Μικρές Μονάδες Αεριοποίησης σε Επίπεδο Παραγωγού και Κοινότητας

Μικρές Μονάδες Αεριοποίησης σε Επίπεδο Παραγωγού και Κοινότητας από το Σπύρο ΚΥΡΙΤΣΗ Προσκεκλημένο Ομιλητή Ημερίδα «Αεριοποίησης Βιομάζας για την Αποκεντρωμένη Συμπαραγωγή Θερμότητας και Ηλεκτρισμού» Αμύνταιο 8 Δεκεμβρίου 2010

Η ΑΓΟΡΑ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ Ε.Ε.27.27 Βιο- Σημερινή Αγορά ( 2009) Τάσεις Ανάπτυξης (2020) Προιόντα Θερμική και Ηλεκτρική Ενέργεια Στερεά Βιομάζα E.Ε.27: 74.5 MΤΙΠ 195-230 MΤΙΠ από Στερεά Βιομάζα και Απόβλητα (COM2006/848) Απόβλητα EU27: 6.6 MΤΙΠ Biogas EU27: 8.1 MΤΙΠ 48 Mtιπ-στην EU-27 το 2020 (source: German Biomass Research Centre, European Biogas Association (EBA) and AEBIOM) Βιοκαύσιμα για Μεταφορές 1 st Γενεά EU: 10.2 Mtιπ (8 Mtιπ biodiesel) Μέση Ετήσια Ανάπτυξη (1.2 Mtιπ βιοαιθανόλη) 2 nd Γενεά --? 28.2% biodiesel; 12.8% βιοαιθανόλη

Πλαίσιο Υποστήριξης της Ενεργειακής Αγοράς στην Ε.Ε.27.27 E.Ε. Οδηγία για της Αν.Πηγές (2009/28/EC), με τους ακόλουθους στόχους για το2020: Μείωση των εκπομπών CO2 (GHG) κατ ελάχιστο 20% από τα επίπεδα του 1990 ; Βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά 20%; Αύξηση του ποσοστού των Α.Π.Ε. στο 20%; Αύξηση του ποσοστού των Βιο-καυσίμων στις μεταφορές στο 10%. Το σχέδιο Δράσης της Βιομάζας (COM(2005) 628) με έμφαση στη χρήση της Βιομάζας για Η.Ρ.( Θέρμανση και Ηλεκτρισμό) και τις Μεταφορές, λαμβάνοντας μέτρα υποστήριξης των Ενεργειακών Καλλιεργειών με οικονομική ενθάρρυνση της Αγοράς. Η Ε.Ε. για να πετύχει τους στόχους αυτούς θα πρέπει κατά την ΑΕΒΙΟΜ να στοχεύει στην καλλιέργεια με Βιομάζα 25 Mha, όπως: 15 Mha για Βιο-καύσιμα Μεταφορών 5 Mha για Βιο-αέριο 5 Mha για Στερεά Βιομάζα

Κατανάλωση Βιο-Ενέργειας στην Ε.Ε.27 EurObserv ER 2009 * Ότι Επετεύχθη (Estimations from EurObserver) ** Ότι Προέβλεπε Το Σχέδιο Δράσης

ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ Είναι μια διεργασία μερικής οξείδωσης, όπου η βιομάζα αντιδρά με αέρα, οξυγόνο ή ατμό σε θερμοκρασία συνήθως > 900 ο C, για την παραγωγή ενός μίγματος αερίων. - Όταν αντιδρά με τον αέρα, το μίγμα αερίων, το «προϊόν αέριο», αποτελείται κυρίως από CO, Η 2, Ν 2 και CO 2. - Όταν αντιδρά με το οξυγόνο ή τον ατμό το μίγμα αερίων, το «αέριο σύνθεσης», αποτελείται κυρίως από CO, Η 2,CΗ 4, και CΟ 2. Αέρας (0.3) O 2 (0.3) Ατμός Προϊόν αέριο (mol%) Σύνθεσης αέριο (mol%) Θερμότητα CO 24 H 2 13 CH 4 3 CO 2 8 N 2 52 (Πίσσα & Σωματίδια) Κάυσιμο αέριο CO 39 H 2 20 CH 4 17 C 2 H 2 6 CO 2 18 N 2 0 (Πίσσα & Σωματίδια)

Στάδια αεριοποίησης - Ξήρανση - Πυρόλυση (Παραγωγή αερίων, ατμοποιημένων υγρών και στερεού ανθρακούχου υπολείμματος) - Αεριοποίηση ή μερική οξείδωση του στερεού ανθρακούχου υπολείμματος και των πυρολυτικών υγρών και αερίων Ο τυπικός συντελεστής περίσσειας αέρα: λ<0,3. Η θερμογόνος δύναμη του αέριου μίγματος εξαρτάται από το είδος του αντιδραστήρα, το οξειδωτικό μέσο και τις συνθήκες αντίδρασης (θερμοκρασία, κλπ.) Οξειδωτικό μέσο: Αέρας Αέριο χαμηλής θερμογόνου δύναμης (4-7 ΜJ/Νm 3 ) Ατμός Αέριο μέσης θερμογόνου δύναμης (10-18 ΜJ/Νm 3 ) Οξυγόνο Αέριο μέσης θερμογόνου δύναμης 12-28 ΜJ/Νm 3 ) Μέση σύνθεση αερίου (% κ.ό), για διάφορα μέσα αεριοποίησης Αέρας Οξυγόνο Ατμός Η 2. % 15 40 40 CO, % 20 40 25 CH 4, % 2 8 CO 2 15 20 25 N 2, % 48 2 H 2 /CO 0.75 1 1.6

Ταξινόμηση με βάση τη μεταφορά της βιομάζας 1. Σταθερή κλίνη - Ανοδικού ρεύματος - Καθοδικού ρεύματος - Πολλαπλών σταδίων 2. Ρευστοποιημένη κλίνη - Αναβράζουσα ρευστοποιημένη κλίνη - Ρευστοποιημένη κλίνη με επανακυκλοφορία του αδρανούς υλικού 3. Παρασυρόμενη κλίνη

ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ Η επιλογή της τεχνολογίας εξαρτάται από: Την τελική χρήση του αερίου Τις απαιτήσεις προ-επεξεργασίας της πρώτης ύλης Τους περιορισμούς ως προς το μέγεθος Την επιθυμητή καθαρότητα του αερίου (πίσσα, τέφρα, κ.ά.) Τη θερμογόνο δύναμη του αερίου Τη διαθεσιμότητα λειτουργίας Το ρυθμό παραγωγής ενέργειας Τη διαθεσιμότητα και το κόστος της βιομάζας Τη θερμοκρασία και την πίεση λειτουργίας

Αντιδραστήρας σταθερής κλίνης - Ανοδικού ρεύματος (Τροφοδοσία βιομάζας και συλλογή αερίου από την κορυφή - Τροφοδοσία αέρα από τη βάση) Μέγεθος < 20 MW th ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΡΩΤΗΣ ΥΛΗΣ Υγρασία Μέγεθος τεμαχιδίων Στάχτη 10-60 % κ.β υγρή βάση 0,5 10 cm < 6% κ.β. ξηρή βάση ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΕΡΙΟΥ ΚΘΔ 4000 5500 kj/nm 3 Θερμοκρασία 150-300 ο C Πίσσα 20-100 g/νm 3 Απόδοση: 90-95% (θερμό αέριο) Σχετικά χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας Παραγωγή αερίου με αρκετή ποσότητα πίσσας - Αέριο κατάλληλο κυρίως για λέβητες Εμπορικές τεχνολογίες: Volund, Bioneer Άλλες: Compact Power, TKEnergie, Novel

Αντιδραστήρας NOVEL (1 10 MWth)

Αντιδραστήρας σταθερής κλίνης - Καθοδικού ρεύματος (Τροφοδοσία βιομάζας από την κορυφή και συλλογή αερίου από τη βάση - H τροφοδοσία αέρα πλευρική ή από την κορυφή). Μέγεθος 10kW th 2 MW th ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΠΡΩΤΗΣ ΥΛΗΣ Υγρασία Μέγεθος τεμαχιδίων Στάχτη ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΑΕΡΙΟΥ 10-25 % κ.β υγρή βάση 2 20 cm < 6% κ.β. ξηρή βάση ΚΘΔ 4500 5500 kj/nm 3 Θερμοκρασία 400-600 ο C Πίσσα 0.5-3 g/νm 3 Απόδοση 65-75% (κρύο αέριο) Σχετικά μεγαλύτερη θερμοκρασία λειτουργίας Υψηλή θερμοκρασία εξόδου του αερίου (600 ο C) Παραγωγή αερίου με μικρή ποσότητα πίσσας, αλλά με μεγάλες ποσότητες τέφρας και σωματιδίων Αέριο κατάλληλο για καύση σε μηχανές εσωτερικής καύσης Υψηλές απαιτήσεις όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της βιομάζας Δεν είναι δυνατή η κλιμάκωση μεγέθους Εμπορικά συστήματα: Pyroforce, Xylowatt, Fluidyne, Pudhas, Rural Gen, Biomass Engineering, Community power

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ Στάδια αντίδρασης σε αντιδραστήρα καθοδικού ρεύματος (από την κορυφή προς τη βάση του) Εξάτμιση του νερού που περιέχεται στη βιομάζα στο άνω τμήμα του αντιδραστήρα Πυρόλυση της βιομάζας, που λαμβάνει χώρα στο επόμενο τμήμα, ελευθερώνοντας πτητικές ενώσεις και πίσσα. Οξείδωση μέρους του ανθρακούχου υπολείμματος, που σχηματίζεται κατά την πυρόλυση προς CO 2. Στην περιοχή αυτή καίγεται και μέρος των άλλων προϊόντων της πυρόλυσης (πυρολυτικά αέρια, κλπ.). Αναγωγή (αεριοποίηση στους 900-1100 O C) του υπόλοιπου ανθρακούχου υπολείμματος, με τη βοήθεια των μέσων αεριοποίησης (CO 2 και ατμού) στο κάτω μέρος του αντιδραστήρα, σχηματίζοντας CO και Η 2. Η θερμότητα που απαιτείται για την πυρόλυση και ξήρανση της βιομάζας λαμβάνεται κυρίως με ακτινοβολία από την περιοχή της οξείδωσης και εν μέρει με μεταφορά.

AΕΡΟΠΟΙΗΤΗΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΓΕΩΠΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΤΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΤΩΝ ΦΙΛΙΠΠΙΝΩΝ *1η Ύλη υπολείμματα ρυζιού: 8,3 Kg/h *Απόδοση: 63% (αέριο + εναλλάκτης) *Ισχύς: 19 KW ( Εύκολα Μεγαλύτερη ή Μικρότερη Ισχύς) *Παροχή αέρα : 13.2 m3/h *Θερμοκρασία αερίων: *Κατανάλωση ηλεκτρισμού : 117-205 C 0.4 KW *Κόστος : $636.4 (Αποπληρωμή 1 χρόνο) Email:cpu.aprotech@yahoo.com Τηλ. Κινητό 06309167115222

Αντιδραστήρες ρευστοποιημένης κλίνης Χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας (750-900 o C) - Ισόθερμη λειτουργία κλίνης Εύκολος έλεγχος της θερμοκρασίας και του χρόνου παραμονής Ανεκτικότητα στην ποιότητα του καυσίμου Αποδοχή βιομάζας με υψηλή υγρασία ( έως 50%). Ξήρανση όμως μπορεί να απαιτηθεί για την επίτευξη των απαιτούμενων ιδιοτήτων φλόγας. Υψηλός ρυθμός μεταφοράς θερμότητας και καλός έλεγχος της θερμοκρασίας αντίδρασης Αέριο με υψηλή θερμοκρασία εξόδου Αέριο με περιεκτικότητα σε σωματίδια και πίσσα Δυνατότητα λειτουργίας με μερική τροφοδοσία βιομάζας Απόδοση 75-90% (κυμαίνεται ανάλογα με τη θερμοκρασία του αερίου) Μέγεθος εφαρμογής 5-100 MW th Εύκολη η κλιμάκωση του μεγέθους (scale-up)

Σχηματικό διάγραμμα αντιδραστήρα αεριοποίησης με αναβράζουσα ρευστοποιημένη κλίνη (Γ.Π.Α.)

Power : (C.H.P) 10KWe 15KWe 20KWe+Heat

Martezo Μονάδα αεριοποίησης με αντιδραστήρα σταθερής κλίνης και κινητήρα εσωτερικής καύσης Δυναμικότητα: 100kW - 200kW - 425 kw Απόδοση: Κατανάλωση 1.3 kg ξύλου (20% υγρασία κ.β. ξηρή βάση) για παραγωγή 1 kwe

Σύνοψη χαρακτηριστικών τεχνολογιών αεριοποίησης Τύπος αντιδραστήρα ΚΑΘΟΔΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΝΟΔΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΜΕ- ΝΗΣ ΚΛΙΝΗΣ ΠΑΡΑΣΥΡΟΜΕ- ΝΗΣ ΚΛΙΝΗΣ Ισχύς (MWth) < 2 < 20 10-100 > 50 Χρόνος εκκίνησης (h) < 0.5 < 1 > 5 > 24 Ευαισθησία στην ποιότητα πρώτης ύλης Πίσσα σε πλήρες φορτίο (g/nm 3 ) Ευαισθησία στις διακυμάνσεις φορτίου Συντελεστής ελάχιστης ισχύος Μεγάλη Μέτρια Μέτρια Μέτρια < 0.5 1-15 1-10 < 0.5 Μεγάλη Μικρή Μέτρια προς μεγάλη Μέτρια 3-4 5-10 2-3 2-3 Απόδοση κρύου αερίου 65-75 40-60 65-75 70-80 Απόδοση θερμού αερίου 85-90 90-95 86-95 > 90 Χρήσεις ΜΕΚ, Λέβητας ΜΕΚ, Λέβητας ΜΕΚ, Λέβητας, Αεριοστρόβιλος, Σύνθεση ΜΕΚ, Αεριοστρόβιλος, Σύνθεση

Εφαρμογές της αεριοποίησης βιομάζας Αεριοποίηση και παραγωγή μόνο ηλεκτρισμού ή και θερμότητας

Συμπαραγωγή με αντιδραστήρα XYLOWATT & κινητήρα εσωτερικής καύσης

Ελληνική Νομοθεσία: Αγορά Ενέργειας από ΔΕΗ Ε/Mwh Σταθμός Ισχύος < 1ΜW 200 Σταθμός Ισχύος > 1MW,αλλά< 5MW 175 Σταθμός Ισχύος >5ΜW 150 Βιοαέριο σε Σταθμό Ισχύος < 3 MW 220 Βιοαέριο σε Σταθμό Ισχύος >3 MW 200