ΗΜΕΡΙΔΑ «ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - Πράσινη Πρακτική στη Σύγχρονη Βιομηχανία» Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αίθουσα Τελετών 4 Ιουνίου 2008 Αντικατάσταση στερεών καυσίμων με στερεά βιοκαύσιμα : παρούσα κατάσταση και προοπτικές E. Κακαράς +30 210 772 3662, Fax: +30 210 772 3663, E-mail: ekak@central.ntua.gr Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
2 Περιεχόμενα Στόχοι ΕΕ για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Προτυποποίηση στερεών βιοκαυσίμων & SRF Εμπειρία από τη μικτή καύση βιομάζας με λιγνίτη Χρήση εναλλακτικών καυσίμων στην τσιμεντοβιομηχανία Αξιοποίηση της βιομάζας και των εναλλακτικών καυσίμων στην Ελλάδα Ι. Μικτή καύση σε Ελληνική ηλεκτροπαραγωγική μονάδα από λιγνίτη II. Εναλλακτικά καύσιμα στην ελληνική τσιμεντοβιομηχανία Συμπεράσματα και μελλοντικές ανάγκες έρευνας
3 Στόχοι της ΕΕ για τις ΑΠΕ Ενέργεια & Περιβάλλον: Νο 1 προτεραιότητα για την Ευρωπαϊκή Ένωση Οι στόχοι για το 2010: Αύξηση της συμμετοχής των ΑΠΕ στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας στο 12% Αύξηση της συμμετοχής των ΑΠΕ στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στο 22,1% Μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 8% Αύξηση της συμμετοχής των βιοκαυσίμων σε 5,75% επί του συνόλου της βενζίνης και του ντίζελ Οι στόχοι για το 2020: Αύξηση της συμμετοχής των ΑΠΕ στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας στο 20% Αύξηση κατά 20% στην απόδοση ενέργειας Μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 20% Αύξηση της συμμετοχής των βιοκαυσίμων σε 10 % επί του συνόλου της βενζίνης και του ντίζελ
4 Περιβαλλοντικά Πλεονεκτήματα της χρήσης των εναλλακτικών καυσίμων στη βιομηχανία Εξοικονόμηση φυσικών πόρων περιορισμός της χρήσης μη ανανεώσιμων, στερεών ορυκτών καυσίμων Αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχομένου ανανεώσιμων καυσίμων Μηδενικό ισοζύγιο παραγωγής CO 2 Κοινωνικo-Οικονομικά Μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενες ενεργειακές πηγές (πετρέλαιο) Μείωση του κόστους παραγωγής Δημιουργία νέων θέσεων εργασίας Ενίσχυση της αγροτικής δραστηριότητας Αξιοποίηση υπολειμμάτων & Επανακαλλιέργεια μη χρησιμοποιούμενων εκτάσεων
Προτυποποίηση Στερεών Βιοκαυσίμων Tables with property grades (Table 4-13 in CEN/TS 14961) Πηγή/προέλευση Βιομάζα Διαδικασία παραγωγής Εμπορική μορφή (π.χ. pellet) Στερεό βιοκαύσιμο WP4.2: Ιδιότητες αναφορικά με την καύση Μετατροπή Χρήση βιοενέργειας Τεκμηρίωση της προέλευσης (Table 1 in CEN/TS 14961) WP4.1 Ιδιότητες αναφορικά με την εφοδιαστική αλυσίδα WP4.3 Θεμελιώδη για τους κανόνες συμμόρφωσης Διασφάλιση ποιότητας (CEN/TS 15234) Πηγή: Bionorm II project 5
Προτυποποίηση Στερεών Βιοκαυσίμων briquettes pellets exhausted olive cake wood chips hog fuel wood logs sawdust bark straw bales General master table for others Πηγή: Bionorm II project 6
SRF Ορισμός, Πλεονεκτήματα - Ανησυχίες Solid Recovered Fuel (SRF): Fuel prepared from non hazardous waste to be used for energy recovery in waste incineration and co-incineration plants Πλεονεκτήματα της μικτής καύσης SRF σε βιομηχανικές διεργασίες Εξοικονόμηση μη ανανεώσιμων πόρων με την υποκατάσταση των ορυκτών καυσίμων Εναλλακτική διαχείριση αποβλήτων Το SRF είναι σε ορισμένο ποσοστό βιογενές (μέχρι 70% wt) Η αξιοποίηση των υφιστάμενων δυνατοτήτων (τσιμεντοβιομηχανία, ηλεκτροπαραγωγή) για τη μικτή καύση του SRF είναι τεχνικώς και οικονομικώς αποδοτική λύση Ανησυχίες Παραγωγή SRF από την ανάκτηση υλικών / Ο κύκλος επαναχρησιμοποίησης ενάντια στην ιεράρχηση των αποβλήτων (πρόληψη των απορριμμάτων / ελαχιστοποίηση και ανακύκλωση προτιμότερη από την ανάκτηση ενέργειας και τη διάθεση). Ανησυχία σχετικά με τις αποκλίσεις των ελέγχων που εφαρμόζονται σε μονάδες αποτέφρωσης και συναποτέφρωσης Αναγκαία η δημόσια αποδοχή και εμπιστοσύνη προτυποποίηση 7
Προτυποποίηση SRF Δομή του Συστήματος διαχείρισης ποιότητας για το SRF Σκοπός και επιμέρους στόχοι της ομάδας εργασίας CEN/ TC 343 Οργάνωση και δομή της ομάδας εργασίας σχετικά με την προτυποποίηση του SRF (CEN/ TC 343) WG1: Ορολογία και διαχείριση ποιότητας WG2: Ταξινόμηση καυσίμων και προδιαγραφές WG3: Δειγματοληψία και καθορισμός του βιογενούς κλάσματος του ανακτηθέντος καυσίμου WG4: Φυσικές και μηχανικές δοκιμές WG5: Χημικές δοκιμές Πηγή: Quovadis Project 8
Περιβαλλοντικά οφέλη από την αξιοποίηση καυσίμων ανακτηθέντων από απορρίμματα 9 Εκπομπές CO 2 από διάφορα καύσιμα Πηγή: Thomas Glorius, Potential for decreasing CO 2 emissions through co- combustion of recovered fuels, Entsorga Seminar 2003 Υπολογίζεται ότι με τη μικτή καύση 1tn SRF: - αποφεύγεται η εκπομπή 1tn CO 2 - εξοικονομείται περίπου 1,5 tn ορυκτών καυσίμων
Σύγχρονες Τεχνικές Μικτής Καύσης σε Θερμοηλεκτρικούς Σταθμούς 10 1. Από κοινού κονιοποίηση και τροφοδοσία του καύσιμου μίγματος 2. Ξεχωριστή άλεση του καυσίμου υποκατάστασης, εισαγωγή του στον αγωγό τροφοδοσίας του άνθρακα, καύση στους υπάρχοντες καυστήρες άνθρακα 3. Ξεχωριστή άλεση του καυσίμου υποκατάστασης, καύση σε νέους καυστήρες βιομάζας 4. Αεριοποίηση της βιομάζας, καύση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης στους καυστήρες του λέβητα Σημείωση: Καθεμία από τις παραπάνω εναλλακτικές μικτής καύσης έχει τις δικές της (μοναδικές) λειτουργικές ανάγκες και ειδικές απαιτήσεις στην ποιότητα του καύσιμου.
Ανασκόπηση των Θερμικών Σταθμών μικτής καύσης σε παγκόσμιο επίπεδο Μια πρόσφατη έρευνα για την εφαρμογή της μικτής καύσης, παγκοσμίως, έδειξε ότι υπάρχουν περισσότεροι από 240 θερμοηλεκτρικοί σταθμοί που χρησιμοποιούν ως καύσιμα βιομάζα ή απορρίμματα μαζί με άνθρακα. Τα τελευταία 5-10 χρόνια έχει υπάρξει αξιοσημείωτη πρόοδος στην ανάπτυξη της συνδυασμένης χρήσης βιομαζικών υλικών σε ανθρακικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας Οι ανθρακικοί σταθμοί που κυρίως εφαρμόζουν τη μικτή καύση είναι συνήθως μεγάλης κλίμακας εγκατεστημένης ισχύος: 50-700 MW e. Ελάχιστες μονάδες μικρότερης κλίμακας (5-50 MW e ) εφαρμόζουν αυτήν την τεχνολογία. 11
Μικτή καύση βιομάζας στον ανθρακικό σταθμό AMER στην Ολλανδία Πηγή: Συνέδριο NETBIOCOF 12
Μικτή καύση SRF σε ανθρακικούς σταθμούς: Η περίπτωση της Γερμανίας 13 Από τον Ιούνιο 2005 δεν επιτρέπεται στη Γερμανία η απόθεση απορριμμάτων που δεν έχουν υποστεί μηχανική / βιολογική επεξεργασία σε ΧΥΤΑ Προβλέπεται η έλλειψη υποδομών σε εγκαταστάσεις θερμικής αξιοποίησης SRF γιαταεπόμεναχρόνια Οι ανθρακικοί σταθμοί μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο καλύπτοντας μέρος των εμφανιζόμενων ελλείψεων για την ενεργειακή αξιοποίηση του SRF Θερμικός Σταθμός Εταιρεία Καύσιμο υποκατάστασης Συνεχής λειτουργία από Δυναμικό( ktons/a) Boxberg III Vattenfall Λυμματολάσπη 03/1999 160 Κρεατάλευρα 12/2002 35 Jaenschwalde SRF 02/2005 400 Lippendorf Λυμματολάσπη 07/2004 385 Schwarze Pumpe Αναμεμιγμένο ανακτηθέν κλάσμα 06/2001 360 Χαρτοπολτός 12/2005 100 Berrenrath RWE-Power SRF 2006 100 Weisweiler RWE-Power Χαρτοπολτός 2004 200 Σχήμα: Έρευνα αγοράς για το SRF. Πρόβλεψη της παραγωγής και ζήτησης SRD στη Γερμανία,(Πηγή: Prognos AG) Πίνακας: Γερμανικοί θερμικοί σταθμοί, όπου εφαρμόζεται η μικτή καύση διάφορων εναλλακτικών καυσίμων
Μικτή καύση SRF στον ανθρακικό σταθμό παραγωγής Weisweiller στη Γερμανία Δοκιμέςμικτήςκαύσηςδιάρκειαςτριώνεβδομάδωνέλαβανχώραστο λιγνιτικό σταθμό Weisweiler ιδιοκτησίας RWE Παροχή SRF σε κάθε μονάδα: 12,5 t/h που αντιστοιχεί σε 2% θερμικό ποσοστό υποκατάστασης Δύο λέβητες ονομαστικής ισχύος 600 MW e χρησιμοποιήθηκαν για τις δοκιμές Στα πλαίσια των δοκιμών εξετάστηκαν τα εξής τεχνικά ζητήματα: - Διαχείριση και τροφοδοσία καυσίμου - Απόδοση μύλων κονιοποίησης - Συμπεριφορά απόδοση καύσης - Εκπομπές - Ιδιότητες τέφρας Σχήμα: Φωτογραφία και σχηματικό διάγραμμα του Θερμικού σταθμού Weisweiler (Πηγή: RWE Power) 14
15 Αποτελέσματα των δοκιμών Κανονική λειτουργία του σταθμού χωρίς εμφάνιση προβλημάτων που θα ανάγκαζαν τη διακοπή της τροφοδοσίας του εναλλακτικού καυσίμου. Αναγκαία η στέγαση του χώρου εκφόρτωσης των φορτηγών μεταφοράς του εναλλακτικού καυσίμου για μεγαλύτερη αντιανεμική προστασία. Αναγκαίες μικρές βελτιώσεις στο σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου για την περίπτωση συνεχούς λειτουργίας μικτής καύσης. Δε διαπιστώθηκε μεταβολή στις εκπομπές ρύπων λόγω της χρησιμοποίησης του εναλλακτικού καυσίμου. Η τέφρα εξακολουθεί και πληρεί τις αναγκαίες προδιαγραφές για απόθεση. Οι δοκιμές έκπλυσης της τέφρας απέδειξαν την καταλληλότητα της ταφής της σύμφωνα με τα νομοθετικά όρια.
Εμπειρία στην τσιμεντοβιομηχανία Η χρήση εναλλακτικών καυσίμων ξεκίνησε στις ΗΠΑ στις αρχέςτηςδεκαετίαςτου 80 Υπάρχει εμπειρία στην χρησιμοποίηση ελαστικών στην Αυστρία και τη Γερμανία εδώ και σχεδόν 20 χρόνια (Gmunden, Retznei, Rodaun) Η πρώτη χρήση υγρών εναλλακτικών καυσίμων ξεκίνησε στη Γαλλία το 1989 (Frangey και Val d Azergues) Η χρήση άλλων στερεών εναλλακτικών καυσίμων, όπως SRF, ξεκίνησε το 1990 στην Αυστρία και τη Γερμανία Σήμερα έχουν επιτευχθεί ποσοστά ανάκτησης της τάξης του 85% για υγρά απόβλητα (Paulding, Fredonia ΗΠΑ) και έως 50% για στερεά απόβλητα (Retznei Αυστρία) 16
17 Παραγωγή Τσιμέντου Βασικές Πρώτες Ύλες Ασβ/θος, Σχίστης, Άργιλος Α Ύλη Δευτερογενείς πρώτες ύλες Φορείς Ca τέφρες, ΚΑΥΣΗ Clinker ΑΛΕΣΗ Τσιμέντο ΚΑΥΣΙΜΑ Φορείς Si σκωρίες, Φορείς Fe αποφρ. Πυρίτη Φορείς Al ιλύες, κατάλοιπα βωξιτη, Πρωτογενή καύσιμα Κάρβουνο, πετκώκ, μαζούτ, φυσικό αέριο Δευτερογενή καύσιμα Ελαστικά, πλαστικά, βιομάζα, ζωοτροφές, διαλύτες,... Πρόσθετα άλεσης: Κύρια: γύψος, ανυδρίτης Δευτερογενή: χημική γύψος Υδραυλικά ενεργά πρόσθετα άλεσης: Κύρια: ποζολάνη Δευτερογενή: σκωρίες. τέφρες
Μονάδες Lafarge όπου χρησιμοποιούνται στερεά καύσιμα από απόβλητα 18 PAULDING(US) FREDONIA(US) KARSDORF(DE) CIZKOVICE(CZ) LA MALLE(FR) FRANGEY(FR) LE TEIL GRIS(FR) VAL D'AZERGUES(FR) LE TEIL BLANC(FR) RETZNEI(AT) MANNERSDORF(AT) ST PIERRE LA COUR(FR) MARTRES(FR) WHITEHALL(US) LE HAVRE(FR) WOESSINGEN(DE) PESCARA(I) BROOKFIELD(US) PORT LA NOUVELLE(FR) CONTES(FR) ST CONSTANT(CA) DAVENPORT(US) SEATLE(US) KUJAWY(PL) ALPENA(US) LA COURONNE(FR) LICHTENBURG(ZA) Year 2000 Substitution Rate 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00
Επιπτώσεις στο περιβάλλον Οι πιο κρίσιμες εκπομπές από την καύση είναι πολύ χαμηλές HCl app. 2-15 mg / Nm ³ HF app. 0,5-2 mg / Nm ³ Οι διοξίνες και τα φουράνια 0,01-0,06 ng / TEQ / Nm ³ Οι εκπομπές βαρέων μετάλλων ιδιαίτερα από το θάλλιο, τον υδράργυρο και το κάδμιο εξαρτώνται από το επίπεδο εισόδου και πρέπει να ρυθμίζονται με κατάλληλο ελέγχο ποιότητας Δεν απαιτείται διάθεση της τέφρας Η εμπειρία από τα διάφορα εργοστάσια τσιμέντου έδειξε ότι οι εκπομπές NOx και το SO 2 δεν είναι άμεσα συνδεδεμένες με τη χρησιμοποίηση των αποβλήτων 19
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη Τίτλος του έργου Ενέργεια Εταίροι Συνολικό Έργο Στόχοι Μικτή καύση βιομάζας με λιγνίτη σε μονάδα 300 MWe Επίδειξη της μικτής καύσης βιομάζας με λιγνίτη σε μεγάλες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργεια και καθορισμός των προδιαγραφών για μακροπρόθεσμη συμμετοχή στο υψηλότερο ποσοστό συμμετοχής της βιομάζας στο καύσιμο μίγμα ΔΕΗ Α.Ε. / ΑΗΣ Καρδιάς & ΕΚΕΤΑ/ΙΤΕΣΚ Ανάπτυξη ενός αξιόπιστου συστήματος εφοδιασμού βιομάζας Εντοπισμός τεχνικών δυσκολιών της μικτής καύσης με βιομάζα Εφαρμογή κατάλληλων τροποποιήσεων για αξιόπιστη λειτουργία Κατάρτιση προδιαγραφών για συνεχή λειτουργία και υλοποίηση παρόμοιων έργων σε άλλες μονάδες για την αξιοποίηση των στερεών βιοκαυσίμων Προϋπολογισμός περίπου 1,2 Mi, 50% πόροι ΕΕ ( έργο 7 ο ΠΠ, Ακρωνύμιο: DEBCO ) Διάρκεια έργου 48 μήνες 20
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη 21 Τεχνολογικοί Δείκτες Διαθέσιμο δυναμικό 117.500 τόνοι αγροτικών υπολειμμάτων ετησίως κι επιπλέον 144.000 τόνοι στην ευρύτερη περιοχή εγκατάστασης των Ατμοηλεκτρικών Σταθμών Δυνατότητα υποκατάστασης του λιγνίτη από βιομάζα σε ποσοστό 5% κατά προσδιδόμενη ισχύ που μπορεί να αυξηθεί σε 10% Απαίτηση περίπου 100.000 τον/έτος από τουλάχιστον 2 είδη βιομάζας για τη μικτή καύση Περιβαλλοντικοί Δείκτες Η αντίστοιχη εξοικονόμηση λιγνίτη υπολογίζεται σε περίπου 210.000 τόνοι/έτος ανά λιγνιτική μονάδα εγκατεστημένης ισχύος 300ΜW e Η μείωση των εκπομπών CO 2 είναι περίπου 140.000tn/έτος, ενώ οι εκπομπές SO x and NO x κυμαίνονται κάτω από τα επιτρεπτά όρια Δεν απαιτούνται ειδικές άδειες για την εφαρμογή της μικτής καύσης με βιομάζα Οικονομικοί Δείκτες Η συνολική επένδυση για την εφαρμογή της μικτής καύσης σε δύο λιγνιτικές μονάδες 300MW e ανέρχεται σε 24 Mi Επιπλέον εισροή κεφαλαίου έχει υπολογιστεί από τα δικαιώματα εκπομπών CO 2 η οποία ανέρχεται σε 3.5Mi ανά έτος (τιμή: 25 /tnco 2 )
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη 22 Στερεό Βιοκαύσιμο Ποσότητα (τόνοι / έτος) Φάση στο έργο Υπολ. εκκοκκισμού, κλαδέματα, ελαιοπυρηνόξυλο, άχυρο, πελλέτες 200,000 1 Επίδειξης Solid Recovered Fuel (SRF) 24,000 60,000 1,2 Πιλοτική Ενεργειακές καλλιέργειες Πιλοτική κλίμακα Ερευνητικό 1 Υπολογισμοί βάση προσφορών τον Απρίλιο του 2007. 2 Οι ποσότητες υπολογίστηκαν σύμφωνα με τους 120.000 tn αστικών απορριμμάτων που παράγονται στη Δυτική Μακεδονία, όπου υπάρχει ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης απορριμμάτων (ΟΣΔΑ)
Εναλλακτικά καύσιμα στην ΑΓΕΤ-ΗΡΑΚΛΗΣ Εναλλακτικά υλικά χρησιμοποιούνται στη διαδικασία παραγωγής τσιμέντου, εδώ και πολλά χρόνια (ιπτάμενη τέφρα, σκωρίες, ερυθρά ιλύς, κτλ) Αρχή της χρήσης εναλλακτικών καυσίμων με έμφαση: Βιομάζα Μη ανακυκλώσιμα πλαστικά και χαρτί 23
Εναλλακτικά καύσιμα στην TITAN ΑΕ Σήμερα Παλιά λάστιχα - N.C.V. 7.000kcal/kg Εναλλακτικά στερεά καύσιμα (ASF) Ορυκτέλαια των διυλιστηρίων / πριονίδι -N.C.V. 3.500 kcal/kg Alternative Liquid Fuels (ALF) Οργανικά υγρά, έλαια υδατικά διαλύματα,γαλακτώματα, Περιεκτικότητα σε νερό<40% (γλυκερίνη, απόβλητα από σαπούνι-έλαια) Μελλοντικά Βιολογική Ίλυς -N.C.V 3.000 kcal/kg SRF (χαρτί & πλαστικό) από μονάδες ανακύκλωσης -N.V.C. 3.700 kcal/kg Βιομάζα 24
25 Συμπεράσματα Η αγορά για τα στερεά βιοκαύσιμα (SRF & βιομάζα) στην ΕΕ αναπτύσσεται συνεχώς ανάπτυξη - Ανάγκη προτυποποίησης Η μικτή καύση βιομάζας, SRF μπορεί να εφαρμοστεί επιτυχώς στo τομέα της ενέργειας και του τσιμέντου. Αυξημένες δυνατότητες αξιοποίησης στην ηλεκτροπαραγωγή εξαιτίας της μεγαλύτερης εγκατεστημένης ισχύος των μονάδων. Αυξημένη συμμετοχή των Εναλλακτικών Καυσίμων στην διαδικασία παρασκευής τσιμέντου. Κυριότερα εμπόδια για την περαιτέρω ανάπτυξη της αγοράς των στερεών βιοκαυσίμων και της μικτής καύσης: εφοδιαστική, τεχνικός τομέας (προεπεξεργασία των καυσίμων, βελτιστοποίηση της λειτουργίας των μονάδων), νομοθεσία, κοινωνική αποδοχή. Η μικτή καύση SRF με άνθρακα προτιμάται όπου δεν εφαρμόζονται ανταγωνιστικές τεχνολογίες. Εκτεταμένη επίδειξη της μικτής καύση SRF σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής / μονάδες τσιμέντου θα περιορίσει τις κοινωνικές ανησυχίες