Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία

Εισαγωγή στην Ενεργειακή Τεχνολογία Ενέργεια και περιβάλλον Αλεξάνδρα Κατσίρη Τοµέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα 2010

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ηλεκτρικής ενέργειας Στο σημείο εφαρμογής μπορεί να θεωρηθεί «καθαρή» Π.χ. ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ηλεκτρικές συσκευές δεν εκλύουν οσμές, καυσαέρια ρύπους Στο σημείο παραγωγής απαιτείται η μετατροπή άλλων μορφών ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια, Η διαδικασία μετατροπής έχει απώλειες ενέργειας με σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον η = Ηλεκτρική ενέργεια Ενέργεια κκαυσίµο = Ε E el in

Ανάλυση Κύκλου ζωής Επιπτώσεις σε όλα τα στάδια παραγωγής ενός αγαθού Αλλαγή πρώτων υλών Πιο αποδοτικές µέθοδοι παραγωγής πρώτων υλών και προϊόντων Ανάκτηση, ανακύκλωση, επαναχρησιµοποίηση υλικών και ενέργειας Πηγή: http://www.nist.gov/mel/msid/dpg/lifecycle.cfm Είναι ένα εργαλείο εκτίµησης των περιβαλλοντικών επιβαρύνσεων που συνδέονται µε κάποιο προϊόν, µια διεργασία ή µια δραστηριότητα προσδιορίζοντας και ποσοτικοποιώντας την ενέργεια και τα υλικά που χρησιµοποιούνται, καθώς και τα απόβλητα που απελευθερώνονται στο περιβάλλον.

Χαρακτηριστικά ορυκτών καυσίμων Ορυκτά καύσιμα προέρχονται από την αποσύνθεση οργανικής ύλης Πετρέλαιο Λιθάνθρακες, γαιάνθρακες (Κωκ, Λιγνίτης, τύρφη) Φυσικό αέριο Αποτελούνται από άνθρακα (C), υδρογόνο (H), και άλλα στοιχεία σε ίχνη, όπως θείο (S), άζωτο (N), οξυγόνο (O), στάχτη και όταν καίγονται αποδίδουν θερμότητα Θερμογόνος δύναμη είναι το ποσό της ενέργειας που αποδίδεται κατά την στοιχειομετρική καύση μιας ορισμένης ποσότητας καυσίμου, kj/kg ή kcal/kg (1 kcal = 4,184 kj) Ανωτέρα θερμογόνος δύναμη (περιλαμβάνει τη λανθάνουσα θερμότητα της υγροποίησης των υδρατμών) Κατωτέρα θερμογόνος δύναμη

Πίνακας 1. Τυπική σύσταση ορυκτών καυσίμων Συστατικά καυσίµων Θερµογόνος δύναµη, kj/kg Σύσταση % Ασφαλ τουχος άνθρα κας Υποασφαλτο ύχος άνθρακα ς Λιγνίτης (Πτολεµ αϊδας) Βενζίνη Αργο πετρέλαι ο Φυσικό αέριο 28.400 19.400 8.455 45.200 42.500 54.400 Άνθρακας 67 48,2 14.5 87,2 85,6 74,1 Υδρογόνο 5 3,3 12,5 9,7 23,9 Θείο 1,5 0,4 0.5 0,3 2,3 0,0 Άζωτο 1,5 0,7 0,02 1,2 1,7 Οξυγόνο 8,7 11,9 0,8 0,3 Στάχτη 9,8 5,3 5.3 0,1 Υγρασία 6,7 30,2 62.0 0,3

Πίνακας 2 Χαρακτηριστικά Ελληνικών γαιανθράκων Περιοχή Υγρασί α Πτητικά Μόνιµος άνθρακα ς Τέφρα Θείο Α Θ Kcal/kg Αετοχώριο 18,30 29,3 40 11,80 5852 Αλιβέρι 35,30 32,80 21,00 10,80 3375 Βεύη 40,00 50,40 9,6 3088 Κύµη 22,40 32,40 27,90 17,20 3995 Μεγαλόπολ 62,20 17,59 10,60 9,61 1,22 1455 η Μέγαρα 49,2 22,00 15,80 13,00 2,50 2340 Παγγαίο 14,00 35,60 32,80 15,20 5145 Πτολεµαΐδα 62,00 18,02 14,50 5,30 0,50 2020 Σέρρες 19,7 39,60 6,20 4899 Ωρωπός 32,70 27,90 19,30 20,00 3010 Ορεστιάδα 33,00 30,00 27,50 9,50 2,20 3570

Αποθέματα λιγνίτη στον Ελληνικό χώρο Λιγνιτικό πεδίο Πτολεμαΐδας Αμυνταίου Αποθέματα 2700 Μt Συνολική εγκατεστημένη ισχύς 4000 MW Λιγνιτικό πεδίο Μεγαλόπολης Αποθέματα 370 Μt Συνολική εγκατεστημένη ισχύς 850 MW Παράγουν το 97% της συνολικής παραγωγής Το υπόλοιπο 3% εξ ημισείας από Αλιβέρι και άλλα 25 μικρά λιγνιτωρυχεία. Καλύπτουν το 65% της ολικής ζήτησης ενέργειας

Παράδειγμα: Εκτίμηση ποσότητας καυσίμου Θερμοηλεκτρικός σταθμός παραγωγής ενέργειας ισχύος 500 MW καίει ασφαλτούχο άνθρακα. Η απόδοση μετατροπής σε ηλεκτρική ενέργεια είναι 36%. Η τυπική ετήσια παραγωγή του σταθμού είναι 65% της δυναμικότητας. Να εκτιμηθεί η ετήσια κατανάλωση καυσίμου καθώς και ποσότητες τέφρας και θείου που εισέρχονται με το καύσιμο. Λύση 1. Η μέγιστη δυναμικότητα παραγωγής ενέργειας του σταθμού είναι: = 500 MW 1000 kw MW hr 24 d 365 2. H πραγματική παραγωγή ενέργειας είναι = 0.65 d yr = 4,38 10 9 9 ( 4.38 10 ) = 2.847 10 kw - h/yr 9 kw - h/yr

3. Από την εξίσωση: Παράδειγμα : Λύση Eel 2.847 10 kw hr η = 0.36 = Ein E E in 4. Γνωρίζοντας ότι 1 watt = 1 joule/sec 9 in = 7.908 10 9 kw hr E in = 7.908 10 9 kw - hr yr = 7.908 10 9 kj - hr sec - 3600 yr = 2.847 10 5. H ενέργεια αυτή θα προκύψει από την καύση λιθάνθρακα με θερμογόνο δύναμη ΑΘΔ = 28400 kj/kg sec hr 13 kj yr E in 13 2 9.847 10 kj/yr 28400 kj/yr ( m )( ΑΘ ) m = = 1.002 10 kg/yr = coal coal 3. Η ποσότητα του θείου και της τέφρας m sulfur m ash =.5 = 100.8 100 9 ( 1.002 10 ) = 1.50 10 kg/yr 1 7 9 ( 1.002 10 ) = 9.82 10 kg/yr 9 7

Ατμοσφαιρικές εκπομπές θερμοηλεκτρικών σταθμών Κύριοι αέριοι ρύποι που εκπέμπονται από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς είναι: Διοξείδιο του άνθρακα, CO 2 Διοξείδιο του θείου, SO 2 Οξείδια του αζώτου, NΟ x Κονιορτός ή σωματίδια, PM Εξαρτάται από το μέγεθος της μονάδας και το χρησιμοποιούμενο καύσιμο (λιγνίτης, φυσικό αέριο)

Πίνακας 3: Εκπομπές αερίων ρύπων από μεγάλες εγκαταστάσεις καύσης και Εθνικοί στόχοι (t/έτος) Εκποµπές t/year Υφιστάµενες (2002) Στόχος 2008 2015 Στόχος 2016 2017 Στόχος Μετά το 2018 SO 2 264.410 105.390 105.390 105.390 NO x 68.140 92.120 44.780 44.780 Κονιορτός 34.635 18.051 18.051 18.051 Πηγή: Η.Π. 33437/1904/Ε103 (ΦΕΚ Β1634/14 08 2008) Εθνικό σχέδιο µείωσης εκποµπών ρύπων από υφιστάµενες µεγάλες εγκαταστάσεις καύσης Πίνακας 4: Συντελεστές εκποµπής αερίων ρύπων από µεγάλες εγκαταστάσεις καύσης σύµφωνοι µε την οδηγία 81/2001/ΕΚ (g/gj) Ρύπος Ισχύς (MW) Λιθάνθρακες Λιγνίτες Πετρέλαιο Diesel Βενζίνη Φυσικό αέριο SO 2 >500 144 177 112 110 9,5 100 500 720 144 888 177 474 112 469 110 9,5 50 100 720 888 474 469 9,5 NΟ x >500 180 222 112 110 54,5 50 500 216 266 126 124 81,6

Πίνακας 5: Οριακές τιμές εκπομπών ρύπων (1), mg/nm 3 Ρύπος Ισχύς (MW) Λιθάνθρακε ςκαι γαιάνθρακε ς Πετρέλαιο SO 2 >500 400 400 Φυσικ ό αέριο Νέες εγκαταστάσε ις 200 (2) 100 500 2000 400 1700 400 35 200 400 (3) 50 100 2000 1700 850 NΟ x >500 500 400 200 200 (2) 50 500 600 450 300 400 (3) Τέφρα >500 50 50 30 (4) 5 50 500 100 50 50 (5) Σηµείωση: Νm 3 = m 3 αέρα σε κανονικές συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης (1) ΚΥΑ 29459/1510 (ΦΕΚ Β992/14 7 2005 Καθορισµός ανωτάτου ορίου εκποµπών για ορισµένους ατµοσφαιρικούς ρύπους σε συµµόρφωση µε τις διατάξεις της οδηγίας 81/2001/ΕΚ (2) >300 ΜW (3) 100 300 ΜW (4) >100 ΜW (5) 50 100 ΜW

Πίνακας 6: Μέγιστες επιτρεπόμενες συγκεντρώσεις αερίων εκπομπών σε g/gj (1) στις ΗΠΑ Τύπος καυσίµου SO 2 NO x PM Λιθάνθρακας /Γαιάνθρακας 520 300 43 Πετρέλαιο 340 129 Φυσικό αέριο 86 (1) 1 g/gj = ng/j = νανογραµµάρια ρύπου ανά Joule εισαγόµενης ενέργειας στον καυστήρα.

Πίνακας 7: Εκπομπές αερίων ρύπων στην Ευρώπη ανάλογα με το τύπο του καυσίμου 2007 (g/gj) Πηγή: ΕΕΑ technical report No 4/2008 Air pollution from electricity generating large combustion plants Copenhagen: EEA, 2008

Σχηματισμός διοξειδίου του άνθρακα Αποτελεί το κύριο τελικό προϊόν της τέλειας καύσης του άνθρακα σύμφωνα με την αντίδραση: C + O 2 CO 2 Αντίστοιχα από την καύση του υδρογόνου παράγονται υδρατμοί. Για την καύση φυσικού αερίου, που ιδεατά απεικονίζεται σαν καθαρό μεθάνιο, ισχύσει η αντίδραση: CH 4 + 2 O2 CO2 + 2H 2O Αντίστοιχες εξισώσεις ισχύουν για όλα τα ορυκτά καύσιμα εφόσον είναι γνωστή η χημική τους σύσταση Η παραγωγή καυσαερίων υπολογίζεται σε όρους μάζας CO 2 /μονάδα παραγόμενης ενέργειας και έτσι είναι δυνατή η σύγκριση μεταξύ των διάφορων τύπων καυσίμων

Παράδειγμα: Παραγωγή CO 2 από την καύση άνθρακα και φυσικού αερίου Να υπολογιστούν οι εκπομπές CO 2 από την καύση ασφαλτούχου άνθρακα και φυσικού αερίου ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας, με βάση τα στοιχεία του πίνακα 1. Λύση: 1. Από την εξίσωση καύσης του άνθρακα έχουμε 12+2(16) = 44, Δηλαδή 12 kg άνθρακα παράγουν 44 kg CO 2 2. Ο ασφαλτούχος άνθρακας έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα 67.0% άρα 1 kg στερεού καυσίμου περιέχει 0,67 kg άνθρακα και παράγει 0,67x44/12 = 2.46 kg CO 2 /kg καυσίμου 3. Κάθε kg στερεού καυσίμου έχει θερμογόνο δύναμη 28400 kj, άρα η παραγωγή CO 2 ανά kj είναι (CO 2 ) coal = 2,46/28400 = 86,5 x 10 6 kg CO 2 /kj 4. Αντίστοιχα για το φυσικό αέριο προκύπτει (CO 2 ) gas = 49.9 x 10 6 kg CO 2 /kj 5. Κατά συνέπεια το φυσικό αέριο παράγει πολύ λιγότερα καυσαέρια ανά kj θερμογόνου δύναμης και συγκεκριμένα 49,9 x 10 6 /98,5 x 10 6 = 0,58

Παράδειγμα: Παραγωγή SO 2 θερμοηλεκτρικού σταθμού Να υπολογιστούν οι εκπομπές SO 2 από το θερμοηλεκτρικό σταθμό του παραδείγματος 3. Να ληφθεί υπόψη ότι το 97% του περιεχόμενου θείου στο καύσιμο μετατρέπεται σε SO 2. Να συγκριθεί η εκπομπή με το επιτρεπόμενο όριο του πίνακα 5. Λύση: 1. Από την εξίσωση καύσης του θείου έχουμε S + O 2 = SO 2 32+2(16) = 64 Δηλαδή 32 kg θείου παράγουν 64 kg SO 2 2. Ο ασφαλτούχος άνθρακας έχει περιεκτικότητα σε θείο 1,5% άρα 1 kg στερεού καυσίμου περιέχει 0.015 kg θείου και παράγει 0,97 x 0.015 x 64/32 = 0,0291 kg SO 2 /kg καυσίμου 3. Η ετήσια παραγωγή SO 2 είναι = 0,0291 x 1.002 x 10 9 = 2,91 x 10 7 kg SO 2 /year 4. Η συγκεκριμένη μονάδα χρησιμοποιεί 1,002 x10 9 kg/year καύσιμα με θερμογόνο δύναμη 2,85 x 10 13 kj /year. Εκφράζοντας το αποτέλεσμα σε όρους εκπομπές ανά μονάδα ενέργειας εισαγόμενου καυσίμου έχουμε (SO 2 )/E in = 0.0291 x 1.002 x 10 9 /2.85 x 10 13 = 1.02 x 10 6 kg SO 2 /kj = 1.02 x 10 6 x 10 9 ng/j = 1020 ng/j 5. Κατά συνέπεια οι εκπομπές θείου υπερβαίνουν το επιτρεπόμενο όριο των 520 ng/j και θα απαιτηθεί αποθείωση του καυσίμου πριν τη χρήση του.

Σχηματισμός τέφρας Βασική πρόσμιξη των στερεών ορυκτών καυσίμων είναι αδρανή, άκαυστα συστατικά ή τέφρα. Η τέφρα περιέχει ίχνη σιδήρου, πυριτίου και βαρέων μετάλλων Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο δεν περιέχουν στάχτη Η στάχτη διαφεύγει με τα αέρια καύσιμα, ως ιπτάμενη τέφρα (flyash) ή κονιορτός Η τέφρα συλλέγεται από τα ηλεκτροστατικά φίλτρα

Παράδειγμα: Εκπομπές ιπτάμενης τέφρας θερμοηλεκτρικού σταθμού Να υπολογιστεί ο βαθμός απόδοσης των ηλεκτροστατικών φίλτρων που θα εγκατασταθούν στο σταθμό του παραδείγματος 3 ώστε να επιτυγχάνεται το όριο PM του πίνακα 4 για νέες εγκαταστάσεις (13 ng/j). Να θεωρηθεί ότι το 80% της τέφρας διαφεύγει με τα καυσαέρια ενώ το 20% συλλέγεται ως στερεό απόβλητο Λύση 1. Ιπτάμενη τέφρα είναι το 80% τηςσυνολικήςτέφραςτου εισερχόμενου καυσίμου: 0,80 x9,82 x 10 7 kg/year = 7.856 x 10 7 kg/year 2. Η εκπομπές ανά μονάδα ενέργειας: 7.856 x 10 7 kg/year /2.85 x 10 13 kj/year = 2.76 x 10 6 kg/kj = 2760 ng/j 3. Οαπαιτούμενοςβαθμόςαπόδοσηςτωνφίλτρωνείναι Ε = (2760 13)/2760 x 100 = 99.53%

Σχήμα 1. Σχηματικό διάγραμμα τέφρας Εκποµπές Ηλεκτροστατικό φίλτρο Βαθµός απόδοσης? Εισαγόµενη τέφρα µετο καύσιµο Καυστήρας καυσίµου Ιπτάµενη τέφρα Στερεό υπόλειµµα

Σχηματισμός οξειδίων του αζώτου (ΝΟ x ) Τα οξείδια του αζώτου συνίστανται κυρίως από μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) και διοξείδιο του αζώτου (ΝΟ 2 ). Το διοξείδιο του αζώτου έχει χρώμα καφεκόκκινο και είναι τοξικό σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις. Σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις, όπως αυτές στην ατμόσφαιρα αστικών περιοχών προκαλεί ερεθισμούς του αναπνευστικού, πχ βρογχίτιδα. Κατά την καύση των στερεών καυσίμων σε υψηλές θερμοκρασίες παράγεται ΝΟ, κυρίως από το άζωτο που περιέχεται στο καύσιμο και το οξυγόνο του αέρα. το ΝΟ, εκλυόμενο στην ατμόσφαιρα οξειδώνεται σταδιακά από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε ΝΟ 2 Η στοιχειομετρία σχηματισμού των ΝΟ x είναι πολύπλοκη γι αυτό συνήθωςηεκτίμησητηςποσότηταςτουςστακαυσαέριαγίνεταιμε μετρήσεις.`

Άλλες επιπτώσεις του κύκλου ζωής Επιπτώσεις κατά την εκσκαφή των κοιτασμάτων (συνήθως επιφανειακή ) Ρύπανση νερών, αλλαγή τοπίου, συσσώρευση στείρων, καθιζήσεις Επιπτώσεις των αγωγών μεταφοράς φυσικού αερίου Διαρροές Επιπτώσεις από τις γραμμές μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος Αισθητική όχληση, ηλεκτρομαγνητικά κύματα

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις άλλων μορφών ενέργειας Μορφή ενέργειας Γεωθερµία Βιοµάζα Ηλιακή Αιολική Ενέργεια από κύµατα Επιπτώσεις Εκποµπές υδρόθειου; Τοπικές σεισµικές δονήσεις; Θόρυβος,; Χρήσεις γης; Μεγάλες εκτάσεις γης; οικολογικές συνέπειες; Απώλεια βιοποικιλότητας; Αυξηµένη χρήση λιπασµάτων; Εκποµπές αερίων κατά τη σοδειά και τη µετατροπή Μεγάλες εκτάσεις γης; Προβληµατικήδιάθεσητων χρησιµοποιηµένων κυττάρων Μεγάλες εκτάσεις γης; Αισθητική όχληση; Ηλεκτροµαγνητικές παρεµβολές; Επιπτώσεις στα πουλιά Αισθητική όχληση; Παρεµβολές στη ναυσιπλοΐα; Επιπτώσεις στην κυκλοφορία του νερού µεαντίκτυπο στην ποιότητα του νερού ; ιαταράξεις του οικοσυστήµατος

Έργο, θερμότητα και ενέργεια Το έργο και η θερμότητα είναι μορφές ενέργειας Θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα στο άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας Έργο είναι η ενέργεια που απαιτείται για την ανύψωση ενός φορτίου ή τη μεταφορά μιας μάζας ενάντια σε μια αντίσταση Το έργο μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε θερμότητα ενώ μόνο ένα μέρος της θερμότητας μπορεί να μετατραπεί σε έργο (2 ος Νόμος Θερμοδυναμικής) Ο ηλεκτρισμός είναι μορφή ενέργειας με την έννοια του έργου

Ένταση, Ηλεκτρικό δυναμικό, ισχύς και αντίσταση Ηλεκτρικό ρεύμα, Ι, είναι η ροή ηλεκτρονίων δια μέσου ενός αγωγού, (φορτίο ανά μονάδα χρόνου) Το Ηλεκτρικό δυναμικό, V, είναιτοέργοπου παράγεται κατά τη μετακίνηση μοναδιαίου ηλεκτρικού φορτίου από το σημείο αυτό ως το άπειρο, (έργο ανά μοναδιαίο φορτίο) Ηισχύς, W, είναι το γινόμενο του ηλεκτρικού δυναμικού επί την ένταση του ρεύματος (έργο ανά μονάδα χρόνου) H Ενέργεια, Ε, είναι το γινόμενο της ισχύος επί το χρόνο

Θεμελιώδεις μηχανισμοί που προκαλούν κίνηση ηλεκτρονίων και άρα ηλεκτρικό ρεύμα Κινητήριος µηχανισµός Ηλεκτροµηχανικός Ηλεκτροχηµικός Φωτοβολταϊκός Θερµοηλεκτρικός Θερµοϊονικός Πιεζοηλεκρικός Αρχή λειτουργίας Κίνηση αγωγού σε κατεύθυνση κάθετη προς το µαγνητικό πεδίο ύο ανόµοιοι αγωγοί βυθισµένοι σε ηλεκτρολύτη, ιέγερση ηλεκτρονίων σε ηµιαγωγούς µεβοµβαρδισµόφωτονίωναπότο ηλιακό φως ή άλλη πηγή φωτός ιαφορά θερµοκρασίας µεταξύ της συµβολής και των ελεύθερων άκρων δύο ανόµοιων µετάλλων Θέρµανση αγωγών υψηλής θερµοκρασίας Πίεση που ασκείται σε ορισµένα κρυσταλλικά ορυκτά Σχήµα 2 Μπαταρίες, fuel cells

Ηλεκτρομηχανικές γεννήτριες ρεύματος Το κύριο ζητούμενο είναι ο μηχανισμός περιστροφής του πηνίου μέσα στο μαγνητικό πεδίο ώστε να δημιουργηθεί το ηλεκτρικό ρεύμα Τα ηλεκτρόνια κινούνται κάθετα προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου και τη γραμμική ταχύτητα περιστροφής του πηνίου Καθώς η ταχύτητα του πηνίου αλλάζει διεύθυνση καθώς περιστρέφεται, αλλάζει και η κατεύθυνση της ροής του ρεύματος και έτσι παράγεται το εναλλασσόμενο ρεύμα Η συχνότητα με την οποία το ρεύμα αλλάζει διεύθυνση εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής του πηνίου, Αυτή είναι 60 κύκλοι ανά sec (60 Hertz) στην Αμερική και 50 Hertz στην Ευρώπη και άλλα μέρη του κόσμου Οι εμπορικές γεννήτριες περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό πηνίων ικανών να παράγουν πολύ υψηλές τάσεις (Volt). Ένα μέρος της παραγόμενης ενέργειας χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τουμαγνητικούπεδίου Οι γραμμές μεταφοράς μεταφέρουν το ρεύμα σε υψηλή τάση στους τοπικούς σταθμούς διανομής όπου η τάση μετασχηματίζεται στα 220 V για χρήση στις αστικές καταναλώσεις.

Στρόβιλοι (τουρμπίνες) και πηγές ενέργειας Η τουρμπίνα παρέχει το μηχανισμό και την ενέργεια για την περιστροφή του πηνίου Μία σχηματική τουρμπίνα φαίνεται στο σχήμα 3α Η κινητήρια δύναμη μπορεί να είναι νερό (υδροηλεκτρικά), αέρας (ανεμογεννήτριες) ή ατμός (θερμοηλεκτρικά) ή καυσαέριο (αεριοστρόβιλοι) Οι μοντέρνοι ατμοστρόβιλοι που κινούνταιμευπέρθερμοατμόείναιπολύπλοκες κατασκευές σχήμα 3β Ο υπέρθερμος ατμός είναι τουλάχιστον 100 φορές πιο αποδοτικός από το νερό Οι υδρατμοί που παράγονται στους λέβητες με υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση διοχετεύονται πάνω στα πτερύγια του στροβίλου, όπου η θερμική τους ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική. Ακολούθως οι υδρατμοί περνούν διαδοχικά από δεύτερο και τρίτο ατμοστρόβιλο που αρχίζουν και αυτοί να περιστρέφονται. Οι ατμοστρόβιλοι αυτοί είναι εφαρμοσμένοι στον ίδιο κεντρικό άξονα έτσι που η περιστροφική τους κίνηση προστίθεται σ` αυτόν. Ο ατμός μπορεί να παραχθεί με τη χρήση μεγάλης ποικιλίας καυσίμων

Μέτρα για τη μείωση των επιπτώσεων στο περιβάλλον Υπάρχουν τρεις προσεγγίσεις στο πρόβλημα 1. Εφαρμογή τεχνολογιών απομάκρυνσης των ρύπων από τα απόβλητα πριν τη διάθεση τους στο περιβάλλον ( end of pipe approach) Ουσιώδης μέθοδος με ευρεία εφαρμογή 2. Εφαρμογή «πράσινων» τεχνολογιών για την αύξηση της απόδοσης της παραγωγής ενέργειας και συνεπώς τη μείωση του μεγέθους ή της έκτασης των επιπτώσεων Εφαρμογή μόνο σε νέες εγκαταστάσεις 3. Εφαρμογή «καθαρότερων» μορφών ενέργειας ή τεχνολογιών Ανανεώσιμες πηγές

Η περίπτωση ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού που καίει λιγνίτη Τεχνολογίες ελέγχου εκπομπών SO 2 NΟ x Ιπτάμενη Τέφρα Θερμότητα Υγροί ρύποι Τέφρα και στερεά απόβλητα

Έλεγχος εκπομπών σωματιδίων (τέφρας) Ηλεκτροστατικό φίλτρο EPS(Electrostatic precipitator) Αρχή λειτουργίας: Ηλεκτρικό πεδίο συνεχούς ρεύματος εφαρμόζεται μεταξύ ενός ηλεκτρικού σύρματος και δύο παράλληλων οριζοντίων πλακών που αιωρούνται στη ροή του αέρα Τα σωματίδια της τέφρας βομβαρδίζονται με ηλεκτρόνια και αποκτούν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο Τα φορτισμένα σωματίδια έλκονται από τις θετικά φορτισμένες πλάκες όπου και συγκρατούνται Κατά περιόδους το ηλεκτρικό πεδίο μειώνεται και τα σωματίδια πέφτουν στον κωνικό πυθμένα του φίλτρου όπου και συλλέγονται Τα εμπορικά φίλτρα περιέχουν μεγάλο αριθμό παράλληλων πλακών για την αύξηση της απόδοσης Απόσταση 20 30 cm Βαθμός απόδοσης > 99,9% Ύψος 3 10 m

Έλεγχος διοξειδίου του θείου Ο κύριος παραγωγός διοξειδίου του θείου είναι τα στερεά ορυκτά καύσιμα και το αργό πετρέλαιο (πίνακας 1) Αν η απαιτούμενη μείωση είναι μικρή, μπορείναεπιτευχθείμε αλλαγή του καυσίμου Εναλλακτικάθαπρέπειναεγκατασταθούνμονάδεςαποθείωσης των καυσαερίων Η διαδικασία που ακολουθείται περιλαμβάνει τον καταιονισμό μίγματος νερού με υδράσβεστο στο ρεύμα των καυσαερίων σε μια συσκευή που ονομάζεται πλυντρίδα (Scrubber). Το διοξείδιο του θείου απομακρύνεται σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση. Μια μικρή ποσότητα οξυγόνου εισάγεται στο μίγμα για το σχηματισμό του γύψου Ο βαθμός απόδοσης της αντίδρασης κυμαίνεται στην πράξη από 95 99% 1 + ( CaCO + 2H O) + O CO ( CaSO. 2H O) SO2 3 2 2 2 + 4 2 2 Υδράσβεστος Γύψος

Χειρισμός τέφρας Μεγάλες ποσότητες τέφρας, από τον πυθμένα του λέβητα και ιπτάμενη τέφρα συλλέγονται από τους σταθμούς παραγωγής. 130 εκατ. τόνοι στην Αμερική από τους 460 ΘΑ 10 εκατ. τόνοι στην Ελλάδα Τα κύρια συστατικά της τέφρας είναι το διοξείδιο του πυριτίου και το οξείδιο του ασβεστίου Αρχικά η τέφρα συλλέγεται σε λίμνες κατακράτησης και αφού αποξηρανθεί μεταφέρεται σε χώρους απόθεσης Τατελευταίαχρόνιαέχουνερευνηθείπολλοίτρόποιγιατην επαναχρησιμοποίηση της τέφρας Σαν συστατικό του τσιμέντου (ΦΕΚ 551/2007 ορίζει τις προδιαγραφές) Σκυροδέματα για μεγάλες δομικές κατασκευές (Φράγματα, τοίχοι υψηλού βάρους κτλ) Σκυροδέματα όπως π.χ. τύπου New Jersey, σκυροδέματα για οδοποιία Προ κατασκευασμένα προϊόντα όπως π.χ. κυβόλιθοι διάστρωσης πεζοδρομίων, πάσσαλοι, σωλήνες, υλικά γλαστρών κ.τ.λ. Σταθεροποίηση εδαφών, βάσεων και υπό βάσεων δρόμων Υποστηρικτικά αναχώματα με διάφορες τεχνικές Στην Ελλάδα το ποσοστό επαναχρησιμοποίησης δεν ξεπερνά το 10%

Σχήμα 2: Απλή γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος Πηγή: Introduction to Engineering and the Environment, E.S. Rubin, McGraw Hill, 2001

Σχήμα 3α Σχηματική διάταξη στροβίλου Πηγή: Introduction to Engineering and the Environment, E.S. Rubin, McGraw Hill, 2001 Σχήµα 3β Σύγχρονος αεριοστρόβιλος

Σχηματική διάταξη ατμοηλεκτρικού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μαζί με τα έργα καθαρισμού των αποβλήτων Πηγή: Introduction to Engineering and the Environment, E.S. Rubin, McGraw Hill, 2001

Απεικόνιση ατµοηλεκτρικού σταθµού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Πηγή: power4georgians.com 1 Cooling tower 8 Surface condenser 15 Coal hopper 22 Combustion air intake 2 Cooling water pump 9 Int/diate pressure steam turbine 16 Coal pulverizer 23 Economiser 3 transmission line (3 phase) 10 Steam Control valve 17 Boiler steam drum 24 Air preheater 4 Step up transformer (3 phase) 11 High pressure steam turbine 18 Bottom ash 25 Precipitator 5 Electrical generator (3 phase) 12 Deaerator 19 Superheater 26 Induced draught (draft) fan 6 Low pressure steam turbine 13 Feedwater heater 20 Forced draught (draft) fan 27 Flue gas stac 7 Condensate pump 14 Coal conveyor 21 Reheater

Απεικόνιση ατµοηλεκτρικού σταθµού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας