδιότητες της Σελίδα 18

19 απορροφητικής επιφάνειας από τις διαδικασίες κατασκευής όπως το κόψιμο, η οξυγονοκόλληση, οι κολλήσεις κλπ., πρέπει να ληφθούν υπόψη. Οι απορροφητικές επιφάνειες πρέπει να διαστασιολογούνται με πίεση υγρού ίση με αυτή που ορίζεται από τον κατασκευαστή, προσαυξημένη με ένα συντελεστή ασφάλειας ίσο με 1,5. Η βρεχόμενη πλευρά της απορροφητικής επιφάνειας πρέπει να αντέχει τη διάβρωση υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας και να λαμβάνεται υπόψη, η πρόσμειξη ενδεχόμενων προσθέτων (π.χ. γλυκόλη). Οι στρώσεις της απορροφητικής επιφάνειας πρέπει να διατηρούν τις ιδανικές ιδιότητές τους κάτω από υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή υγρασία και συμπυκνώματα, και διοξείδιο του θείου σε υψηλή υγρασία. Τα συνηθισμένα σχέδια των απορροφητήρων είναι σωλήνες με πτερύγια, σωλήνες κενού, θερμοσωλήνες, τύπου σάντουιτς και συστήματα με ενσωματωμένη δεξαμενή αποθήκευσης. Οι συνηθισμένες τεχνικές επικάλυψης περιλαμβάνουν μαύρη βαφή, επιλεκτική εναπόθεση, επιλεκτική βαφή και TiNOx (Karagiorgas, et al 2000) ΔΙΑΦΑΝΗ ΚΑΛΥΜΜΑΤΑ Η διαφάνεια των καλυμμάτων δεν πρέπει να μειώνεται εμφανώς κατά τη διάρκεια χρήσης του συλλέκτη. Επιπλέον, τα καλύμματα πρέπει να είναι ανθεκτικά στην υπεριώδη ακτινοβολία, την εναέρια μόλυνση, την υψηλή υγρασία και τα συμπυκνώματα όπως επίσης και στις υψηλές θερμοκρασίες. Τα συνήθη υλικά που χρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς σκοπούς είναι: γυαλί ασφαλείας, γυαλί χαμηλού σιδήρου, γυαλί με αντανακλαστική επίστρωση ΜΟΝΩΣΗ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ Στη θερμοκρασία ισορροπίας δεν πρέπει να προκύπτει ούτε λιώσιμο, συρρίκνωση ή εξάχνωση της μόνωσης με επαγόμενη συμπύκνωση μέσα στο σώμα του συλλέκτη, ή μείωση της απόδοσης της απορροφητικής επιφάνειας ή διάβρωση των μεταλλικών μερών, μειώνοντας έτσι σημαντικά την απόδοση του συλλέκτη. Η απορρόφηση νερού ή υγρασίας από το μονωτικό υλικό μπορεί να μειώσει προσωρινά ή και μόνιμα τη μονωτική απόδοση του υλικού. Τα συνήθη υλικά που χρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς σκοπούς είναι: πολυουρεθάνη, CFC-freeπολυουρεθάνη, υαλοβάμβακας, πετροβάμβακας ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΕΞΑΜΕΝΩΝ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ Τα χαλυβδό-ελάσματα χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή δεξαμενών αποθήκευσης για βιομηχανικά έργα με ηλιακά συστήματα. Η αντιδιαβρωτική τους προστασία μπορεί να επιτευχθεί με την εφαρμογή τεχνικών κατασκευής προστατευτικών επιστρώσεων, όπως ο γαλβανισμός, η επισμάλτωση, οι θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες ή η μεταλλική επίστρωση. Ο γαλβανισμός παρέχει ασθενή προστασία στους o C, ενώ η επισμάλτωση κάνει τη δεξαμενή ακριβή και πιο εύθραυστη, παρουσιάζοντας έτσι μεγαλύτερο ρίσκο κατά τη μεταφορά. Επίσης, οι Σελίδα 19

20 μεταλλικές επιστρώσεις βασίζονται στο χάλυβα και έτσι δεν είναι ανθεκτικές στη διάβρωση. Οι θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες φαίνεται να είναι μια συμφέρουσα και βιώσιμη λύση αλλά η διαδικασία παραγωγής των δεν είναι ακόμα εντελώς αυτοματοποιημένη. Στην Ελλάδα αυτή η επίστρωση γίνεται ακολουθώντας το πρότυπο ELOT (Karagiorgas, et al 2000) Στις βιομηχανίες, οι υπάρχουσες δεξαμενές αποθήκευσης ζεστού νερού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ηλιακές δεξαμενές αποθήκευσης ζεστού νερού, για παράδειγμα, η δεξαμενή συμπυκνωμάτων. Η προσθήκη εξαρτημάτων στις δεξαμενές αποθήκευσης, όπως αισθητήρες θερμοκρασίας και ροόμετρα θα συνεισφέρει σε έναν ιδανικότερο έλεγχο της λειτουργίας της δεξαμενής αποθήκευσης, κυρίως όσον αφορά την αναρρόφηση ζεστού νερού. Η μόνωση των δεξαμενών με αφρό πολυουρεθάνης, αν και ακριβή, βελτιώνει σημαντικά την ενεργειακή απόδοση του συστήματος ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΤΩΝ ΣΩΛΗΝΩΣΕΩΝ Το μήκος των σωληνώσεων του συστήματος πρέπει να είναι όσο πιο μικρό γίνεται. Οι σωλήνες και οι ενώσεις τους πρέπει να επιλεχθούν από υλικά συμβατά με τα συστατικά που περιέχονται σε κάθε υδραυλικό κύκλωμα και σύμφωνα με το υγρό του κυκλώματος. Τα υλικά για τους σωλήνες και τις ενώσεις πρέπει να είναι ικανά να αντέξουν την μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας (συνθήκες ισορροπίας) και πίεση. Οι σωληνώσεις πρέπει να αντέχουν τη θερμική διαστολή χωρίς καμία ζημιά ή επιβλαβή παραμόρφωση. Επίσης είναι απαραίτητη η χρήση ενός ανοικτού, ή κλειστού δοχείου διαστολής. Ακόμη, πρέπει να είναι δυνατός ο εξαερισμός του συστήματος. Δεν πρέπει να τοποθετούνται αυτόματοι εξαεριστήρες σε μέρη του κυκλώματος του συλλέκτη όπου μπορεί να προκύψει ατμός (π.χ. στο πάνω μέρος της σειράς των συλλεκτών), εκτός εάν προβλεφθεί μία χειροκίνητη βάννα μεταξύ του σωλήνα και του αυτόματου εξαεριστήρα, η οποία πρέπει να είναι κλειστή κατά την κανονική λειτουργία του συστήματος. 2.6 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΓΕΝΙΚΑ Το γάλα χρησιμοποιείται ευρέως από τον άνθρωπο για την παραγωγή διαφορετικών προϊόντων, με σκοπό, είτε την αύξηση της ποικιλίας προϊόντων, είτε σαν μέσο συντήρησης. Στης περισσότερες χώρες, περίπου η μισή παραγωγή γάλακτος καταναλώνεται σαν φρέσκο, πλήρες, ή αποβουτυρωμένο γάλα. Το υπόλοιπο χρησιμοποιείται για την παραγωγή σταθερών εμπορικών γαλακτοκομικών προϊόντων, όπως το βούτυρο και το τυρί, το συμπυκνωμένο και το εβαπορέ γάλα, το γάλα σε σκόνη, τα γιαούρτια, το παγωτό και άλλα γαλακτοκομικά παραπροϊόντα ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΓΑΛΑΚΤΟΣ Για την παραγωγή γάλακτος, η πιο σημαντική βιομηχανική διεργασία που πρέπει να πραγματοποιηθεί, είναι αυτή της παστερίωσης. Η παστερίωση αποτελεί την διαδικασία κατά την οποία το γάλα Σελίδα 20

21 θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία (<100 ο C) και για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο προκειμένου να καταστραφούν όλοι οι παθογόνοι μικροοργανισμοί που περιέχονται στο γάλα και παράλληλα να παραταθεί η διάρκεια ζωής των μη παθογόνων μικροοργανισμών, αυξάνοντας έτσι τη διάρκεια διατήρησης του γάλακτος. Μια βασική αρχή στην οποία στηρίζεται η παστερίωση, είναι ότι το γάλα, ύστερα από τη θέρμανση του, πρέπει αμέσως να ψυχθεί σε θερμοκρασίες κοντά στους 4 ο C. Οι σύγχρονοι εξοπλισμοί της παστερίωσης είναι σχεδιασμένοι για υψηλή θερμοκρασία, σύντομο χρόνο και συνεχή λειτουργία μεταξύ 72 ο C για 16 δευτερόλεπτα και στιγμιαία μέχρι 85 ο C (Karagiorgas, et al 2000). Οι παστεριωτές είναι αναγεννητικού τύπου, με το ζεστό παστεριοποιημένο γάλα να ψύχεται από την εισερχόμενη πρώτη ύλη. Η κρέμα, το αποβουτυρωμένο γάλα και άλλα υγρά προϊόντα παστεριοποιούνται στον ίδιο εξοπλισμό. Το ζαχαρούχο συμπυκνωμένο γάλα παράγεται συνήθως από φρέσκο γάλα με τις εξής διαδικασίες: α) πρόσθεση ζάχαρης β) προθέρμανση και συγκέντρωση του μείγματος υπό υψηλό κενό, γ) ψύξη του σιροπιασμένου γάλακτος έτσι ώστε η λακτόζη να κρυσταλλοποιηθεί, δ) συσκευασία του προϊόντος. Η παραγωγή του γάλατος εβαπορέ περιλαμβάνει αρκετά σημαντικά στάδια. Η πρώτη ύλη θερμαίνεται στους 95 ο C για δέκα λεπτά για να δώσει στη συγκέντρωσή του τη σταθερότητα που χρειάζεται να αντέχει την αποστείρωση σε κονσέρβες χωρίς να θρομβώνει. Το γάλα συγκεντρώνεται σε περιεχόμενο στερεών 2:1 σε έναν εξατμιστή πολλαπλών σταδίων. Το συγκεντρωμένο γάλα τότε ομογενοποιείται, τυποποιείται, συσκευάζεται και αποστειρώνεται στους 116 ο C για 16 λεπτά σε έναν υψηλής χωρητικότητας συνεχή αποστειρωτή (Karagiorgas, et al 2000). Το φρέσκο γάλα, το ξινόγαλο, το γιαούρτι και παραπλήσια προϊόντα είναι πολύ ευαίσθητα στις συνθήκες μεταφοράς και αποθήκευσης. Η διάρκεια της αποθηκευτικής τους ζωής στους 7 ο C είναι συνήθως περίπου 15 ημέρες, αλλά μελέτες έχουν δείξει ότι το γάλα που κρατείται στον 1 ο C έχει διπλάσια διάρκεια αποθηκευτικής ζωής (Karagiorgas, et al 2000). Έτσι, η καλύτερη πρακτική είναι να κρατάμε τα γαλακτοκομικά προϊόντα σε θερμοκρασία μόλις πάνω από το σημείο πήξης. Οι συσκευασίες μεταφοράς του γάλακτος είναι μεγάλα χάρτινα κιβώτια, που γεμίζονται και σφραγίζονται αυτόματα από συνεχείς μηχανές. Σε χώρες όπου χρησιμοποιούνται γυάλινα μπουκάλια, κάθε μπουκάλι χρησιμοποιείται 20 με 40 φορές. Τα επιστρεφόμενα γυάλινα μπουκάλια πλένονται σε αυτόματες μηχανές πλύσης μπουκαλιών ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Το πρωτογενές γάλα, όταν υποβάλλεται σε μία φυγόκεντρο δύναμη, παράγεται κρέμα, καθώς τα σφαιρίδια του πάχους του γάλακτος, μετά την φυγοκέντρηση αφήνουν τη πλασματική φάση του γάλακτος και αναδύονται σαν κρέμα. Η βέλτιστη θερμοκρασία διαχώρισης είναι 40 ο C. Σχεδόν το ένα τρίτο της παγκόσμιας παραγωγής γάλακτος χρησιμοποιείται για τη παραγωγή βουτύρου. Διαχωρίζοντας την κρέμα από το γάλα και κατόπιν προκαλώντας μηχανική ταραχή, Σελίδα 21

22 παράγεται το βούτυρο. Το βούτυρο σε περιόδους υψηλής παραγωγής, αποθηκεύεται σε στεγανούς χώρους πριν την προώθηση του στην αγορά. Το τυρί φτιάχνεται από πηγμένο γάλα, κόβοντας και θερμαίνοντας την πέτσα για να βγει ο ορός γάλακτος και στη συνέχεια πιέζοντας και ωριμάζοντας το τυρί. Η διαδικασία είναι μικροβιολογική κατά την οποία τα ένζυμα που παράγονται αναπτύσσουν το επιθυμητό σώμα και άρωμα. Για να καθυστερήσει η δημιουργία πέτσας, το γάλα κρατείται αδρανές και θερμαίνεται για έναν αριθμό ωρών. Όταν πήξει, η πέτσα κόβεται και μαγειρεύεται σε μέση θερμοκρασία για να απελευθερωθεί ο ορός γάλακτος. Η παραγωγή του γιαουρτιού γίνεται αρχικά με την ομογενοποίηση του φρέσκου γάλακτος. Στη συνέχεια ακολουθεί η θέρμανση του γάλακτος στους o C για τρία λεπτά το πολύ και μετέπειτα η ψύξη του στους o C. Μετά τη ψύξη του γάλακτος ακολουθεί πρόσθεση αποικίας βακτηριδίων και διατήρηση του μείγματος στους o C για τρείς ώρες. Τέλος έχουμε τη ψύξη του γιαουρτιού στους o C και την συσκευασία του ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΤΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΣΤΟ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΟ ΤΟΜΕΑ Η κατανάλωση ενέργειας ανέρχεται στο 2 % του συνολικού κόστους λειτουργίας μιας βιομηχανίας. Η ειδική κατανάλωση ενέργειας (ενέργεια ανά τόνο επεξεργασμένου γάλακτος), διαφέρει σημαντικά από το ένα γαλακτοκομείο στο άλλο, καθώς κάθε ένα από αυτά παρασκευάζει το δικό του μείγμα προϊόντος. Η κατανομή ενέργειας είναι διαφορετική επίσης και μεταξύ των χωρών της Ευρώπης, καθώς παρουσιάζονται διαφορές στην τιμή της ενέργειας μεταξύ τους, αλλά και μεταξύ της σχέσης καυσίμου και ηλεκτρικής ενέργειας. Ακόμη οι υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στη νότια Ευρώπη, καθιστούν μεγαλύτερες τις ανάγκες για ψύξη, με συνέπεια την ανάλογη αύξηση της ενέργειας. Εικόνα 2.9: Κατανάλωση ενέργειας σε διάφορες χώρες της Ευρώπης (Karagiorgas, et al 2000) Σελίδα 22

23 Οι εγκαταστάσεις των ηλιακών συστημάτων χρησιμοποιούνται κυρίως, για την εξοικονόμηση ενέργειας στις παραγωγικές διαδικασίες του γαλακτοκομικού τομέα οι οποίες απαιτούν θερμοκρασίες νερού μικρότερες των 80 ºC. Το ζεστό νερό που παράγεται στους ηλιακούς συλλέκτες χρησιμοποιείται επίσης για την προθέρμανση νερού που εισέρχεται στον ατμολέβητα του εργοστασίου, ο οποίος είναι υπεύθυνος για την παροχή ενέργειας. Ο ατμολέβητας τροφοδοτείται με πετρέλαιο, καύσιμο μείγμα, φυσικό αέριο και μαζούτ. Οι διεργασίες που λειτουργούν σε θερμοκρασιακές συνθήκες κάτω των 80 ºC είναι: Πλύσιμο μπουκαλιών στους 60 ºC Παστερίωση στους 70 ºC Ωρίμανση γιαουρτιού στους ºC Επιτόπιος καθαρισμός (CIP:CLEANING IN PLACE) στους ºC,, ενώ οι διεργασίες που απαιτούν ζεστό νερό σε υψηλές θερμοκρασίες ( 100ºC) είναι: Αποστείρωση μπουκαλιών UHT επεξεργασία (αποστείρωση γάλακτος) Εξάτμιση πολλαπλών σταδίων ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ (KWH ANA ΤΟΝΟ) ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ (KWH ΑΝΑ ΤΟΝΟ) ΠΑΣΤΕΡΙΩΣΗ 12 5 ΑΠΟΣΤΕΙΡΩΣΗ ΜΠΟΥΚΑΛΙΑ ΣΕ ΠΛΥΣΙΜΟ ΜΠΟΥΚΑΛΙΩΝ UHT ΕΜΜΕΣΗ ΚΑΙ ΑΜΜΕΣΗ ΑΠΟΣΤΕΙΡΩΣΗ ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ CLEANING IN PLACE (CIP) ΕΞΑΤΜΙΣΗ ΞΗΡΑΝΣΗ ΜΕ ΨΕΚΑΣΜΟ Πίνακας 2.2: Τιμές ενεργειακής κατανάλωσης διεργασιών ανά τόνο τελικού προϊόντος (Karagiorgas, et al 2000) Σελίδα 23

24 Μία μονάδα CIP (Cleaning in Place) είναι μία μονάδα αυτόματου καθαρισμού στα γαλακτοκομεία για τον εσωτερικό καθαρισμό των σωλήνων, δοχείων, καλουπιών, και εναλλακτών θερμότητας. Η ενεργειακή αποτελεσματικότητα της εσωτερικής πλύσης των σωλήνων, δοχείων, καλουπιών, εναλλακτών θερμότητας, έχει βελτιωθεί με αυτές τις μονάδες. Αλλά ο καθαρισμός παραμένει ακόμα η πιο ενεργοβόρα διαδικασία στην γαλακτοκομική βιομηχανία. Σε γαλακτοκομεία υγρού γάλακτος ανέρχεται σε περίπου 70% της συνολικής θερμικής κατανάλωσης ενέργειας, ενώ η αντίστοιχη τιμή για παραγωγή γάλακτος σε σκόνη είναι περίπου 10%. Η διαδικασία CIP αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια: Πρόπλυση με χρήση κρύου νερού Ξέβγαλμα σε ένα αλκαλικό διάλυμα περίπου στους 80 ºC Ξέπλυμα σε κρύο νερό Ξέπλυμα σε όξινο νερό περίπου στους 70 ºC Ξέπλυμα σε ζεστό νερό στους 80 ºC Σήμερα η παστερίωση καταναλώνει μόνο ένα μικρό μέρος της ενέργειας (βλέπε Πίνακα 2.2), ενώ η αποστείρωση είναι πολύ πιο ενεργοβόρα διεργασία. Στην αποστείρωση η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή και γενικά μπορούμε να πούμε ότι η διαφορά θέρμανσης και του γάλακτος προς αποστείρωση, πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη από την παστεριοποίηση. Παρόλα αυτά όσον αφορά το υγρό γάλα, συνηθίζεται να αποστειρώνεται, παρά να παστεριώνεται. Σε φυσιολογικές συνθήκες, ο διαχωρισμός του νερού και της ξερής ύλης θα πρέπει να χρησιμοποιεί μικρές ποσότητες ενέργειας. Είναι αξιοσημείωτο, ότι οι σύγχρονες μονάδες εξάτμισης συμπυκνώνουν γάλα πάνω από 400 % με κατανάλωση ενέργειας συγκρινόμενη με αυτή της παστερίωσης του γάλακτος. Η ξήρανση με ψεκασμό χρησιμοποιείται για να συμπυκνώνει παχύρρευστα υγρά που δεν μπορούν να συμπυκνωθούν περαιτέρω σε εξατμιστές ή με διαδικασίες μεμβράνης. Αλλά σε αντίθεση με τους εξατμιστές, δεν υπάρχει καμία μέθοδος που να επαναφέρει την εκλυόμενη θερμότητα που παράγεται στον ατμό κατά τη διαδικασία της εξάτμισης. Επομένως, η ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας στον ξηραντήρα ψεκασμού αντιστοιχεί στη θερμότητα της εξάτμισης του εξατμιζόμενου νερού. Στην πραγματικότητα, η κατανάλωση ενέργειας υπερβαίνει αυτό το ελάχιστο λόγω της απώλειας της μεταφερόμενης θερμότητας προς τον εξατμιζόμενο αέρα και τη σκόνη. Συγκρινόμενη με αυτήν του διαχωρισμού μέσω εξάτμισης, η καταναλισκόμενη ενέργεια στην εξάτμιση ψεκασμού είναι φορές μεγαλύτερη ανά κιλό αφαιρούμενου νερού. Σελίδα 24

25 2.7 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗΝ ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΜΕΒΓΑΛ Α.Ε Η βιομηχανία Η ΜΕΒΓΑΛ Α.Ε είναι μια από τις πιο γνωστές γαλακτοβιομηχανίες που εδρεύουν στον ελλαδικό χώρο. Ιδρύθηκε το 1950 και λειτουργεί σαν δημόσια επιχείρηση από το 1976.Οι κύριες εγκαταστάσεις της βρίσκονται στη Θεσσαλονίκη, στην περιοχή των Κουφαλίων και η βασική βιομηχανική δραστηριότητα της αποτελεί η παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων όπως βούτυρο, τυρί, γάλα και γιαούρτι. Η βιομηχανία απασχολεί περίπου 1100 εργαζομένους στους τομείς διοίκησης, ανάπτυξης, παραγωγής και πωλήσεων και έχει λάβει σημαντικές διακρίσεις κατά τη διάρκεια των χρόνων λειτουργίας της. Η παραγωγή ατμού αποτελεί βασική προϋπόθεση για την ολοκλήρωση των βασικών διεργασιών που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία της βιομηχανίας όπως η παστερίωση, η αποστείρωση και η εξάτμιση, ενώ απαιτείται και ζεστό νερό για το σύστημα αυτόματου καθαρισμού της βιομηχανίας (CIP) που χρησιμοποιείται για την απολύμανση και τον καθαρισμό μηχανημάτων και σκευών. Αρχικά, για την παροχή ατμού χρησιμοποιούνταν ατμολέβητες σκληρού λαδιού. Η παροχή νερού γινόταν μέσω ενός δικτύου τροφοδοσίας, ενώ οι ημερήσιες ανάγκες σε εικοσιτετράωρη βάση ανέρχονται σε 150 m 3 / ημέρα. Η θερμοκρασία του νερού για τη λειτουργία των πλυντηρίων κυμαίνεται μεταξύ ο C, ενώ για άλλες λειτουργίες μεταξύ ο C. Περιγραφή κεντρικού ηλιακού συστήματος Το 2000, με τη συνδρομή του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ) εγκαταστάθηκε κεντρικό ηλιακό σύστημα, αποτελούμενο από δύο ηλιακά θερμικά υποσυστήματα. Το πρώτο σύστημα αποτελείται από 216 m 2 επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες, μαύρης βαφής, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι στην στέγη του εργοστασίου και είναι συνδεδεμένοι παράλληλα με 111 m 2 κεντρικών παραβολικών συλλεκτών (CPC), επίσης μαύρης βαφής. Το σύστημα αποτελείται επίσης από ένα κλειστό δοχείο διαστολής και από δύο δεξαμενές ηλιακής αποθήκευσης, χωρητικότητας 2500 λίτρων η κάθε μία. Οι δεξαμενές αυτές, είναι τοποθετημένες σε έναν ειδικά διαμορφωμένο χώρο δίπλα στο λεβητοστάσιο του εργοστασίου. Το νερό που θερμαίνεται από τους ηλιακούς συλλέκτες, κυκλοφορεί σε ένα κλειστό κύκλωμα νερού-γλυκόλης και θερμαίνει το νερό που βρίσκεται στις δεξαμενές ηλιακής αποθήκευσης, μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας. Το παραγόμενο ζεστό νερό χρησιμοποιείται για την προθέρμανση του νερού που εισέρχεται στους ατμολέβητες (βλέπε Εικόνα 2.10). Το δεύτερο ηλιακό υποσύστημα αποτελείται από 398 m 2 επίπεδων συλλεκτών με επιλεκτική επίστρωση βαφής. Το όλο σύστημα είναι εγκατεστημένο στην οροφή του τμήματος του εργοστασίου που ασχολείται με την παραγωγή τυριού. Το κλειστό κύκλωμα του ηλιακού υποσυστήματος, αποτελείται και αυτό από ένα κλειστό δοχείο διαστολής και δύο δεξαμενές ηλιακής αποθήκευσης με χωρητικότητα 2500 λίτρα. Το νερό που θερμαίνεται μέσω των ηλιακών συλλεκτών, κυκλοφορεί σε Σελίδα 25

26 ένα κύκλωμα κλειστού βρόχου και θερμαίνει με τη σειρά του το νερό των δεξαμενών. Το ζεστό νερό που παράγεται, χρησιμοποιείται για τις συσκευές πλυσίματος CIP, ή εναλλακτικά προθερμαίνει το νερό που χρησιμοποιείται στους ατμολέβητες (βλέπε Εικόνα 2.11). Σήμερα, η εγκατάσταση βρίσκεται σε πολύ καλή κατάσταση. Όμως, ένα πιθανό μελλοντικό πρόβλημα στη μελλοντική λειτουργία του συστήματος, είναι τα αυξανόμενα επίπεδα αιθάλης στα καυσαέρια των ατμολεβήτων, κάτι που θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την εναπόθεση της αιθάλης στην επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών και κατά συνέπεια στη μείωση της απόδοσης τους. Η χρηματοδότηση της εγκατάστασης έγινε κατά 73,5% από το κέντρο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, κατά 6,5% από την αγροτική τράπεζα και κατά 20% από την ίδια τη ΜΕΒΓΑΛ. Η συμφωνία προέβλεπε ότι η ΜΕΒΓΑΛ θα πλήρωνε μηνιαία το ποσό της ενέργειας, βασισμένο σε μία σταθερή τιμή ανά κιλοβατώρα, η οποία είχε συμφωνηθεί πριν την έναρξη της εγκατάστασης. Από τη στιγμή που η ΜΕΒΓΑΛ θα έκανε απόσβεση την επένδυση της εγκατάστασης, το ηλιακό σύστημα θα άνηκε εξ ολοκλήρου σε αυτήν. Υπολογίζεται ότι η ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας ανέρχεται στις 700KWh/m 2 (Karagiorgas, et al 2000). Εικόνα 2.10:Σχηματική παράσταση του συστήματος για την προθέρμανση του τροφοδοτικού νερού των ατμολεβητών (Karagiorgas, et al 2000) Σελίδα 26

27 Εικόνα 2.11: Σχηματική παράσταση του συστήματος για την παραγωγή ζεστού νερού (Karagiorgas, et al 2000) Εικόνα 2.12: Επίπεδοι επιλεκτικοί συλλέκτες στην οροφή του τυροκομείου της ΜΕΒΓΑΛ (Karagiorgas, et al 2000) Σελίδα 27

28 Εικόνα 2.13: CPC και επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες στην οροφή του εργοστασίου (Karagiorgas, et al 2000) 2.8 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΜΑΝΔΡΕΚΑΣ Α.Ε Η βιομηχανία Η ΜΑΝΔΡΕΚΑΣ Α.Ε είναι μια οικογενειακή επιχείρηση γαλακτοκομικών προϊόντων. Η ίδρυση της έγινε το 1954, με βασική δραστηριότητα την παραγωγή και πώληση σε όλη την Ελληνική επικράτεια παραδοσιακού γιαουρτιού από πρόβειο και αγελαδινό γάλα. Το 1991, η επιχείρηση μεγαλώνει με την ανάπτυξη μιας νέας μονάδας στην Κόρινθο, όπου η παραγωγή γιαουρτιού γίνεται με σύγχρονες μεθόδους. Βασικός πυρήνας της επιχείρησης είναι η παραγωγή γιαουρτιού ιδιωτικής ετικέτας στον ευρύτερο ελλαδικό χώρο, αλλά και στο εξωτερικό( Ευρώπη, Αμερική), όπου το ελληνικό γιαούρτι αποτελεί μεγάλη καινοτομία. Στη γαλακτοβιομηχανία ΜΑΝΔΡΕΚΑΣ Α.Ε, γίνεται παραγωγή όλων των τύπων του γιαουρτιού, όπως επίσης και κάποιων επιδορπίων γιαούρτης (τζατζίκι), καθώς και επιδορπίων γάλακτος (ρυζόγαλο, κρέμα). Στην επιχείρηση απασχολούνται 30 άτομα. Περιγραφή κεντρικού ηλιακού συστήματος Η παραγωγή ατμού για την κάλυψη των αναγκών που απαιτούνται για την περάτωση των βασικών διεργασιών που πραγματοποιούνται σε μία γαλακτοβιομηχανία, όπως η αποστείρωση και η παστερίωση, γίνεται μέσω ενός ατμολέβητα που λειτουργεί με υγραέριο. Η παροχή κρύου νερού γίνεται μέσω ενός δικτύου τροφοδοσίας. Η παραγωγή του ζεστού νερού που χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της θερμοκρασίας του γιαουρτιού στους 45 o C κατά το στάδιο ωρίμανσης του, γίνεται Σελίδα 28

29 μέσω του ηλιακού συστήματος. Το ζεστό νερό χρησιμοποιείται επίσης για να καλύψει τις ανάγκες των τουαλετών του εργοστασίου. Οι απαιτήσεις σε ζεστό νερό ανέρχονται σε 15 m 3 / ημέρα. Το κεντρικό ηλιακό σύστημα εγκαταστάθηκε το 1993 με επιδότηση του 50 % του κόστους του από το σχέδιο περιφερειακής ανάπτυξης. Το σύστημα αποτελείται από τα εξής μέρη: α) 170 m 2 επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες με μαύρη επίστρωση, τοποθετημένοι στη στέγη της βιομηχανίας β) ανοιχτό υδραυλικό κύκλωμα και δύο δεξαμενές ηλιακής αποθήκευσης, παράλληλα διατεταγμένες με χωρητικότητα 1000 λίτρων οι κάθε μία. Το κρύο νερό από το δίκτυο τροφοδοσίας περνάει μέσα από τις δύο δεξαμενές, πηγαίνει στους ηλιακούς συλλέκτες όπου και θερμαίνεται και στη συνέχεια επιστρέφει πάλι πίσω στις δεξαμενές ηλιακής αποθήκευσης. Το ζεστό νερό όπως προαναφέρθηκε, χρησιμοποιείται είτε για τη διατήρηση του γιαουρτιού στους ωριμαντήρες στους 45 o C, είτε για την κάλυψη των αναγκών των τουαλετών. Οποιαδήποτε άλλη ανάγκη απαιτείται για θέρμανση, καλύπτεται από τον ατμολέβητα, μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας. Εικόνα 2.14: Αποψη της γαλακτοκομικής βιομηχανίας ΜΑΝΔΡΕΚΑΣ Α.Ε (Karagiorgas, et al 2010) Σελίδα 29

30 2000) Εικόνα 2.15: Επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες στην οροφή της βιομηχανίας (Karagiorgas, et al 2.9 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΓΑΛΑΚΤΟΚΟΜΙΚΩΝ ΑΛΠΙΝΟ Α.Ε Η βιομηχανία Η ΑΛΠΙΝΟ Α.Ε, είναι μια γαλακτοβιομηχανία που έχει έδρα τη Θεσσαλονίκη και βρίσκεται στην περιοχή της Σταυρούπολης. Το προσωπικό της ανέρχεται στα 110 άτομα και η κύρια δραστηριότητα της είναι η παραγωγή τυριού και βουτύρου. Περιγραφή κεντρικού ηλιακού συστήματος Στη βιομηχανία ΑΛΠΙΝΟ Α.Ε οι καθημερινές απαιτήσεις ζεστού νερού φτάνουν τα 40 m 3 /ημέρα και η παραγωγή ατμού που είναι απαραίτητος για τις βασικές διεργασίες ενός γαλακτοκομείου, γίνονταν μέχρι το 2000, μέσω τριών ατμολεβήτων σκληρού λαδιού. Η παροχή κρύου νερού γίνεται μέσω ενός δικτύου τροφοδοσίας. Το 2000,πραγματοποιήθηκε η εγκατάσταση κεντρικού ηλιακού συστήματος με στόχο την παραγωγή ζεστού νερού το οποίο με τη σειρά του θα προθερμαίνει το νερό το οποίο εισέρχεται στον ατμολέβητα. Η εγκατάσταση επιδοτήθηκε κατά το 50% του κόστους της από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Ενέργειας με συμβόλαιο GSR ( εγγυημένης ηλιακής απόδοσης), σύμφωνα με το οποίο ο κατασκευαστής του συστήματος πρέπει να παρουσιάσει μια ελάχιστη απόδοση του συστήματος, ειδάλλως δεν θα του καταβληθεί το συνολικό ποσό της επιχορήγησης. Το κεντρικό ηλιακό σύστημα αποτελείται από 324 m 2 επίπεδων ηλιακών συλλεκτών, με μαύρη βαφή επίστρωσης, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι στην οροφή της βιομηχανίας και από 252 m 2 επίσης Σελίδα 30