ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ (ΕΚΕΤΑ/ΙΤΕΣΚ) ΗΛΕΚΤΡΟΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΠΟ ΑΝΘΡΑΚΑ ΠΑΡΟΥΣΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ & ΙΕΘΝΕΙΣ ΤΑΣΕΙΣ Ομιλητής: Δρ. Παναγιώτης Γραμμέλης +30 2106501593, Fax: +30 2106501598, E-mail: grammelis@certh.gr Αθήνα,, 26 Ιουνίου 2008
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Παρούσα κατάσταση στην ηλεκτροπαραγωγή από άνθρακα Καθαρές τεχνολογίες άνθρακα Περιβαλλοντική νομοθεσία Τεχνολογίες μείωσης εκπομπών NOX, SO2 και στερεών σωματιδίων Μικτή καύση βιομάζα με γαιάνθρακα 2
Εισαγωγή 1/2 Οι στόχοι που έχουν τεθεί από την Ε.Ε. βάσει του Πρωτοκόλλου του Κιότο σχετικά με την αντιμετώπιση των εκπομπών Αερίων του Θερμοκηπίου προβλέπουν την περικοπή κατά 8% των εκπομπών την περίοδο 2008-2012 σε σχέση με τα επίπεδα του 1990 η οποία θα επιφέρει ετήσια μείωση κατά 272 Mt CO 2 μέχρι το 2010. [ Grid Arendal-UNEP ] 3
Καθαρές Τεχνολογίες Άνθρακα Ατμοηλεκτρικοί Σταθμοί υπερκριτικών χαρακτηριστικών στην Ε.Ε. Γερμανία Ισχύς Βαθμός απόδοσης Έτος Schkopau 2 x 450 MWe 40% 1996 SCPF w/fgd Schwarze Pumpe 2 x 800 MWe 41% 1998 SCPF Lippendorf 2 x 930 MWe 43% 1999 SCPF w/fgd Τεχνολογία Boxberg IV 900 MWe 42% 2000 SCPF w/fgd Niederaussen 1012 MWe 46% 2002 Advanced SCPF w/fgd ανία Studstrup ¾ 350 MWe 42% 1988 SCPF Fynsværket 7 400 MWe 44% 1991 SCPF Esbjerg 3 400 MWe 45% 1992 SCPF Nordjyllands-værket 3 411 MWe 47% 1998 Advanced SCPF Avedøre 460 MWe & 480 MWe 48% 2000 Advanced SCPF 4
Καθαρές Τεχνολογίες Άνθρακα Εκτός από τις τεχνολογίες κονιοποιημένου καυσίμου, σημαντική είναι και η ανάπτυξη των τεχνολογιών ρευστοποιημένης κλίνης. Η αυξημένη πίεση λειτουργίας που επιτυγχάνεται κατά την καύση σε Ρευστοποιημένη Κλίνη υπό Πίεση (Pressurised Fluidised Bed Combustion PFBC) έχει σαν αποτέλεσμα αύξηση του βαθμού απόδοσης με μειωμένες απαιτήσεις σε χώρο. Σημαντική είναι προσφάτως η εξέλιξη της τεχνολογίας Ρευστοποιημένης Κλίνης με Ανακυκλοφορία (Circulating Fluidised Bed Combustors -CFBCs). 5
Οδηγία για μεγάλες μονάδες καύσης Η Ευρωπαϊκή οδηγία: 2001/80/EC καθορίζει τα όρια εκπομπών ρύπων (NOx, SO 2 και στερεά σωματίδια) από μεγάλες ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες καύσης ισχύος > 50 MWe. Υφιστάμενες μονάδες: Άδεια λειτουργίας πριν από 1/7/1987. (Παλιές) νέες μονάδες: Άδεια λειτουργίας από 1/7/1987-27/11/2002 και σε λειτουργία πριν από 27/11/2003. (Νέες) νέες μονάδες: Άδεια λειτουργίας μετά από 27/11/2002 ή σε λειτουργία μετά από 27/11/2003. 6
Επίδραση της νομοθεσίας της ΕΕ στην ηλεκτροπαραγωγή - Καθορίζει πιο αυστηρά όρια εκπομπών ρύπων και απαιτήσεις μείωσης αυτών. - Εντείνει την επιρροή στην απελευθερωμένη αγορά ενέργειας για: Αλλαγές στα χρησιμοποιούμενα καύσιμα Ενθάρρυνση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από εναλλακτικές πηγές και της συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. - Ενθάρρυνση της πολιτικής κατανάλωσης προϊόντων με καλύτερη εκμετάλλευση της ηλεκτρικής ενέργειας - Ενθάρρυνση της έρευνας σε τεχνολογίες αποδοτικότερης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. 7
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 8
ΧρήσειςβιομάζαςστηνΕΕ Παραγωγή θερμικής / ηλεκτρικής ενέργειας & βιοκαυσίμων Σήμερα: Κάλυψη του 4% των ενεργειακών αναγκών στην Ευρώπη Μεμονωμένη ή συνδυασμένη καύση βιομάζας Αναερόβια χώνευση απορριμμάτων Αεριοποίηση (παραγωγή αερίου σύνθεσης) Πυρόλυση Παραγωγή H 2 από διεργασίες ζύμωσης Βιοκαύσιμα 1 ης γενιάς βιοντίζελ από φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη, βιοαιθανόλη από απλά σάκχαρα/αμυλούχες ουσίες Βιοκαύσιμα 2 ης γενιάς βιοαιθανόλη από λιγνοκυτταρινούχες πρώτες ύλες, BTL Βιο-διυλιστήριο Μονάδα βιοαερίου 13,8 MWe (Πηγή: ΗΛΕΚΤΩΡ ΑΕ, Ελλάδα) Combustion Power Plant (240 MWe), Alholmens, Φιλανδία Integrated Gasification Combined Cycle (6MWe, 9MWth), Varnamo, Σουηδία 9
Προτυποποίηση Στερεών Βιοκαυσίμων Tables with property grades (Table 4-13 in CEN/TS 14961) Πηγή/προέλευση Βιομάζα ιαδικασία 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 ιασφάλιση ποιότητας (CEN/TS 15234) Πηγή: Bionorm II project 10
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 11
SRF Ορισμός, Πλεονεκτήματα - Ανησυχίες Solid Recovered Fuel (SRF): Fuel prepared from non hazardous waste to be used for energy recovery in waste incineration and coincineration 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 12
Προτυποποίηση SRF ομή 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: ειγματοληψία και καθορισμός του βιογενούς κλάσματος του ανακτηθέντος καυσίμου WG4: Φυσικές και μηχανικές δοκιμές WG5: Χημικές δοκιμές Πηγή: Quovadis Project 13
Εισαγωγή Γενικά περί μικτής καύσης Mικτή καύση είναι η πρακτική υποκατάστασης ενός συμβατικού καυσίμου από βιομάζα ή βιογενή κλάσματα γενικότερα στις υπάρχουσες μονάδες παραγωγής ενέργειας. Αυξημένη απόδοση και χαμηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας υνατότητα χρησιμοποίησης σημαντικών ποσοτήτων βιομάζας/ στερεών αποβλήτων Αξιοποίηση εγχώριων πόρων και ανεξαρτητοποίηση της χώρας από εισαγόμενες ενεργειακές πηγές. Οικονομική ανάπτυξη της αγροτικής δραστηριότητας Μείωση των εκπομπών CΟ 2 και SO 2 Το ποσοστό υποκατάστασης συμβατικού καυσίμου (γαιάνθρακας) από βιομάζα περιορίζεται από : Ανεπάρκεια του υπάρχοντος εξοπλισμού να ανταποκριθεί στην ιδιαίτερη φύση της βιομάζας/ στερεών αποβλήτων (υψηλή περιεκτικότητα σε πτητικά και διαβρωτικές / τοξικές ενώσεις όπως ενώσεις αλκαλίων και διοξίνες). Περιορισμοί στην παραγωγή διαθεσιμότητα, μεταφορά, ενδιάμεση αποθήκευση των καυσίμων Η μικτή καύση βιομάζας αποτελεί ώριμη τεχνολογία με ευρεία εφαρμογή στη βορειοδυτική Ευρώπη. H χρήση ανακτηθέντος καυσίμου από αστικά απορρίμματα (RDF) σε εγκαταστάσεις μικτής καύσης είναι υπό διερεύνηση. 14
Σύγχρονες Τεχνικές Μικτής Καύσης σε Θερμοηλεκτρικούς Σταθμούς 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. 15
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. 16
Μικτή καύση βιομάζας στον ανθρακικό σταθμό AMER στην Ολλανδία Πηγή: Συνέδριο NETBIOCOF 17
Μικτή καύση SRF σε ανθρακικούς σταθμούς: Η περίπτωση της Γερμανίας 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 υναμικό( 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 18
Μικτή καύση SRF στον ανθρακικό σταθμό παραγωγής Weisweiller στη Γερμανία οκιμές μικτής καύσης διάρκειας τριών εβδομάδων έλαβαν χώρα στο λιγνιτικό σταθμό Weisweiler ιδιοκτησίας RWE Παροχή SRF σε κάθε μονάδα: 12,5 t/h που αντιστοιχεί σε 2% θερμικό ποσοστό υποκατάστασης ύο λέβητες ονομαστικής ισχύος 600 MW e δοκιμές χρησιμοποιήθηκαν για τις Στα πλαίσια των δοκιμών εξετάστηκαν τα εξής τεχνικά ζητήματα: - ιαχείριση και τροφοδοσία καυσίμου - Απόδοση μύλων κονιοποίησης - Συμπεριφορά απόδοση καύσης - Εκπομπές - Ιδιότητες τέφρας Σχήμα: Φωτογραφία και σχηματικό διάγραμμα του Θερμικού σταθμού Weisweiler (Πηγή: RWE Power) 19
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. ε 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. 20
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη Τίτλος του έργου Ενέργεια Εταίροι Μικτή καύση βιομάζας με λιγνίτη σε μονάδα 300 MWe Επίδειξητηςμικτήςκαύσηςβιομάζαςμελιγνίτησεμεγάλεςμονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργεια και καθορισμός των προδιαγραφών για μακροπρόθεσμη συμμετοχή στο υψηλότερο ποσοστό συμμετοχής της βιομάζας στο καύσιμο μίγμα ΕΗ Α.Ε. / ΑΗΣ Καρδιάς & ΕΚΕΤΑ/ΙΤΕΣΚ Συνολικό Έργο Στόχοι 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 ) ιάρκεια έργου 48 μήνες 21
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη Τεχνολογικοί είκτες ιαθέσιμο δυναμικό 117.500 τόνοι αγροτικών υπολειμμάτων ετησίως κι επιπλέον 144.000 τόνοι στην ευρύτερη περιοχή εγκατάστασης των Ατμοηλεκτρικών Σταθμών υνατότητα 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 είκτες 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 εν απαιτούνται ειδικές άδειες για την εφαρμογή της μικτής καύσης με βιομάζα Οικονομικοί είκτες 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 ) 22
Μικτή καύση σε Ελληνική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής από λιγνίτη 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 υτική Μακεδονία, όπου υπάρχει ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης απορριμμάτων (ΟΣ Α) 23
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 24