Σύγχρονες τεχνολογίες συμπαραγωγής ηλεκτρισμού θερμότητας
Contemporary technology in electricity and heat cogeneration
Θεματική επικεφαλίδα
TPSH::Τεχνολογία::Φυσικό ΑέριοΛέξεις κλειδιά
Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας ; Φυσικό αέριο ; Ατμοστρόβιλος ; Αεριοστρόβιλοι ; Μηχανές εσωτερικής καύσης ; Κυψέλες καυσίμουΠερίληψη
Με τον όρο "ενέργεια" συνήθως εννοούμε το ηλεκτρικό ρεύμα που καταναλώνουμε, τη θέρμανση των σπιτιών και την κίνηση του αυτοκινήτου μας και δευτερευόντως την παραγωγή και διακίνηση προϊόντων και γενικότερα το σύνολο παραγωγικών και οικονομικών δραστηριοτήτων της περιοχής μας, της χώρας και του πλανήτη. Αποτελεί αδιαμφισβήτητο γεγονός ότι η ενέργεια αποτελεί σημαντική παράμετρο οικονομικής ανάπτυξης και βελτίωσης των συνθηκών διαβίωσης. Σήμερα, σε παγκόσμιο επίπεδο η ενέργεια παράγεται, κατά κύριο λόγο, από την καύση των ορυκτών καυσίμων. Ωστόσο, το ενεργειακό μοντέλο που ξεκίνησε από τις αρχές του 20ου αιώνα και συνεχίζεται μέχρι σήμερα, δημιουργεί δύο σημαντικά προβλήματα: • Επάρκειας εφοδιασμού: οι παγκόσμιες απαιτήσεις για ενέργεια αυξάνουν συνεχώς, ενώ τα ορυκτά καύσιμα εξαντλούνται με ταχείς ρυθμούς, χωρίς να υπάρχει η δυνατότητα ανανέωσή τους. • Περιβαλλοντικής επιβάρυνσης: η χρήση των ορυκτών καυσίμων δημιουργεί καυσαέρια, οδηγώντας σε έναν φαύλο κύκλο: o η ανάπτυξη απαιτεί ενέργεια, o η ενέργεια δημιουργεί προβλήματα στο περιβάλλον, o το περιβάλλον υποβαθμίζεται και o δημιουργούνται προβλήματα που δυσκολεύουν τις συνθήκες διαβίωσης και αναστέλλουν την ανάπτυξη. Τα περιβαλλοντικά προβλήματα εκδηλώνονται με τη διαφαινόμενη κλιματική αλλαγή, που έχει αναδειχθεί σε μείζον θέμα πολιτικής, επιστημονικής, οικονομικής και αναπτυξιακής αντιπαράθεσης. Αιτία της κλιματικής αλλαγής είναι το φαινόμενο του θερμοκηπίου που οφείλεται κατά κύριο λόγο στην ανθρώπινη δραστηριότητα και ειδικότερα στις ανεξέλεγκτες εκπομπές αερίων από την παραγωγή, μεταφορά, διανομή και χρήση της ενέργειας, καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό της προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Αφού, λοιπόν, μεγάλο μέρος των περιβαλλοντικών προβλημάτων προέρχεται από τον τομέα της ενέργειας, στόχος είναι: • η παραγωγή καθαρής ενέργειας, για τον περιορισμό των εκπομπών καυσαερίων από τους συμβατικούς θερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, και • η βέλτιστη αξιοποίηση των καυσίμων και της διατιθέμενης ενέργειας, με τη μείωση των απωλειών: Ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται με: • Την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), με τις οποίες παράγεται χρήσιμη (αξιοποιήσιμη) ενέργεια χωρίς τη χρήση ορυκτών καυσίμων,
• Τη βέλτιστη αξιοποίηση των καυσίμων, χρησιμοποιώντας διαδικασίες παραγωγής ενέργειας με υψηλή απόδοση, ώστε να αξιοποιείται πληρέστερα η χημική ενέργεια που εμπεριέχουν τα ορυκτά ή άλλα καύσιμα. Τις απαιτήσεις της βέλτιστης αξιοποίησης των διατιθέμενων καυσίμων τις καλύπτουν τα συστήματα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (ΣΗΘ).
• Τη μείωση των απωλειών κατά τη μεταφορά, διανομή και, κυρίως, κατά την τελική χρήση της ενέργειας, με τη χρήση ενεργειακά αποδοτικών εγκαταστάσεων και εξοπλισμού και φυσικά με την αύξηση της εξοικονόμησης ενέργειας, αποφεύγοντας τη χρήση ενεργοβόρων συσκευών ή λειτουργώντας τις συσκευές όποτε και όσο είναι απαραίτητο (αναμμένα φώτα την ημέρα, ανοιχτός κλιματισμός και ανοιχτά παράθυρα για εξαερισμό, κ.λπ.). Με τον τρόπο αυτό αξιοποιούνται: • οι φυσικά ανανεώσιμοι πόροι (ΑΠΕ: ήλιος, άνεμος, νερά, βιομάζα, γεωθερμία), περιορίζοντας τα εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα, • τα ορυκτά καύσιμα, συμβάλλοντας στην παράταση του χρόνου χρήσης τους, αλλά κυρίως βελτιστοποιώντας το ενεργειακό μίγμα των επιχειρήσεων και της χώρας, που σημαίνει μεγαλύτερη ασφάλεια εφοδιασμού με ενεργειακούς πόρους, και • η διατιθέμενη ενέργεια, μειώνοντας αφ' ενός το κόστος χρήσης της, με συνέπεια την εκλογίκευση της μεταφοράς του κόστους αυτού στα παραγόμενα προϊόντα και υπηρεσίες, και αφ' ετέρου τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την παραγωγή, μεταφορά και αξιοποίησή της.
Ο συνήθης (συμβατικός) τρόπος για την κάλυψη των αναγκών σε ηλεκτρισμό και θερμότητα είναι η αγορά του ηλεκτρισμού από το δίκτυο και η παραγωγή της θερμότητας από την επιτόπου καύση καυσίμου σε έναν λέβητα, έναν φούρνο, κ.λπ. Ωστόσο, μπορεί να επιτευχθεί σημαντική μείωση στην κατανάλωση καυσίμου, εάν χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας (ΣΗΘ). Συμπαραγωγή είναι η ταυτόχρονη παραγωγή οικονομικά εκμεταλλεύσιμης ή αξιοποιήσιμης ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, από την ίδια ενεργειακή πηγή. Τα συστήματα Συμπαραγωγής μπορούν να τροφοδοτηθούν, ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία, με διάφορα καύσιμα: • ορυκτά καύσιμα, όπως φυσικό αέριο και άνθρακας • βιοαέριο, από οργανικά απορρίμματα ή από εγκαταστάσεις βιολογικών καθαρισμών • βιομάζα, όπως αγροτικά και δασικά υπολείμματα ή από ενεργειακές καλλιέργειες Το καύσιμο, όμως, που σήμερα κυριαρχεί, για οικονομικούς αλλά και περιβαλλοντικούς λόγους, είναι το Φυσικό Αέριο. Στις κυψέλες καυσίμου τα καύσιμα δεν καίγονται, αλλά αναμορφώνονται για να παραχθεί ενέργεια, μέσω της συντελούμενης χημικής αντίδρασης. Στην παρούσα εργασία, στο πρώτο κεφάλαιο αναλύονται τα συστήματα συμπαραγωγής που χρησιμοποιούνται ευρέως στις μέρες μας, όπως ατμοστρόβιλοι, αεριοστρόβιλοι, συστήματα συνδυασμένου κύκλου, μηχανές Stirling κλπ. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται ο τρόπος σύνδεσης των συστημάτων συμπαραγωγής με το δίκτυο της χαμηλής και της μέσης τάσης. Ακολουθεί το τρίτο κεφάλαιο στο οποίο αναλύονται οι ιδιότητες του φυσικού αερίου και αναδεικνύεται η σπουδαιότητα της συμπαραγωγής με το φυσικό αέριο. Τέλος στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται εφαρμογές συμπαραγωγής στην Ελλάδα με φυσικό αέριο. Στο κεφάλαιο αυτό καθίσταται αντιληπτή η σπουδαιότητα της χρήσης του φυσικού αερίου.
Περίληψη
By "energy" we usually mean the electricity we consume, the heating of our homes and the movement of our cars, and the secondary production and distribution of products and in general the total production and economic activities of our region, country and planet. It is an undisputed fact that energy is an important factor in the economic development and improvement of living conditions. At the present time, energy is mainly produced by the combustion of fossil fuels worldwide. However, the energy model, which began in the early 20th century and continues to this day, poses two major problems: • Adequacy of supply: global energy demand is constantly increasing, while fossil fuels are rapidly depleting without renewable energy.
• Environmental burden: the use of fossil fuels generates exhaust, leading to a vicious cycle: o development requires energy, o energy creates environmental problems, o the environment is degraded and o problems arise that impede living conditions and inhibit growth. Environmental problems are manifested in the emerging climate change, which has become a major issue of political, scientific, economic and development debate. The cause of climate change is the greenhouse effect that is mainly due to human activity and in particular to the uncontrolled emissions of gases from the production, transport, distribution and use of energy, as most of it comes from fossil fuels. So, since much of the environmental problems comes from the energy sector, the goal is: the production of clean energy, to reduce exhaust emissions from conventional thermal power plants, and • optimizing the use of fuel and energy by reducing losses: This objective is achieved by: • The production of electricity from renewable energy sources (RES), which produces useful (usable) energy without the use of fossil fuels, • Optimal utilization of fuels, using high-efficiency energy production processes, to make the most of the chemical energy contained in fossils or other fuels. The requirements for the optimum utilization of the available fuels are met by the electricity and heat cogeneration (CHP) systems.
• Reduce losses in transportation, distribution and, most importantly, end-use of energy, by using energy-efficient installations and equipment and, of course, by increasing energy savings by avoiding the use of energy-efficient devices or operating the devices whenever and wherever necessary (daytime running lights, open air conditioning and open windows for ventilation, etc.).
This way they can be exploited: • naturally renewable resources (RES: sun, wind, water, biomass, geothermal), limiting imported fossil fuels, • fossil fuels, helping to extend their shelf life, but mainly by optimizing the energy mix of businesses and the country, which means greater security of energy supply, and • the energy available, reducing on the one hand the cost of using it, thereby rationalizing the transfer of these costs to the products and services produced, and subsequently the environmental impact of its production, transport and utilization. The usual (conventional) way to meet electricity and heat needs is to purchase electricity from the grid and generate heat from on-site fuel burning in a boiler, oven, etc. However, a significant reduction in fuel consumption can be achieved if a Cogeneration System (CHP) is used. Cogeneration is the simultaneous production of economically exploitable or exploitable electricity and heat from the same energy source Cogeneration systems can be supplied with different fuels depending on the technology used: • fossil fuels, such as natural gas and coal • biogas, from organic waste or from biological treatment plants • biomass, such as agricultural and forest residues or from energy crops However, the fuel that dominates today, for both economic and environmental reasons, is Natural Gas. In fuel cells the fuel is not burned but reformed to produce energy through the chemical reaction In the present paper, the first chapter discusses the cogeneration systems widely used nowadays, such as steam turbines, gas turbines, combined cycle systems, Stirling machines, etc. In the second chapter we analyze how the cogeneration systems are connected to the low and medium voltage grid. . Is the third chapter that discusses the properties of natural gas and highlights the importance of cogeneration with natural gas. Finally, the fourth chapter presents gas co-generation applications in Greece. This chapter shows the importance of using natural gas.
Αριθμός σελίδων
96Τίτλος Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών
Διαχείριση και Ενεργειακή Βελτιστοποίηση ΣυστημάτωνΓλώσσα
Ελληνικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα
Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα