Αφαλάτωση µε ΑΠΕ: εφαρµογές στη Μεσόγειο Καθ. Γιώργος ΠΑΠΑ ΑΚΗΣ, ρ. ηµήτρης ΜΑΝΩΛΑΚΟΣ Γεωπονικό Πανεπιστήµιο Αθηνών AQUA 2010 22-23 Οκτωβρίου 2010
οµή Παρουσίασης 1. Εισαγωγή-Η αφαλάτωση παγκοσµίως 2. Τεχνολογίες αφαλάτωσης 3. Αφαλάτωση και ΑΠΕ 4. Αιολικά, Φ/Β, και θερµικά Ηλιακά 5. Συµπεράσµατα
Εισαγωγή Γιατί αφαλάτωση? Έλλειψη υδατικών πόρων Επιδείνωση της ποιότητας των πηγών νερού Μείωση του κόστους του νερού που παράγεται από αφαλάτωση Ασφαλής τροφοδοσία Πηγές νερού για αφαλάτωση Υφάλµυρο νερό Θαλασσινό νερό
Desalination production capacity in the Mediterranean countries in 2006 values in m 3 per day Spain ; 2,069,191 Portugal; 2,325 Morocco; 36,070 Algeria; 1,430,892 France; 150,787 Tunisia; 54,564 Libya; 415,919 Italy; 152,718 Slovenia; 1,102 Croatia; 432 Malta; 93,676 Cyprus; 103,325 Greece; 24,140 Egypt; 158,243 Israel; 551,474 Jordan; 90,935 Lebanon; 350 Syria; 5,640 Turkey; 3,601
Συνολική εγκατεστηµένη δυναµικότητα από το 1966
ιεργασίες Αφαλάτωσης ιεργασίες αφαλάτωσης Θερµικές απαιτούν θερµότητα και ηλεκτρική ενέργεια Μεµβρανών απαιτούν µόνο ηλεκτρική ενέργεια Και οι δύο είναι εξαιρετικά ενεργοβόρες- 40-75 % του λειτουργικού κόστους
Απαιτήσεις σε ενέργεια Είναι ουσιαστικά η ενέργεια που απαιτείται για να παραχθεί φρέσκο νερό από αλατούχο, δηλ. για να διαχωριστεί το αλάτι από το καθαρό νερό εν εξαρτάται από τη διεργασία Αυξάνεται µε την αύξηση της αλατότητας
Θερµική αφαλάτωση Συνήθως χρησιµοποιούνται ορυκτά καύσιµα ως πηγή θερµότητας Η θερµότητα που απαιτείται για να θερµάνει νερό από τους 25 o C στο σηµείο κορεσµού των 100 o C και κατόπιν να το ατµοποιήσει προκειµένου να παραχθεί 1 m 3 καθαρού νερού είναι πάνω από 700 kwh Τρόποι που µπορούν να αντισταθµίσουν αυτήν την απαίτηση είναι: Εφαρµογή πολυβάθµιων τεχνολογιών που ανακτούν τη θερµότητα του συµπυκνούµενου ατµού και της παραγόµενης άλµης Χρήση χαµηλής ποιότητας ενέργειας, όπως ατµός από ατµοπαραγωγούς (dual purpose plants)
Θερµική αφαλάτωση ιεργασίες που βασίζονται στην πολυβάθµια λογική για µείωση της κατανάλωσης ενέργειας Multi Stage Flash (MSF) Multi Effect Distillation (MED) Vapor Compression (VC)
ιεργασίες µεµβρανών Οι θερµικές διεργασίες αφορούν σε αλλαγή φάσης (ατµοποίηση) και έχουν µεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις Υπάρχει ανάγκη για παραγωγή νερού χωρίς µε τεχνολογίες που δεν ενέχουν αλλαγή φάσης, για µείωση της ενεργειακής κατανάλωσης υο τεχνολογίες έχουν αναδειχθεί: Αντίστροφη Όσµωση και Ηλεκτροδιάλυση. Η ΑΟ επικρατεί
Αντίστροφη όσµωση
Τυπικό διάγραµµα ΑΟ
Αντίστροφη όσµωση Ενεργειακή κατανάλωση αρχικά µεγάλη, 12 kwh/m 3 Πως µπορεί να µειωθεί? Κύρια µέθοδος Ανάκτηση µηχανικής ενέργειας από την άλµη µε µηχανές ανάκτησης ενέργειας Renewable Energy Group, Agricultural University of Athens
Ανάκτηση ενέργειας Ανάκτηση ενέργειας από την άλµη µε τη µέγιστη απόδοση: 55 75% του νερού τροφοδοσίας «εγκαταλείπει» το σύστηµα ως άλµη σε πίεση της τάξεως των 60 bar Το υψηλής συγκέντρωσης ρεύµα (άλµη) οδηγεί µηχανές ανάκτησης όπου παράγεται µηχανικό έργο το οποίο αθροίζεται στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήµατος. Τα συστήµατα ανάκτησης µπορούν να επιφέρουν µείωση της ειδικής κατανάλωσης ενέργειας (kwh/m3) έως και 40%
Ανάκτηση ενέργειας Κλασσικές υδροδυναµικές µηχανές π.χ Αντλίες σε αντίστροφη λειτουργία Pelton στρόβιλοι Ογκοµετρικές µηχανές, π.χ. ERI (Εναλλάκτης πίεσης) Αντλίες αξονικών εµβόλων Renewable Energy Group, Agricultural University of Athens
Ανάκτηση ενέργειας - στρόβιλοι Παραγωγή 45% Αντλία ΥΠ E 3.5 kwh/m 3 100% Στρόβιλος Άλµη 55%
Ανάκτηση ενέργειας εναλλάκτες πίεσης Αντλία booster- 55% Αντλία ΥΠ 45% 100% άλµη 55% παραγωγή 45% E 2.4-2,8 kwh/m 3 Εναλλάκτης πίεσης
Αντλία clark
Αντίστροφη όσµωση
Αφαλάτωση και ΑΠΕ Πολύ ελκυστικές για µείωση της εξάρτησης από ορυκτά καύσιµα, όµως το κόστος επένδυσης παραµένει ακόµα υψηλό Μπορούν να χρησιµοποιηθούν για µικρής κλίµακας εφαρµογές σε αποµακρυσµένες περιοχές Αληθές, αλλά οι τεχνολογίες δεν είναι ώριµες αρκετά για να γίνουν εµπορικές Ηλιακά θερµικά, Φ/Β, αιολικά, κυµατικής ενέργειας και γεωθερµικά συστήµατα µπορούν να παράγουν θερµότητα ηλεκτρισµό ή µηχανική ενέργεια
Αφαλάτωση και ΑΠΕ Ελκυστικές ΑΠΕ για αφαλάτωση Αιολική ενέργεια Ηλιακή ενέργεια (Φ/Β και ηλιακοί συλλέκτες) Γεωθερµία
Αφαλάτωση και ΑΠΕ MSF 11% ED 5% MED 10% VC 5% άλλα 4% RO 65%
Αφαλάτωση και ΑΠΕ Παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ για τροφοδοσία µονάδων αφαλάτωσης Προβλήµατα σχετίζονται µε τη διακύµανση της παραγόµενης ισχύος-υπάρχει ανάγκη για αποθήκευση ενέργειας και ρύθµιση παραµέτρων ισχύος
Αιολική ενέργεια και ΑΟ Παράδειγµα αφαλάτωσης µε αιολική ενέργεια
Αιολική ενέργεια και ΑΟ Εναλλάκτης πίεσης
Ηλιακή ενέργεια και ΑΟ Φ/Β Ηλεκτρισµός Μηχανικό έργο Μεµβράνες Ηλιακή ενέργεια Rankine µηχανή Παραγόµενο νερό Συλλέκτες Ατµοποποίηση Θερµότητα
Υβριδικό Φ/Β+Αιολικό και ΑΟ
Φ/Β και ΑΟ
ADIRA project (MEDA) Χώρα System type Κύπρος Humidification/Dehumidification Τουρκία Τουρκία Ιορδανία Μαρόκο PV-RO PV-RO PV-RO 6 συστήµατα PV-RO Use Κολυµβητήριο Σχολείο Ξενοδοχείο Παιδικός σταθµός Χωριά
Αυτόνοµο Φ/Β-ΑΟ (Msaim Morocco) Τύπος: ΑΟ-Υφάλµυρο Ισχύς Φ/Β: 3 kw p υναµικότητα: 1 m 3 /d
Ηλιακός οργανικός Rankine RO Έργο RO-Solar ORC Renewable Energy Group, Agricultural University of Athens
Υβριδικό σύστηµα (Φ/Β+ΑΓ+ΚΚ) και µικροδίκτυο µε ΑΟ
Μικροδίκτυο στην Αίγυπτο (έργο Hyress) Renewable Energy Group, Agricultural University of Athens
Αποθήκευση: Συσσωρευτές και νερό
Συµπεράσµατα Η αφαλάτωση αυξάνεται αλµατωδώς εξαιτίας της ζήτησης νερού και της µείωσης του κόστους παραγωγής Συνεπώς και το «αποτύπωµα άνθρακα» (Carbon foot print) της αφαλάτωσης θα αυξηθεί σηµαντικά Υπάρχει η δυνατότητα χρήσης ΑΠΕ αλλά οι τεχνολογίες δεν είναι αρκετά ώριµες για εµπορική διάθεση Τα περιβαλλοντικά προβλήµατα µπορεί να είναι σηµαντικά, ειδικά σε κλειστές θάλασσες-απαιτείται περεταίρω έρευνα Η έρευνα πρέπει να συνεχιστεί για να αναπτυχθεί περεταίρω ο συνδυασµός ΑΠΕ και αφαλάτωσης και να µειωθεί το κόστος
Ευχαριστώ! ρ. ηµήτρης Μανωλάκος, Μηχ. Μηχ ΕΜΠ: dman@aua.gr