ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΖΩΙΚΩΝ ΥΠΟΠΡΟΙOΝΤΩΝ - ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ ΣΕ ΚΤΗΝΟΤΡΟΦΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ Λέκτορας, Γεώργιος Ε. Μαρνέλλος Ερευνητική Ομάδα Εναλλακτικών & Ανανεώσιμων Καυσίμων FUELS Sustainable Technologies on Alternative & Renewable FUELS
Ενεργειακής Αξιοποίησης Βιομάζας λιγνοκυταρινική βιομάζα ξύλο, άχυρο, απορρίμματα, χαμηλή υγρασία (<15 %) απόβλητα αγροτικά, ζωικά, αστικά, λίπη, υδατάνθρακες, υψηλή υγρασία (>80 %) Βιομάζα σακχαρώδεις καλλιέργειες καύση θερμοχημική μετατροπή αεριοποίηση πυρόλυση αστικά απορρίμματα Η 2, CO, C x H y θερμικές μηχανές βιοχημική μετατροπή (ζύμωση) αναερόβια CO 2, CH 4 αερόβια αλκοολική ελαιούχες καλλιέργειες θερμότητα ηλεκτρική ισχύς χημικά υγρά καύσιμα ελαιοτρίβιση
ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΖΥΜΩΣΗ ΖΩΙΚΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ Μονάδα Αναερόβιας Ζύμωσης και Συμπαραγωγής Ηλεκτρικής & Θερμικής Ισχύος στη Γερμανία
Αναερόβια ζύμωση (λίπη, πρωτεϊνες, υδατάνθρακες, αγροτικά υπολείμματα, ενεργός ιλύ, οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων, ζωικά απόβλητα) μετατροπή των βιο-αποικοδομίσιμων συστατικών φυτικής/ζωικής βιομάζας ή αποβλήτων σε βιοαέριο (μίγμα μεθανίου διοξειδίου του άνθρακα 70 / 30) Πλεονεκτήματα (Γενικά) Αναβάθμιση γεωργικών και κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων Απόκτηση νέων εναλλακτικών αγροτικών εισοδημάτων Ενεργειακή αυτονομία κτηνοτροφικών μονάδων Περιβαλλοντική αναβάθμιση των περιοχών (ρύπανση, οσμές) Αερόβια ζύμωση (έκλυση GHG ρύπων, εστία εντόμων) Οικονομική ανάπτυξη ημιουργία νέων θέσεων απασχόλησης Για την περιοχή της υτικής Μακεδονίας ιασφάλιση της συνέχειας της περιοχής ως ενεργειακού κέντρου Ενίσχυση τηλε-θέρμανσης και θερμοκηπιακών εκμεταλλεύσεων Προβολή της περιοχής λόγω μοναδικότητας Προοπτικές δημιουργίας spin-off εταιρείας Εισαγωγή
Αναερόβια ζύμωση ολική απόδοση βιοαέριο 10 15 % ηλεκτρική Εισαγωγή Εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία με ραγδαία εξάπλωση στην Ευρώπη. Σήμερα, περισσότερες από 40 χιλ. εγκαταστάσεις ΑΖ επεξεργάζονται την ενεργό ιλύ βιολογικών καθαρισμών. μονάδες ΑΖ ζωικών αποβλήτων στη Γερμανία Μονάδες Αναερόβιας Ζύμωσης 2000 1500 1000 500 0 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Έτος
Αναερόβια ζύμωση Εισαγωγή εγκατεστημένη ηλεκτρικής ισχύς μονάδων ΑΖ ζωικών αποβλήτων εγκατεστημένη ισχύς ανά μονάδα ΑΖ ζωικών αποβλήτων
Αναερόβια ζύμωση Εισαγωγή Βοοειδή Χοίροι Αιγοπρόβατα Πουλερικά Παραγωγή βιοαερίου υνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης του στην Ελλάδα Σύνολο Ημέρα Έτος Μονάδες 28.325 36.251 266.802 326.851 Αριθμός Κεφαλών: νά Μονάδα 23 27 53 120 νά / Νομό 12.546 18.651 270.767 756.238 ύνολο 652.386 969.852 14.079.869 39.324.397 ιοαέριο (m 3 /ημέρα) : νά κεφαλή 1,00 0,43 0,24 0,01 νά μονάδα 23,00 11,70 12,72 1,68 νά νομό 12.547 8.082 64.984 10.588 ύνολο 652.427 420.247 3.379.168 550.542 5,0 10 6 1,8 10 9 Θερμογόνος Δύναμη (kw) : 0,25 kw / m 3 βιοαερίου νά μονάδα 6 3 3 0,4 νά νομό 3.189 2.054 16.517 2.691 ύνολο 165.825 106.813 858.872 139.929 1,27 10 6 νεργειακό Περιεχόμενο : 6,1 kwh / m 3 βιοαερίου 2 kwh/ημέρα) ανά μονάδα 140 71 78 10 νά νομό 76.535 49.298 396.402 64.587 ύνολο 3.979.803 2.563.505 20.612.925 3.358.306 3,1 10 7 1,1 10 10
Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Απαιτούμενη Έκταση: : 8-108 στρέμματα εξαμενή (υπόγεια, αεροστεγή) υποδοχής φυτικών Α υλών: : 5000 m 3 εξαμενή (υπόγεια, αεροστεγή) υποδοχή ζωικών απορριμμάτων: : 5000 m 3 εξαμενή (ημι-υπόγεια, αεροστεγή) εξισορρόπησης υλών: : 5000 m 3 της παροχής φυτικών Α
Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Σύστημα δεξαμενών εξυγίανσης των φυτικών Α υλών: : 10000 m 3 70 o C η απαιτούμενη θερμότητα παράγεται στα επόμενα στάδια της διεργασίας εξαμενή ανάμιξης φυτικών & ζωικών Α υλών: : 10000 m 3 35-40 o C Συνεχής ανάδευση
Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Προθέρμανση τροφοδοσίας στον αντιδραστήρα ΑΖ θερμότητα χαμηλής ποιότητας από το στάδιο παραγωγής ενέργειας Αντιδραστήρες Αναερόβιας Ζύμωσης: : 2 X 8000 m 3 Παραγωγή Βιοαερίου (μεθάνιο < 70%) προς τη μονάδα παραγωγής ισχύος Παραγωγή στερεού υπολείμματος προς δεξαμενές ξήρανσης Θερμοκρασία: : 30-40 ο C Χρόνος Παραμονής: : 30 ημέρες
Αρχή λειτουργίας μονάδας ΑΖ ζωικών και φυτικών αποβλήτων (1 MW Ηλεκτρικής Ισχύος) Τεχνολογία Μονάδα συμπαραγωγής (συστοιχία κινητήρων εσωτερικής καύσης βιοαερίου) Παραγωγή υψηλής και χαμηλής ποιότητας θερμότητα εξαμενές διαδοχικής ξήρανσης στερεού υπολείμματος Ρευστή μορφή για καταιονισμό σε αγροτικές εκτάσεις Ξηρή μορφή για διάθεση στο εμπόριο
Αναερόβια ζύμωση Τεχνολογία (λίπη, πρωτεϊνες, υδατάνθρακες, αγροτικά υπολείμματα, ενεργός ιλύ, οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων, ζωικά απόβλητα) Αντιδραστήρες ΑΖ 2 Χ 3.000 m 3, μονάδας ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 2,6 ΜW, στη Γερμανία Μονάδα ΑΖ/ΣΗΘ ισχύος 8,4 ΜW, στη Γερμανία Κινητήρας ΣΗΘ βιοαερίου 600 kw ηλεκτρικής ισχύος Συστοιχία κινητήρων ΣΗΘ βιοαερίου Γενική άποψη μονάδας ΑΖ/ΣΗΘ ΣΗΘ, στη ανία
Οικονομικά ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΠΟ ΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΕΠΕΝ ΥΣΗΣ Εμπορική διάθεση της παραγόμενης θερμότητας και του λιπάσματος ίκτυο τηλε-θέρμανσης Κατασκευή συγκροτήματος θερμοκηπίων Ενδεικτικά μία μονάδα ηλεκτρικής ισχύος 1 ΜW μπορεί να έχει έσοδα της τάξης των 1.200.000, ετησίως: Ηλεκτρική ισχύς : 1 ΜW 7.500 ώρες/έτος 0,06 /kwh 450.000 (10000 κάτοικοι) Θερμική ισχύς : 1,5 ΜW 7.500 ώρες/έτος 0,03 /kwh 350.000 (5 στρ. θερμοκηπίου) Λίπασμα : 4.000 5.000 tn/έτος 100 /tn > 400.000
Δυνατότητες Εφαρμογής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΧΩΡΟΘΕΤΗΣΗΣ ιαθεσιμότητα και ιδιοκτησιακό καθεστώς υναμικότητα μονάδας Επιλογή χωροθέτησης (υποδομές, ενεργειακές καλλιέργειες, οικοσύστημα, κ.α.).) Μελέτη περιβαλλοντικών και κοινωνικό-οικονομικών οικονομικών επιπτώσεων ιαδικασίες αδειοδότησης ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Καταγραφή καλλιεργειών, παραγωγών και χέρσων εκτάσεων Συμβολαιογραφικές καλλιέργειες Νομικό καθεστώς χέρσων εκτάσεων Εδαφολογικές & κλιματολογικές συνθήκες Πειραματικές καλλιέργειες Εκτίμηση αποδόσεων Παροχή τεχνογνωσίας και γεωπονικής υποστήριξης
Δυνατότητες Εφαρμογής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ιερεύνηση τοπικού ή/και εθνικού ενδιαφέροντος υνατότητα χωροθέτησης θερμοκηπίου Νομικό καθεστώς κατασκευής, ιδιοκτησίας και εκμετάλλευσης Προσδιορισμός θερμικών απαιτήσεων Μελέτη και υλοποίηση κατασκευής ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΠΑΣΜΑΤΟΣ ιάθεσή του σε τοπικούς παραγωγούς Επί τόπου συσκευασία και προώθηση ιάθεσή του σε παρακείμενη θερμοκηπιακή μονάδα
Πάγια Επένδυση ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ Είδος υλικών για κάθε κατασκευή ιατάξεις τροφοδοσίας, σωληνώσεων (μήκος και γεωμετρία) και συνδέσεων ιαχείριση θερμότητας σε κάθε τμήμα Εναλλάκτες θερμότητας (τύπος, κατασκευή) Αριθμός, τύπος και ισχύς των κινητήρων συμπαραγωγής Αισθητήρες, όργανα ελέγχου και ρύθμισης, συστήματα ασφαλείας Κόστος παράπλευρων υποδομών Αισθητική προσαρμογή στο περιβάλλον της μονάδας ΓΕΝΙΚΑ ΠΑΓΙΑ ΕΞΟ Α Χωματουργικές και οικοδομικές εργασίες Κόστος αδειοδότησης Κόστος παροχής τεχνικών, οικονομικών, νομικών συμβούλων Κόστος διαπραγματεύσεων Κόστος χρηματοδότησης Κόστος εκπόνησης μελετών Ηλεκτρική Ισχύς Όγκος Χωνευτή Κόστος 10 kw 150 m 3 20 45.000 1 MW 10.000 m 3 2 4 εκατ.
Πάγια Επένδυση Η πάγια επένδυση ανέρχεται σε 2590 /kw και κυμαίνεται από 2-8 k /kw Για τα βοοειδή 2-7k /kw και για τους χοίρους 5.5-8 k /Kw Ηλεκτρική Ισχύς, kw 600 500 400 300 200 100 0 2.150-8.000 πάγια / kw μέση τιμή : 2.590 / kw 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγκατάστασης, k Οι kwh/ζώο ζώο/έτος είναι ανεξάρτητες από το μέγεθος της μονάδας (400 2050) Η πάγια επένδυση κυμαίνεται από 735-1000 για χοίρους και 270-670 /MWh/έτος για τα βοοειδή Πάγιο Κόστος / ΜWh/;έτος, 1.200 1.000 800 600 400 200 0 Χοίροι 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγ κατάστασης, k ΜkWh / ζώο / έτος 3 2 1 Χοίροι 0 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγκατάστασης, k Ηλεκτρική Παραγωγή, ΜWh / έτος 4.500 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Χοίροι 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγκατάστασης, k
Πάγια Επένδυση Τα έσοδα από ηλεκτρική ενέργεια θα κυμαίνονται από 67-249 /k επένδυσης Η απόσβεση κεφαλαίου θα κυμαίνεται από 4-14 έτη (μέση τιμή 5 έτη) Ετήσια Έσοδα, k 300 70-250 Ετήσια Έσοδα / 1000 Πάγιου 250 200 150 100 50 0 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγκατάστασης, k Απόσβεση, έτη 16,0 14,0 Χοίροι 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0 500 1.000 1.500 2.000 Κόστος Εγκατάστασης, k Η επένδυση κυμαίνεται από 47-733 733 /ζώο (μέση τιμή 405 ). Τα ετήσια έσοδα ανά ζώο μόνο από την ηλεκτρική ενέργεια 4.5-5.5 5.5 /έτος για τους χοίρους και 43-138 /έτος για τα βοοειδή. Κόστος Εγκατάστασης, k 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 47-733 / Ζώο Χοίροι 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Ζώα Ετήσια Έσοδα, k 300 250 200 150 100 50 0 4-138 / Ζώο / Έτος Χοίροι 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Ζώα
Πάγια Επένδυση Ενεργειακή και οικονομική απόδοση υφιστάμενων μονάδων στις Η.Π.Α. Βοοειδή Χοίροι min med max min med max Κατά Κεφαλή Επένδυση / ζώο 144 470 733 47 62 80 Κατά κεφαλή ενέργεια kwh / έτος / ζώο 400 1.240 2.058 60 75 80 Επένδυση/ετήσια παραγωγή ενέργειας /ΜWh/ έτος 269 409 818 707 800 1.000 Κατά κεφαλή ετήσια έσοδα / ζώο /έτος 27 83 138 4 4,7 5 Ετήσια έσοδα ανά πάγια επένδυση / 1.000 82 180 249 67 85 95
ενεργειακή και οικονομική απόδοση μονάδων Αναερόβιας Χώνευσης Χοίροι Βοοειδή (γαλακτοπαραγωγής) Βοοειδή (κρεατοπαραγωγής) Υπολογισμοί Πουλερικά βάρος ζώου (kg) 70 680 390 2,0 Στερεά/υγρά απόβλητα (m 3 /ημ) 0,0058 0,050 0,025 0,00013 πτητικά στερεά (kg/ημ) 0,56 6,56 3,28 0,0204 Καταστροφή στερών (%) 55 55 55 65 Παραγωγή Βιοαερίου (m 3 /ζώο/ημ) 0,154 2,471 1,388 0,0100 Ενεργειακό Περιεχόμενο (kwh / m 3 ) 5,965 6,257 6,543 μικτό (kwh/ζώο/ημ) 0,918 15,46 8,685 0,065 καθαρό (kwh/ζώο/ημ) 0,689 11,60 6,514 0,049 Ηλεκτρικό Ισοδύναμο kwh/ζώο ζώο/έτος 74,41 1253 703,5 5,292 Έσοδα ηλεκ. Ισχύος ( /ζώο/έτος) 4,5 75,2 42,2 0,3
Λειτουργικό Κόστος ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ Εργατικά Μεταφορά των Α υλών Συντήρηση Θερμική και ηλεκτρική κατανάλωση διεργασίας Για μονάδα 1 MW ηλεκτρικής ισχύος εκτιμούνται ότι οι λειτουργικές δαπάνες ανέρχονται σε 150000 ετησίως Πρώτη Ύλη Πάγια Επεν. Ηλεκ. Παρ. ΜWh/έτος Πάγια Επεν. / MWh/έτος Λειτουργ. Έξοδα Λειτ. Έξοδα, /kwh Χοίροι 91.000 203 448,3 8.400 0,04 ενσύρωμα 872.000 454 1920,7 30.000 0,07 ενσύρωμα 254.000 498 510,0 10.900 0,02 κοπριά/βιομηχανικά 5.023.000 13.940 360,3 990.000 0,07 πουλερικά/βιομ. 5.493.000 23.200 236,8 452.000 0,02 Βιομ. τροφίμων 1.023.000 2.000 511,5 74.000 0,04
Σενάρια Αποδοτικότητας Επένδυσης Αρ. ζώων MWh /έτος Πάγια Επένδυση, Ετήσια Έσοδα, Ετήσια Έξοδα, Ετήσια Κέρδη, Απόσβεση, έτη Βοοειδή γαλακτοπαραγωγής Βέλτιστο σενάριο 3.000 3.600 1.080.000 216.000 72.000 144.000 7,5 Μέσο σενάριο 3.000 2.100 840.000 126.000 63.000 63.000 13,3 Χείριστο σενάριο 3.000 1.200 960.000 72.000 48.000 24.000 40,0 Βοοειδή κρεατοπαραγωγής Βέλτιστο σενάριο 3.000 2.100 630.000 126.000 42.000 84.000 7,5 Μέσο σενάριο 3.000 1.350 540.000 81.000 40.500 40.500 13,3 Χείριστο σενάριο 3.000 750 600.000 45.000 30.000 15.000 40,0 Χοίροι Βέλτιστο σενάριο 30.000 2.100 1.470.000 126.000 42.000 84.000 17,5 Μέσο σενάριο 30.000 1.500 1.200.000 90.000 45.000 45.000 26,7 Χείριστο σενάριο 30.000 1.050 1.050.000 63.000 42.000 21.000 50,0 Πουλερικά Βέλτιστο σενάριο 1.000.0 00 5.300 1.325.000 318.000 106.000 212.000 6,3 Μέσο σενάριο 1.000.0 00 3.700 1.480.000 222.000 111.000 111.000 13,3 Χείριστο σενάριο 1.000.0 00 2.500 2.000.000 150.000 100.000 50.000 40,0
SMART-INTEREGG III ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ: Σχεδιασμός και Εγκατάσταση Συνδυασμένης Πιλοτικής Μονάδας Αναερόβιας Ζύμωσης & Κυψέλης Καυσίμου ΑΝΑ ΟΧΟΣ ΦΟΡΕΑΣ: ΚΕΠΕ ΚΟΖΑΝΗΣ ΣΥΝΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ: Π Μ (STAR FUELS LAB) ΧΡΟΝΙΚΗ ΙΑΡΚΕΙΑ: 01/01/2007 31/12/2007