ΣΥΝΕΔΡΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΚΕ.Δ.Ε.Α, ΑΠΘ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΗΛΙΑΚΩΝ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Κωνσταντίνος Α. Λυμπερόπουλος Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ,M.Sc. Υπ. Διδάκτωρ Δ.Π.Θ. Παντελής Ν. Μπότσαρης Αναπλ. Καθηγητής Δ.Π.Θ. Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης
Παγκόσμια τελική κατανάλωση ενέργειας 2011 (322 ΕJ) Η κατανάλωση θερμότητας αποτελεί περισσότερο από 50% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας παγκοσμίως (172 EJ) 75% (129 ΕJ) της καταναλισκόμενης θερμότητας καλύπτεται σήμερα από ορυκτά καύσιμα, το οποίο αντιστοιχεί σε 10 GtCO 2 /έτος ή 1/3 του συνολικού ενεργειακού τομέα Παρόλα αυτά τυγχάνει μικρότερης προσοχής συγκριτικά με τους τομείς της ηλεκτρικής ενέργειας και των μεταφορών όσον αφορά την προώθηση παραγωγής θερμότητας από ΑΠΕ πηγή: ΙΕΑ statistics
Η ηλιακή θερμότητα στον κόσμο 330 GW th ή 471 εκ. m 2 στο τέλος του 2013 Δεύτερη μετά την αιολική ενέργεια Συνολική εγκατεστημένη ισχύ και παραγόμενη ενέργεια από ΑΠΕ παγκοσμίως πηγή: Mauthner, Weiss: Solar Heat Worldwide, 2014
Ευρωπαϊκή αγορά ηλιακών θερμικών συστημάτων 30,1 GW th ή 43,1 εκ. m2 Μείωση 11,8% σε σύγκριση με το 2012 Μέση πτώση 8,7% από το 2008 και μετά Μέση πτώση 6,5% από το 2008 και μετά Η αγορά κινείται από την αντικατάσταση υφιστάμενων ηλιακών συστημάτων 2,9 GW th ή 4,2 εκ. m 2 πηγή: ESTIF, 2014
Ηλιακή θερμότητα στην Ευρώπη Ηλιακή θερμότητα στην Ευρώπη Εθνικό Σχέδιο Δράσης για τις ΑΠΕ Στόχος 2020: 19,7% από Ανανεώσιμη Θερμική και Ψυκτική Ενέργεια (RES-H&C) >95% των Η.Θ.Σ. στην Ελλάδα αφορούν οικιακές εφαρμογές Για την επίτευξη του στόχου θα πρέπει να διευρυνθεί η χρήση Η.Θ.Σ. σε άλλους τομείς εφαρμογής πηγή: ESTIF, 2014
Εμπόριο, Δημόσιες Υπηρεσίες, κ.α. 12,88% Τελική κατανάλωση ενέργειας στην Ελληνική Βιομηχανία Βιομηχανία 17,83% 216.714 GWh το 2011 Στην ΕΕ-28 ο βιομηχανικός τομέας αποτελούσε το 26,15% (2011) Οικιακός τομέας 29,24% Μεταφορές 40,05% Τελική κατανάλωση ενέργειας ανά τομέα στην Ελλάδα (2011) Στην Γερμανία 74% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας της βιομηχανίας αφορά κατανάλωση θερμότητας πηγή: ΕΛΣΤΑΤ
Τελική κατανάλωση ενέργειας στην Ελληνική Βιομηχανία Ηλεκτρική Ενέργεια 37,87% Ηλιακή θερμική ενέργεια 0,03% Βιοάεριο 0,03% Λιθάνθρακας 5,96% Βιομάζα 7,86% Λιγνίτης 0,39% Φυσικό αέριο 16,71% Υγροποιημένο Αέριο Πετρελαίου LPG 2,88% Πετρέλαιο εσωτερικής καύσης 5,85% Κατάλοιπα Μαζούτ 9,81% Άλλα ενεργειακά προϊόντα 12,63% Τελική κατανάλωση ενέργειας ανά καύσιμο στην Ελληνική Βιομηχανία (2011) 54,21 % ορυκτά καύσιμα 7,92 % Α.Π.Ε. πηγή: ΕΛΣΤΑΤ
Δυναμικό Η.Θ.Σ. για εφαρμογή στην ελληνική βιομηχανία Η γνώση του δυναμικού ηλιακών θερμικών συστημάτων αποτελεί το πρώτιστο βήμα για την προώθηση της εφαρμογής της συγκεκριμένης τεχνολογίας ΑΠΕ στις βιομηχανίες και τις βιομηχανικές διεργασίες. Το ενδιαφέρον στις εφαρμογές των Η.Θ.Σ. σε βιομηχανίες εντοπίζεται στην θερμοκρασία της βιομηχανικής διεργασίας έτσι ώστε να εντοπισθούν οι περισσότερο κατάλληλες διεργασίες
ECOHEATCOOL PROJECT ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΙΜΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 10 ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μεθοδολογική προσέγγιση εκτίμησης του δυναμικού Υψηλών Θερμοκρασιών >400 ο C Τελική κατανάλωση ανά βιομηχανικό τομέα και καύσιμο Μεταποιητικό Ενεργειακό και Ανθρακικό Αποτύπωμα ανά βιομηχανικό τομέα Θερμική ενέργεια διεργασιών ανά βιομηχανικό τομέα Μέσων Θερμοκρασιών 100-400 ο C Χαμηλών Θερμοκρασιών <100 ο C Επιλέγονται κατάλληλοι βιομηχανικοί τομείς Διαθέσιμα στοιχεία
ECOHEATCOOL PROJECT ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΙΜΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 10 ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μεθοδολογική προσέγγιση εκτίμησης του δυναμικού Υψηλών Θερμοκρασιών >400 ο C Τελική κατανάλωση ανά βιομηχανικό τομέα και καύσιμο Μεταποιητικό Ενεργειακό και Ανθρακικό Αποτύπωμα ανά βιομηχανικό τομέα Θερμική ενέργεια διεργασιών ανά βιομηχανικό τομέα Μέσων Θερμοκρασιών 100-400 ο C Χαμηλών Θερμοκρασιών <100 ο C Υιοθετείται η παραδοχή πως «Οι βιομηχανικές διεργασίες μπορούν να θεωρηθούν ως παρόμοιες μεταξύ διαφορετικών χωρών»
Μεταποιητικό Ενεργειακό και Ανθρακικό Αποτύπωμα fuel Onsite generation Boilers CHP Other Process heating Other process Electrochemical Machine Drive Έχουν αναπτυχθεί για 15 βιομηχανικούς τομείς καλύπτοντας 94% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης στη βιομηχανία Βασίζονται σε πραγματικά στοιχεία βιομηχανιών electricity steam Ανάλυση ανά τύπο καυσίμου και ανά τελική κατανάλωση πηγή: Department of Energy, US
Κατανάλωση θερμότητας διεργασιών ανά βιομηχανία Άλλες βιομηχανίες Κλωστουφαντουργίας & Ξύλου και προϊόντων ξύλου Χαρτοπολτού, χαρτιού & εκτυπώσεων Τροφίμων, ποτών & καπνού Μηχανολογικού εξοπλισμού Εξοπλισμού μεταφορών Μη μεταλλικών ορυκτών Μη σιδηρούχων μετάλλων Χημική & πετροχημική Σιδήρου & Χάλυβα 226,40 151,05 296,93 76,02 72,24 1137,39 1184,89 2511,77 2360,73 2795,56 7358,25 Κατανάλωση θερμότητας διεργασιών ανά βιομηχανικό τομέα GWh (2011) Η θερμότητα διεργασιών αποτελεί το 47,07% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας Τρείς βιομηχανικοί τομείς αποτελούν το 65% της κατανάλωσης θερμότητας διεργασιών
ECOHEATCOOL PROJECT ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΙΜΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟ 10 ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μεθοδολογική προσέγγιση εκτίμησης του δυναμικού Τελική κατανάλωση ανά βιομηχανικό τομέα και καύσιμο Μεταποιητικό Ενεργειακό και Ανθρακικό Αποτύπωμα ανά βιομηχανικό τομέα Θερμική Ενέργεια διεργασιών ανά βιομηχανικό τομέα Υψηλών Θερμοκρασιών >400 ο C Μέσων Θερμοκρασιών 100-400 ο C Χαμηλών Θερμοκρασιών <100 ο C
Θερμότητα διεργασιών ανά τομέα και θερμοκρασιακό εύρος 8000,00 7000,00 6000,00 5000,00 4000,00 3000,00 2000,00 1000,00 62,45% πάνω από 400 ο C (ΕΕ-28: 43%) 17,99% από 100 ο C έως 400 ο C (ΕΕ-28: 27%) 19,56% κάτω από 100 ο C (ΕΕ-28: 30%) 0,00 GWh Κάτω από 100οC GWh Από 100 έως 400οC GWh Πάνω από 400oC
Εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό Η.Θ.Σ. Το εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό καθορίζεται με βάση την παρούσα μέγιστη δυνατή ζήτηση θερμικής ενέργειας Παρόλο που απαιτούνται διαφορετικής τεχνολογίας συστήματα και υψηλής αντοχής υλικά για θερμοκρασίες μέχρι 400 ο C, υπάρχει σήμερα η διαθέσιμη τεχνολογία Καθώς οι βιομηχανίες μη μεταλλικών ορυκτών, μη σιδηρούχων μετάλλων και σιδήρου και χάλυβα περιέχουν υψηλό δυναμικό απορριπτόμενης θερμότητας (waste heat) δεν λαμβάνονται υπόψη Κατανάλωση θερμικής ενέργειας διεργασιών ελληνικών βιομηχανιών (2011): 18.186,05 GWh Εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό (2011): 5.887,18 GWh
Εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό ανά βιομηχανία Άλλες βιομηχανίες 37% Χημική & πετροχημική 10% Εξοπλισμού μεταφορών 1% Μηχανολογικού εξοπλισμού 2% Κλωστουφαντουργία ς & βιομηχανία δέρματος 3% Ξύλου και προϊόντων ξύλου 2% Χαρτοπολτού, χαρτιού & εκτυπώσεων 4% Τροφίμων, ποτών & καπνού 41%
Τεχνικό Δυναμικό (TWh/ έτος) Ποσοστό τεχνικού δυναμικού / ζήτηση θερμικής ενέργειας βιομηχανιών (%) 10 ο ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΓΙΑ ΤΙΣ ΗΠΙΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκμεταλλεύσιμο τεχνικά δυναμικό Η.Θ.Σ. Εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό 5.887,18 GWh 18 16 14 5,18% 6,00% 5,00% 12 4,00% Τεχνικοί και μη τεχνικοί περιορισμοί 10 8 3,00% 6 2,00% Μέσο ηλιακό κλάσμα 0,4 4 2 0 1,00% 0,00% Εκμεταλλεύσιμο τεχνικά δυναμικό 942 GWh/έτος 1,47 GW th ή 2,1 εκ. m 2 50% της εγκατεστημένης ισχύος ηλιακών θερμικών συλλεκτών στην Ελλάδα πηγές: Lauterbach et al., 2012, POSHIP, 2001, Vannoni et al., 2008
Υποσχόμενες βιομηχανίες και βιομηχανικές διεργασίες Τροφίμων, ποτών και καπνού 41% 85% αφορά βιομηχανίες τροφίμων, 5,5% ποτών και 10% καπνού Τροφίμων 12 διαφορετικοί υποκλάδοι 54 διαφορετικές βιομηχανικές διεργασίες Στοιχεία παραγωγής 2011 Αλευρώδη προϊόντα Γάλα και προϊόντα γάλακτος Φρούτα και λαχανικά Επεξεργασία κρέατος Μερικά παραδείγματα Υποκλάδος Γάλα και προϊόντα γάλακτος Φρούτα και λαχανικά Επεξεργασία κρέατος Αναψυκτικά Ζυθοποιία Διεργασία Θερμοκρασία (οc) Παστερίωση 62-85 Παραγωγή γιαουρτιού Υψηλή παστερίωση 40-90 120-150 Παστερίωση <80 Αποστείρωση 110-125 Μαγείρεμα 70-100 Πλύσιμο, αποστείρωση, καθαρισμός <90 Μαγείρεμα 90-100 Πλύσιμο μπουκαλιών 60-90 Βράσιμο 100 Πλύσιμο μπουκαλιών 60
Συμπεράσματα Η ελληνική βιομηχανία αποτελεί μία υποσχόμενη περιοχή εφαρμογής Η.Θ.Σ. με εκμεταλλεύσιμο θεωρητικά δυναμικό 5,9 TWh/έτος Το εκμεταλλεύσιμο τεχνικά δυναμικό εφαρμογής ηλιακών θερμικών συστημάτων εκτιμάται σε 5,18% της συνολικής ζήτησης θερμικής ενέργειας της Ελληνικής Βιομηχανίας και βρίσκεται σε αντιστοιχία με άλλες χώρες της ΕΕ Εντοπίζονται οι κατάλληλοι βιομηχανικοί τομείς και διεργασίες και επισημαίνεται η σημαντική αναδυόμενη αγορά Η.Θ.Σ. Απαιτείται η επιβεβαίωση των παραδοχών και εκτιμήσεων η οποία θα γίνει μέσω συλλογής πραγματικών στοιχείων και εξέτασης περιπτώσεων στους σημαντικότερους για την Ελλάδα βιομηχανικούς τομείς Fresnel Collector πηγή: Industrial solar, έως 400 ο C
Συμπεράσματα Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας! Fresnel Collector πηγή: Industrial solar, έως 400 ο C