Αξιολόγηση συμπαραγωγικής μονάδας με χρήση βιομάζας και τεχνολογίας stirling

Abstract

Η άνοδος των τιμών των υγρών καυσίμων και του φυσικού αερίου σε συνδυασμό με την αύξηση των επιπέδων των παραγόμενων ρύπων οδήγησε στην ανάπτυξη της συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Παρά την αξιοσημείωτη πρόοδο της σχετικής μεθόδου συνεχώς νέες τεχνολογίες αναπτύσσονται προς αυτή την κατεύθυνση. Η συμπαραγωγή με χρήση τεχνολογίας Stirling αποτελεί μία μέθοδο δοκιμασμένη με θετικά αποτελέσματα σε συστήματα χαμηλής ισχύος. Βασικό της πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα να καταναλώνει διαφορετικά είδη καυσίμων με μικρές προσαρμογές, καθώς η καύση γίνεται εξωτερικά της μηχανής τα προϊόντα της καύσης δεν έρχονται σε επαφή με τα κινούμενα τμήματα της μηχανής. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται οι βασικές αρχές της συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματά της και γίνεται αναφορά στην εισχώρησή της στην Ευρώπη και στην Ελλάδα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η εισαγωγή στην τεχνολογία Stirling και περιγράφεται αναλυτικά ο θερμοδυναμικός κύκλος που ακολουθεί η μηχανή. Επίσης παρουσιάζονται οι ειδικές μορφές της μηχανής Stirling με τις αντίστοιχες εφαρμογές τους. Στο τρίτο κεφάλαιο δίνονται πληροφορίες σχετικά με τη βιομάζα και τους τρόπους αξιοποίησής της. Επίσης δίνεται μία ανάλυση των καυσίμων που θα χρησιμοποιηθούν στην μονάδα συμπαραγωγής που θα μελετηθεί. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η εγκατάσταση που πρόκειται να αξιολογηθεί. Αρχικά γίνεται η προσομοίωση της μηχανής Stirling της εταιρίας “Stirling Danmark” στο πρόγραμμα “IPSEPro”. Ακολουθεί η προσομοίωση ολόκληρης της εγκατάστασης, η οποία αναλύεται και αξιολογείται ενεργειακά. Παράλληλα συγκρίνονται τα αποτελέσματα από την προσομοίωση με εκείνα που δίνει ο κατασκευαστής. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η εξεργειακή ανάλυση της μονάδας συμπαραγωγής. Εντοπίζονται οι ατέλειες (αναντιστρεπτότητες) και οι εξεργειακές απώλειες του συστήματος. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται η οικονομική αξιολόγηση της μονάδας. Παρουσιάζεται η ανάλυση ευαισθησίας της συγκεκριμένης επένδυσης και δίνονται οι προϋποθέσεις για να είναι οικονομικά συμφέρουσα. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την αξιολόγηση που έγινε στην μονάδα συμπαραγωγής και δίνονται οι προοπτικές της τεχνολογίας Stirling. Λέξεις κλειδιά: Stirling, Συμπαραγωγή, Βιομάζα, Τηλεθέρμανση.

Rising prices of liquid fuels and natural gas in combination with increasing levels of pollutants produced led to the development of electricity and heat cogeneration. Despite remarkable progress in this method, new technologies are being continuously developed in this direction. Cogeneration using Stirling technology is a proven method of positive results in low power systems. Its main advantage is the ability to consume different types of fuel with minor adjustments, as the external combustion engine combustion products do not come into contact with moving machinery parts. The first chapter provides the basic principles of electricity and heat cogeneration. We present its advantages and refer to its penetration in Europe and Greece. The second chapter is an introduction in Stirling technology and describes in detail the thermodynamic cycle used by the machine. There is a presentation of several special types of Stirling engines with their respective applications. The third chapter provides information on biomass and ways of exploitation. Also we give an analysis of the fuel used in cogeneration unit to be studied. The fourth chapter describes the installation to be assessed. First is the simulation of the Stirling engine of the "Stirling Danmark" company in "IPSEPro" program. It is followed by the simulation of the entire facility, which is analyzed and evaluated energetically. In parallel, we compare the results from the simulation with those given by the manufacturer. In the fifth chapter is the exergy analysis of a cogeneration unit. We detect defects irreversibilities and exergy losses of the system. In the sixth chapter is the economic assessment of the unit. The sensitivity analysis of this investment and the conditions to be economically advantageous are been presented. Finally in the seventh chapter presents the conclusions from the evaluation made in the cogeneration unit and the prospects of technology Stirling. Keywords: Stirling, Cogeneration(CHP=cogeneration of heat and power), Biomass, District Heating.