Ενεργειακή και οικονομική αποτίμηση των συστημάτων αφαλάτωσης. Εφαρμογή στον Ελλαδικό χώρο.

Abstract

Η λειψυδρία αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα αρκετών περιοχών του πλανήτη με μελλοντικές τάσεις επιδείνωσης. Στον Ελλαδικό χώρο, έλλειψη νερού παρατηρείται κατά κύριο λόγο στα «άνυδρα» νησιά του Αιγαίου, περισσότερο κατά τη διάρκεια των ξηρών καλοκαιρινών μηνών, πρόβλημα το οποίο καλύπτεται κυρίως με τη μεταφορά νερού, η οποία ωστόσο κοστίζει αρκετά. Ενδεχόμενη λύση στην πρόβλημα αυτό, θα μπορούσε να είναι η εγκατάσταση μονάδων αφαλάτωσης θαλασσινού νερού στις περιοχές αυτές. Σκοπό της διπλωματικής εργασίας αυτής αποτελεί η αποτίμηση των τεχνολογιών αφαλάτωσης με έμφαση στην ενεργειακή κατανάλωση και το κόστος παραγόμενου νερού. Για την επίτευξη του στόχου αυτού συγκρίνονται μεταξύ τους οι κυριότερες διεργασίες αφαλάτωσης βάσει παραμέτρων όπως οι απαιτήσεις χώρου, η ποιότητα του τροφοδοτούμενου και του παραγόμενου νερού, η δυναμικότητα παραγωγής, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, ο τύπος της διαθέσιμης ενέργειας, η καταναλισκόμενη ενέργεια και το κόστος ανά μονάδα παραγόμενου ύδατος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις δύο τελευταίες παραμέτρους, για την εξέταση των οποίων συλλέγεται ένας σημαντικός αριθμός δεδομένων ειδικής ενεργειακής κατανάλωσης και ειδικού κόστους παραγωγής νερού, των κυριότερων συστημάτων αφαλάτωσης, από τη σχετική βιβλιογραφία. Τα δεδομένα αυτά επεξεργάζονται ώστε να εντοπιστούν οι σημαντικότερες τάσεις που παρουσιάζουν και να εκτιμηθεί η επίδραση που έχουν, παράμετροι όπως η διεργασία αφαλάτωσης, η δυναμικότητα του συστήματος, η αλατότητα του προς αφαλάτωση και του παραγόμενου νερού και η χρησιμοποιούμενη τεχνολογία ενεργειακής τροφοδοσίας, τόσο στην ενεργειακή κατανάλωση όσο και στο κόστος ενός συστήματος αφαλάτωσης. Με αυτό τον τρόπο επιδιώκεται να αποκτηθεί μια πληρέστερη και συνολικότερη εικόνα για τις δυνατότητες εγκατάστασης τέτοιων μονάδων, τόσο σε περιοχές με προβλήματα λειψυδρίας, όπως τα «άνυδρα» ελληνικά νησιά, όσο και σε περιοχές που θα μπορούσαν μελλοντικά να παρουσιάσουν προβλήματα υδατικής ανεπάρκειας, όπως τα μεγάλα αστικά κέντρα. Από το σύνολο των εξεταζόμενων δεδομένων συμπεραίνεται ότι η αφαλάτωση θαλασσινού νερού, εν γένει, μπορεί να επιλύσει με βιώσιμο τρόπο το πρόβλημα της έλλειψης νερού των υπό εξέταση περιοχών, παρέχοντας νερό μέσου κόστους 4,5 $/m3 και καταναλώνοντας κατά μέσο όρο ενέργεια 15,28 kWh/m3, επιβαρύνοντας έτσι στον ελάχιστο βαθμό τα ευαίσθητα τοπικά δίκτυα ηλεκτροδότησης και το περιβάλλον, ειδικά στην περίπτωση ενεργειακής τροφοδότησης από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Η τεχνολογία της Αντίστροφης Όσμωσης επικρατεί των υπολοίπων λόγω του σχετικά χαµηλού κόστους επένδυσης και της σχετικά χαμηλής ενεργειακής της κατανάλωσης (4,55 - 8,87 kWh/m3). Η μέθοδος αυτή διαθέτει επίσης περιορισμένες χωρικές απαιτήσεις και παρέχει αξιοπιστία σε όλο το εύρος της δυναμικότητας παραγωγής, παρουσιάζοντας παράλληλα μια εύκολη, σχετικά µε τις άλλες μεθόδους, διαδικασία κατασκευής. Τέλος, το κόστος της διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα (1 - 5,41 $/m3), αν και είναι λίγο υψηλότερο από των υπολοίπων διεργασιών αφαλάτωσης, παραμένοντας ωστόσο χαμηλότερο από το κόστος μεταφοράς νερού (4,91 - 8,32 €/m3 ή 6,18 - 10,47 $/m3).

Drought is a major challenge in many regions of the globe with trends of further deterioration. As far as Greece is concerned, the problem is evident on the dry islands of the Aegean Sea, especially during the summer. The local authorities cope with it by transporting water, a rather expensive procedure. The problem could be addressed with the creation of desalination facilities on those areas. The purpose of this paper is to evaluate certain desalination technologies, putting emphasis on energy consumption and the cost of the water produced. Those two goals will be achieved by comparing the main desalination processes based on parameters such as space requirements, quality of salt and fresh water, production capacity, environmental impacts, type of the available energy, energy consumed and cost per unit of fresh water. Special emphasis will be put on the last two parameters. Bibliography on the main desalination facilities has been used as reference to evaluate data concerning the two parameters. Data has been processed to highlight the main trends and account for the effect of factors such as desalination process, capacity, salinity of salt and fresh water, technology of energy supply used both in energy consumption and cost of such facility. In that way, we aim at getting a wider and comprehensive picture on the possibilities of introducing such facilities, not only in dry areas like the Greek islands, but also in locations that might face similar problems in the future, like urban agglomerations. After having examined all data concerning the locations under scrutiny, it is being concluded that water desalination could, in general, offer a sustainable solution. The average cost of fresh water is 4,5 $/m3, while the average energy consumed is 15,28 kWh/m3, keeping the burden to the sensitive local power networks to a minimum. The environment is even less affected, when it comes to energy supply via Renewable Energy Sources. The Reverse Osmosis desalination technology actually prevails mostly due to its low investment cost and its equally limited energy consumption (4,55-8,87 kWh/m3). This technology calls for minimum space requirements and offers credibility to the entire range of production capacity. At the same time it turns out to be easy, at least compared to other methods, to build. Last but not least, its cost remains low (1-5,41 $/m3), although somewhat higher than the other desalination processes, but still lower that the cost of transporting water (4,91 - 8,32 €/m3 or 6,18 - 10,47 $/m3).