Τεχνοοικονομική ενεργειακή διερεύνηση και βελτιστοποίηση μονάδων βιοαερίου και οργάνωση πληροφοριών

Abstract

Μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις των σύγχρονων κοινωνιών είναι η διαχείριση θεμάτων που αφορούν στην προστασία του περιβάλλοντος. Δύο από τις επεκτάσεις του συγκεκριμένου θέματος σχετίζονται με την αποδοτικότερη παραγωγή ενέργειας και τη διαχείριση των αποβλήτων και των απορριμμάτων. Κατά τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί αρκετές τεχνολογίες και μέθοδοι σαν απαντήσεις στα παραπάνω ζητήματα. Μια από τις τεχνολογίες αυτές είναι και η τεχνολογία παραγωγής βιοαερίου. Η τεχνολογία του βιοαερίου παρουσιάζει έντονο ενδιαφέρον γιατί όχι μόνο αποτελεί ένα τρόπο διαχείρισης των απορριμμάτων, αλλά ταυτόχρονα τους δίνει και χρηστική αξία. Η επέκταση των μονάδων παραγωγής βιοαερίου συμβάλει στην εξοικονόμηση των συμβατικών μη ανανεώσιμων πηγών καυσίμου του πλανήτη και συμβάλει στην επέκταση της ενεργειακής βιωσιμότητας. Θα πρέπει μάλιστα η λειτουργία της μονάδας να γίνεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να έχουμε παραγωγή βιοαερίου βέλτιστης ποιότητας και να επιτυγχάνεται έτσι μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση συμβατικών πηγών ενέργειας.

Στη συγκεκριμένη διπλωματική επιχειρήθηκαν διάφοροι τρόποι προσέγγισης του βιοαερίου και παρουσιάζονται αναλυτικά στα αντίστοιχα κεφάλαια. 1. Γίνεται μια τεχνοοικονομική ενεργειακή βελτιστοποίηση (με τη χρήση Excel) μιας ήδη υπάρχουσας μονάδας σε ελληνική γαλακτοκομική βιομηχανία, κατά την οποία διερευνώνται τρόποι με τους οποίους μπορεί να πραγματοποιηθεί αυτό. 2. Γίνονται εμπειρικές διαστασιολογήσεις για την κατασκευή μονάδων βιοαερίου με τη χρήση υπολογιστικού φύλλου excel που έχει αναπτυχθεί σε παλαιότερη διπλωματική εργασία του τομέα. 3. Γίνεται συγκέντρωση στοιχείων από ήδη υπάρχουσες μονάδες βιοαερίου στο εξωτερικό για να ελεγχθούν χαρακτηριστικά μεγέθη που αφορούν στις μονάδες βιοαερίου. 4. Αναπτύσσεται σε πρώιμο στάδιο πρόγραμμα (σε κώδικα MATLAB) εύρεσης της βέλτιστης θέσης κατασκευής κεντρικής μονάδας βιοαερίου, με βάση τη θέση άλλων γειτονικών εγκαταστάσεων που σχετίζονται με τη λειτουργία της μονάδας. 5. Αναπτύσσεται σε πρώιμο στάδιο μια βάση δεδομένων για το βιοαέριο, η οποία περιλαμβάνει μεταξύ άλλων θεωρητικές γνώσεις, βιβλιογραφία και υπολογιστικά προγράμματα. 6. Συγκεντρώνονται κάποια tutorials για προγράμματα που είναι χρήσιμα για τη μελέτη της τεχνολογίας παραγωγής του βιοαερίου.

Οι παραπάνω προσεγγίσεις προέκυψαν κατά κύριο λόγο από την πολύπλοκη φύση της τεχνολογίας του βιοαερίου. Έτσι υπάρχει από τη μία το πρακτικό σκέλος της εργασίας και από την άλλη το θεωρητικό, το οποίο θα έχει σκοπό να επιταχύνει μελλοντικές μελέτες σχετικές με το βιοαέριο.

One of the most important challenges of the modern societies is the management of environmental issues, such as the waste management and the efficient power production. In the last years, several technologies and methods have been developed for the solution of those problems, one of which is the biogas production technology. The biogas is extremely interesting as it is an effective way to handle biowaste and in the same time it adds value to them. The broadening of the biogas production units contributes to the saving of conventional non-renewable energy sources and to the strengthening of sustainable energy development. It should be ensured that the operation of biogas units achieves a best quality biogas with a maximum exploitation of the biowaste. In the present work, the biogas was approached in several ways, theoretical and practical, which are thoroughly presented in individual chapters. The work is summarized in the following points:

1. Techno-economical and energetic optimization of an existing biogas unit in a Greek dairy plant. Several ways to achieve performance improvements were investigated using simulations in Microsoft Excel. 2. Dimensioning of biogas units using empirical types proposed in previous studies conducted by the laboratory. 3. Data gathering from existing of existing biogas units all over the world in order verify characteristic operational parameters of a typical biogas unit. 4. Development of an algorithm in MATLAB, which calculates the optimum location of a biogas unit, according to the location of strategic points for the operation of the unit (biowaste sources, national natural gas grid, etc.). 5. A database for biogas production was created which includes theoretical studies, references and computational models. 6. A database of tutorials for useful programs for the investigation and the studying of the biogas production technology. The above mentioned approaches are necessary due to the complexity of biogas technology. The theoretical and the database part of this work aims at helping future biogas researchers.