Αξιοποίηση της βιομάζας στον ελλαδικό χώρο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας

Abstract

Η παραγωγή ενέργειας από βιομάζα αναμένεται να παίξει έναν σημαντικό ρόλο στην παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ στην Ελλάδα. Η φιλικότητα στο περιβάλλον, η διαθεσιμότητά της, οι εθνικοί στόχοι και οι ευνοϊκές συνθήκες επένδυσης αναμένεται να στρέψουν το ενδιαφέρον προς αυτήν την κατεύθυνση. Προς αυτήν την κατεύθυνση ωθεί και η εξέλιξη της τεχνολογίας, η οποία φαντάζει όλο και πιο ώριμη να παρουσιάσει νέες τεχνοτροπίες και ιδέες, παρά το γεγονός ότι προς στιγμήν το κόστος της είναι ακόμα αρκετά υψηλό. Είναι βέβαιο πως με την πάροδο του χρόνου και με δεδομένη την μεγαλύτερη διείσδυση της βιομάζας στην παραγωγή ενέργειας, θα αποκτηθεί και θα αναπτυχθεί η απαιτούμενη τεχνογνωσία και τα εμπόδια θα υπερκεράζονται.

Η φύση της βιομάζας και η ανομοιογένεια στην διαθεσιμότητα της, ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες οδηγεί στο συμπέρασμα πως η καλύτερη επιλογή για την αξιοποίηση της βιομάζας είναι μικρής κλίμακας μονάδες συμπαραγωγής ενέργειας. Εξαιτίας της προνομιακής τιμής πώλησης στο δίκτυο, οι επενδύσεις έχουν μικρό χρόνο αποπληρωμής και αποφέρουν ικανοποιητικά κέρδη. Ειδικά στις περιπτώσεις, κατά τις οποίες γίνεται στο έπακρο εκμετάλλευση της προνομιακής τιμή της ενέργειας στο δίκτυο (συνεχής λειτουργία) τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά. Μοναδικό μειονέκτημα είναι το σχετικά υψηλό κόστος επένδυσης, το οποίο μπορεί να ισοσταθμιστεί με τυχόν επιχορηγήσεις και διευκολύνσεις, ενώ και η εξασφάλιση της απαιτούμενης βιομάζας συνιστά ένα μεγάλο στοίχημα.

Σε όλα τα παραπάνω ζητήματα επικεντρωνόμαστε στην παρούσα διπλωματική. Πιο συγκεκριμένα:

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή και παρουσίαση των συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (ΣΗΘ). Παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της συμπαραγωγής, οι τεχνολογίες και η ταξινόμηση των συστημάτων συμπαραγωγής ενέργειας, τα πλεονεκτήματα και οι επιπτώσεις που προκαλεί και, τέλος, γίνεται μια αναφορά για την συμπαραγωγή στην Ελλάδα.

Στο δεύτερο κεφάλαιο εισάγουμε την έννοια της «βιομάζας». Ο ορισμός της, οι τρόποι αξιοποίησης της, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα από την αξιοποίηση της, οι εφαρμογές και οι προοπτικές της αναφέρονται στο κεφάλαιο αυτό. Στη συνέχεια, αναλύονται οι μέθοδοι μετατροπής της βιομάζας όπως η καύση, η πυρόλυση και φυσικά η αεριοποίηση και η αναερόβια χώνευση, ενώ στο τέλος παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της επένδυσης σε βιομάζα.

Στο τρίτο κεφάλαιο, αναλύεται η έννοια της βιομάζας στην Ελλάδα. Επικεντρωνόμαστε στην ελληνική πραγματικότητα και στο δυναμικό της βιομάζας στην Ελλάδα, στην κατηγοριοποίηση του, στη μεθοδολογία για την αξιοποίηση του τεχνικά και οικονομικά εκμεταλλεύσιμου δυναμικού, στις παραμέτρους που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη για την εγκατάσταση των μονάδων βιομάζας και στο κόστος των αρχικών πηγών. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζεται το ισχύον νομοθετικό πλαίσιο για την ηλεκτροπαραγωγή από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας στην χώρα μας.

Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει παραδείγματα τριών τεχνικών περιγραφών για την εγκατάσταση μονάδων βιομάζας των 100 kW, 500 kW και 1 MW, όπως αυτές πρέπει να κατατίθενται στον φάκελο αδειοδότησης της ΔΕΗ. Μία τέτοια μελέτη περιγράφει την μονάδα παραγωγής του βιοαερίου, τη μονάδα παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας όπου χρησιμοποιείται σαν καύσιμο το βιοαέριο, και περιλαμβάνει επιπλέον πληροφορίες που αφορούν τον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό που θα χρησιμοποιηθεί, τη βιωσιμότητα της επένδυσης και την τεχνική περιγραφή του υποσταθμού και του μετασχηματιστή μέσης τάσης, αν αυτοί απαιτούνται.

Στο πέμπτο κεφάλαιο, διατυπώνεται το πρόβλημα του ενεργειακού ανεφοδιασμού μίας μονάδας συμπαραγωγής με βιομάζα που καλύπτει μία συγκεκριμένη ενεργειακή ζήτηση, με στόχο τη μείωση των δαπανών και την βελτιστοποίηση των σημαντικότερων οικονομικών παραμέτρων. Περιγράφεται αναλυτικά το μοντέλο βελτιστοποίησης και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για τις εφαρμογές που μελετούμε.

The energy production from biomass is expected to play an important role in the energy production from the Renewable Energy Sources (RES) in Greece. The friendliness in the environment, its availability, the national objectives and the favourable conditions of investment are expected to turn the interest to this direction. The development of technology prompts also to this direction, which strikes always more mature to present new techniques and ideas, despite the fact that to moment its cost is still enough high. It is certain that with the byway of time and with given the bigger infiltration of biomass in the energy production, will be acquired and developed the required know-how and the obstacles will be overflowed.

The nature of biomass and the inhomogeneousness in its availability, depending on the each conditions lead to the conclusion that the better choice for the exploitation of biomass of is small scale units of co-production of energy. Due to the preferential price of sale in the grid, the investments have small time of settlement and yield satisfactory profits. Specifically in the cases, at which become exceedingly exploitation of the preferential price of energy in the network (continuous operation) the results are impressive. Unique disadvantage is the relatively high cost of investment, which can be balanced by any chance subsidies and facilitations, while also the guarantee of the required biomass recommends a big bet.

In all the above questions we were focused in the present diploma thesis. More concretely:

In the first chapter are introduced the systems of combined heat and power (CHP). The basic beginnings of cogeneration, the technologies and the classification of the systems of CHP, the advantages and the repercussions they causes, are also presented and, finally, there is a report on the cogeneration in Greece.

In the second chapter, we import the significance of "biomass". Its definition, its ways of exploitation, the advantages and the disadvantages from its exploitation, the applications and its prospects are reported in this chapter. Then, the methods of transformation of biomass as the combustion, the pyrolysis and, of course, the gasification and the anaerobic digestion are analyzed, while in the end the advantages and the disadvantages of investment in biomass are presented.

In the third chapter, the significance of biomass in Greece is analyzed. We are focused in the Greek reality and in the potential of biomass in Greece, in its categorisation, in the methodology for the exploitation of the technically and economically exploitable potential, in the parameters that should be taken into consideration for the installation of biomass units and in the cost of initial sources. In the end of the capital the being in effect legislative frame for the generation of electricity by Renewable Sources of Energy in the country is presented.

The fourth chapter includes examples of three technical descriptions for the installation of biomass units of 100 kW, 500 kW and 1 MW, as they should be deposited in the file of licensing in Public Power Corporation (PPC). A study like this describes the unit of production of biogas, the unit of production of electric energy and heat in which is used as fuel the biogas, and includes moreover information that concerns the electromechanical equipment that will be used, the viability of the investment and the technical description of substation and the transformer of medium-voltage, if these are required.

In the fifth chapter, the problem of energy supply of one unit of CHP with biomass that covers a concrete energy demand is formulated, aiming at the reduction of expenses and the optimisation of the more important economic parameters. The model of optimisation is analytically described and the results of simulations for the applications that we study are presented.