Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης ... · 2017-01-27 ·...

Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης και παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ στην Ίο

Γιώργος Κάραλης, Δρ Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ Μάνος Ζούλιας, Δρ Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ

1/27Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης και παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ ΗΜΕΡΙΔΑ: ΕΝΕΡΓΕΙΑ- ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ – ΑΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ, ΚΕΔΚΕ, 18 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2008

Γενικά (χαρακτηριστικά και ανάγκες νησιών)

Γιατί στην Ίο;

Περιγραφή συστήματος Αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση

Περιγραφή συστήματος Αιολικής ενέργειας –Αφαλάτωσης – Παραγωγής Υδρογόνου και χρήσης σε οχήματα με κυψέλες καυσίμου

Διαστασιολόγηση – Κοστολόγηση

Αναμενόμενα οφέλη

Διαπιστώσεις - Συμπεράσματα

Δομή Παρουσίασης


Τα μη διασυνδεδεμένα ηλεκτρικά συστήματα των ελληνικών νησιών χαρακτηρίζονται από:

Υψηλό κόστος παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειαςΕξάρτηση από το πετρέλαιοΧαμηλό συντελεστή φορτίου

Έλλειψη νερού - Υψηλό κόστος νερού (υδροφόρες, λιμνοδεξαμενές)

Χαρακτηριστικά ζήτησης: Ηλεκτρικής ενέργειας (Έντονες διακυμάνσεις εντός των 24 ωρών, και

έντονες εποχιακές διακυμάνσεις)

Νερού (αύξηση τους καλοκαιρινούς μήνες)

Γενικά (1/4)


Οι μεταφορές αποτελούν τον κύριο λόγο αύξησης της ενεργειακής ζήτησης μέχρι το 2020 στην Ευρώπη.

Νέοι δεσμευτικοί στόχοι Ευρωπαϊκής Ένωσης (18% της κατανάλωσης ενέργειας από ΑΠΕ το 2020)

Ανάγκη επιτάχυνσης δράσεων σε Ηλεκτρισμό, Θερμότητα και Μεταφορές

Ραγδαία αύξηση τιμής πετρελαίου

Γενικά (2/4)

7396.6492007

97110882008

6578.5552006

5468432005

Μέση τιμήΜέγιστη τιμήΕλάχιστη τιμή$/b


Για τα μη Διασυνδεδεμένα νησιά ισχύουν περιορισμοί της διείσδυσης αιολικής ισχύος:

30% της αιχμής του προηγούμενου έτους (ΥΑ 8295/95)Μεθοδολογία ΡΑΕ (2003) και προκήρυξη νέου περιθωρίου ισχύοςΑιτήσεις από μεγάλες εταιρίες για αιολικά πάρκα μεγάλης κλίμακας

και διασύνδεση νησιώνΜελέτες διασύνδεσης (ΡΑΕ, ΕΜΠ)Σε περίπτωση διασύνδεσης, επιτρεπόμενη αιολική ισχύς ίση ή το

πολύ διπλάσια με την αιχμή (ανακοίνωση ΡΑΕ)Σχέδιο Ειδικού χωροταξικού πλαισίου για τις ΑΠΕ, ορίζει μέγιστη

πυκνότητα «τυπικών» ανεμογεννητριών ανά km2

Νέα νομοθεσία για υβριδικά συστήματα

Γενικά (3/4)


Μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς φωτοβολταϊκών σταθμών(Απόφαση της ΡΑΕ 85/2007):

15% του μέσου ετήσιου φορτίου σε νησιά όπου έχει ήδη αδειοδοτηθεί σημαντική ισχύς αιολικών πάρκων

35% του μέσου ετήσιου φορτίου σε νησιά όπου δεν έχουν αδειοδοτηθεί αιολικά πάρκα Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Ανάπτυξης Φωτοβολταϊκών

του Υπουργείου Ανάπτυξης: 700MW (500MW στην κυρίως Ελλάδα και 200MW στα μη διασυνδεδεμένα νησιά). Σύμφωνα με τη ΡΑΕ οι δυνατότητες ανάπτυξης

φωτοβολταϊκών σταθμών προσδιορίζονται σε 100,95 MWp(96/2007), για το σύνολο των μη διασυνδεδεμένων νησιών.

Γενικά (4/4)


Κυκλάδες

Ναξο ς

Θηρασια Θηρα Αναφη

Αμοργος

Μυκονος

Σχο ινουσα

Ηρακλεια

Κουφονησ ια

Ιο ς

Φολεγανδρος

Σικινος

Κιμωλος

ΔονουσαΠαρος

Αντιπ αρο ς

Σιφνο ς

Σεριφος

Κυθνο ς

Κεα

Ανδρο ς

Τηνος

Συρος

Μηλος

Ελινα82.000

Μόνιμοι ΚάτοικοιΑριθμός Κλινών

Πληθυσμιακή Πυκνότητα(Κάτοικοι/km²)

60 - 19530 - 6015 - 30

0 - 15

Γεωγραφική ασυνέχειαΑνισόμετρη ανάπτυξη

ΓεωγραφικήΤομεακή

Πυκνότητα πληθυσμούΜόνιμοι κάτοικοι / αριθμός

κλινώνΕτερογένεια στη χωρική

κατανομή και διάρθρωση (Διοικητικών υπηρεσιών, Κοινωνικών υπηρεσιών, Υπηρεσιών εκπαίδευσης)


Κυκλάδες: Υδατικοί Πόροι-Προβλήματα

• Υδατοστεγείς γεωλογικοί σχηματισμοί– δεν επιτρέπουν τη διαμόρφωση υπόγειων υδροφορέων ικανοποιητικής απόδοσης

• Μικρή έκταση και έντονο ανάγλυφο– δεν επιτρέπουν τον εμπλουτισμό των υπόγειων υδροφορέων

• Χαμηλό ετήσιο ύψος βροχής– περιορίζει επιφανειακή απορροή και κατείσδυση

• Εποχιακή αύξηση πληθυσμού τη θερινή περίοδο– Μόνιμος πληθυσμός περίπου 95000 κάτοικοι– Αύξηση το καλοκαίρι 5-7 φορές

• Στο ελάχιστο σημείο υδρολογικού δυναμικού• Μεγάλη τουριστική ανάπτυξη των ακτών

– Υπερεκμετάλλευση των παράκτιων υδροφορέων (υφαλμύρωση)

Συνεπώς: Ανάγκη ολοκληρωμένων λύσεων για τα νησιά στο τρίπτυχο ηλεκτρισμός / νερό / μεταφορές.


Σημασία συμμετοχής της τοπικής αυτοδιοίκησης

θετική αντίδραση τοπικής κοινωνίας (παράδειγμα Κρήτης)

Υπό σχεδίαση έργο Αιολικής Ενέργειας με Αντλησιοταμίευση Υφιστάμενη δεξαμενή (ύδρευση και άρδευση)

Τοπικό ηλεκτρικό σύστημα νησιών / ανάγκη αποκέντρωσης παραγωγήςηλεκτρικής ενέργειας

Ανάγκη εξασφάλισης νερού



Σύστημα Παρο-Ναξίας (αιχμή: 62MW, Ετήσια ζήτηση: 203GWh)


0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Transpo-rtations42%

Agriculture8,9%

Industry10,2%

Tertiary sector10,3%

Domestic sector28,5%


Σύστημα αιολικής ενέργειας με αντλησιοταμίευση


Σχεδιασμός έργου: Διπλή σωλήνωσηθεώρηση του στροβίλου ως στρεφόμενη εφεδρεία για αύξηση της

στιγμιαία επιτρεπόμενη διείσδυση των αιολικώνΚάλυψη σχετικών-ημερήσιων αιχμών (σταθερή ημερήσια παραγωγή,

κατανομή σύμφωνα με τις ανάγκες)Διαστασιολόγηση: Στρόβιλος – Αιολικά: 8-8MWΆνω δεξαμενή: 120.000m3 - Κάτω δεξαμενή (υφιστάμενη): 260.000m3

Αντλίες: 6,5MW (~10 αντλίες)Συνεισφορά το 2010: 10%

3%+7%Εγγυημένη ισχύς 8MW (7% αιχμής)




8.35Αιολική Ενέργεια που δεν χρησιμοποιείται14.6Παραγωγή Στροβίλου5.28Ενέργεια από το δίκτυο που χρησιμοποιείται για άντληση

15.45

Αιολική ενέργεια απορριπτόμενη (εντός υβριδικού) πουχρησιμοποιείται για άντληση βάση της δυναμικότητας τουαντλιοστασίου και της χωρητικότητας της άνω δεξαμενής

23.80Αιολική Ενέργεια (εντός υβριδικού) απορριπτόμενη από το

δίκτυο

4.67Αιολική Ενέργεια (εντός υβριδικού) απορροφούμενη από το

δίκτυο

28.47Δυνάμενη να παραχθεί αιολική ενέργεια (εντός υβριδικού)GWh/y



Ενεργειακή χρήση νερού είναι δευτερεύουσα σε σύγκριση με ύδρευση και άρδευσηΠροκύπτει η ανάγκη εξασφάλισης του νερού για όλες τις χρήσεις


Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης και παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ στην Ίο

Σκοπός έργου: Παραγωγή νερού που θα χρησιμοποιείται για ύδρευση και άρδευση και Παραγωγή Υδρογόνου που θα χρησιμοποιείται για την κίνηση επιδεικτικών οχημάτων.

Σχεδιασμός έργου - Διαστασιολόγηση:Ανεμογεννήτρια: 400kW - εκτός δικτύουΑφαλάτωση: 4x60kW – 1400m3/dΜονάδα παραγωγής Υδρογόνου (ηλεκτρόλυση): ~11kW, με ικανότητα παραγωγής 2Nm3/hr Η2, καθαρότητας 99,999% σε πίεση 15 ή 20 bar.Επιδεικτικά οχήματα που λειτουργούν με Υδρογόνο (π.χ:

scooter, μικρό επιχειρησιακό όχημα - σκουπιδιάρικο, μικρό διθέσιο όχημα – smart, πλεούμενο).


Διάταξη συστήματος

Ανεμογεννήτρια

Αφαλάτωση

Ηλεκτρόλυση

Νερό για ύδρευση, άρδευση και

αντλησιοταμίευση

Δεξαμενή Αποθήκευσης Υδρογόνου

Επιδεικτικά δημοτικά οχήματα με Υδρογόνο


Ανεμογεννήτρια

Ανεμογεννήτρια: 400kW - εκτός δικτύουΜεταβλητών στροφών και βήματος, προσαρμογή παραγωγής ισχύος στην κατανάλωση (μονάδες αφαλάτωσης και ηλεκτρόλυση)Enercon stand alone systemΑνεμολογικά δεδομένα: 8,5m/s, CF=41%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000


Αφαλάτωση

Αφαλάτωση 240kW(4x60)– 1400m3/dΟνομαστική ικανότητα μονάδας 350m3/d ή 14,6m3/h

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

41,12820450,73480364,244002

240Σύνολο83,957501

Παραγωγή νερού (1000 m3)

Ώρες λειτουργίας ετησίως

A/A μονάδας


Αφαλάτωση (2η περίπτωση)

2404 μονάδες σταθερού σημείου λειτουργίας

2753 μονάδες σταθερού και 1 μονάδα μεταβλητού σημείου

λειτουργίας +35Σχετικό Όφελος

Παραγωγή νερού (1000 m3)


Αποτίμηση μονάδας ανεμογεννήτριας με αφαλάτωση

Δυνάμενη να παραχθεί αιολική ισχύς: 1424MWhΚατανάλωση αιολικής ισχύος από τις μονάδες αφαλάτωσης:987–1137MWhΠαραγωγή νερού: 240 - 275 (1000m3)

Χωρητικότητα κάτω δεξαμενής: 230 (1000m3)

Εκτίμηση αναγκών νερού: 220lt/ημέρα/άτομο2000 μόν. Κάτοικοι +4000 επισκέπτες (2 μήνες): 160+53=213 (1000m3)

+ ανάγκες άρδευσης

Συνεπώς:Καλή διαστασιολόγηση αφαλάτωση, Κάλυψη των αναγκών νερούΚαλή εκμετάλλευση αιολικής ισχύος (69% - 79%) και Καλή εκμετάλλευση εγκατεστημένων μονάδων αφαλάτωσης (47% - 54%)


Ηλεκτρόλυση – Αποθήκευση - Οχήματα

Συσκευή ηλεκτρόλυσης τύπου PEM, 11kW - 2Nm3/hr Η2, καθαρότητας 99,999% σε πίεση 15 ή 20 bar, που μπορεί να λειτουργήσει στο 20%-110% της ονομαστικής της ισχύος με αντίστοιχο βαθμό απόδοσης. Για τη λειτουργία της και την παραγωγή 1Nm3 Η2 απαιτείται η παροχή απιονισμένου νερού 1lt, μέσω κατάλληλης συσκευής απιονισμού. Για την αποθήκευση του Η2 απαιτούνται δύο δεξαμενές με συνολικό όγκο 8m3, και συνολική χωρητικότητα 200Nm3 Η2. Επιδεικτικά οχήματα (Δύο scooter ~0.5 kW, μικρό επιχειρησιακό όχημα ευέλικτο για τα στενά σοκάκια της Ίου κατάλληλο για την αποκομιδή των σκουπιδιών ~2kW, μικρό διθέσιο επιβατικό όχημα ~1 kW). Τα μικρο-οχήματα θα κινούνται με κυψέλες καυσίμου τύπου ΡΕΜ, θα διαθέτουν δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου τύπου μεταλλοϋδριδίων, κατάλληλα προδιαγεγραμμένων ώστε να πληρώνονται σε χαμηλή πίεση απευθείας από την δεξαμενή δίχως την απαίτηση συμπιεστή.


Η μονάδα ηλεκτρόλυσης λειτουργεί: ~8760 ή 2800ώρες στο ονομαστικό φορτίο Παράγει ~17000 ή 5600Νm3 H2 (Δεξαμενή 200Νm3 H2),Και εξασφαλίζει στα οχήματα (4kW) κίνηση για 3 - 9ώρες ημερήσιας λειτουργίας για όλο το έτος. Βαθμός εκμετάλλευσης μονάδας ηλεκτρόλυσης: 100%-32%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Ηλεκτρόλυση – Αποθήκευση - Οχήματα


Προ-κοστολόγηση έργου

2.618.000€Σύνολο

30.000 €30.000€45.000 €

7. Οχήματα: - Δύο δίκυκλα οχήματα (scooter)- Ένα επιβατικό διθέσιο όχημα- Μικρό επιχειρησιακό όχημα

35.000€6. Σωληνώσεις, έργα πολιτικού μηχανικού, εξοπλισμόςασφαλείας και ελέγχου της μονάδας ηλεκτρόλυσης καιαποθήκευσης υδρογόνου

12.000€5. Δύο δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου χαμηλής πίεσης, συνολικής χωρητικότητας 200Nm3 Η2.

6.000€4. Συσκευή απιονισμού νερού200.000 €3. Συσκευή ηλεκτρόλυσης 11kW

1.260.000€2. Αφαλάτωση (4*60kW)1.000.000€1. Ανεμογεννήτρια 400kW

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ (περιλαμβάνεται καικόστος εγκατάστασης)


Προ-κοστολόγηση έργου

Συνολικός προϋπολογισμός έργου: 2.618.000€Οχήματα

4%

Αφαλάτωση48%

Ανεμογεννήτρια38%

Hλεκτρόλυση10%


Πρωτοποριακό έργο σε Ευρωπαϊκό επίπεδο

Τεχνογνωσία στη χρήση υδρογόνου ως ενεργειακού φορέα στον τομέα των μεταφορών

Συμμετοχή τοπικής αυτοδιοίκησης

Ευαισθητοποίηση κοινού μέσω συστήματος πληροφόρησης για την παραγωγή του αιολικού πάρκου, την παραγωγή νερού, και την παραγωγή υδρογόνου.

Ανάδειξη της Ίου: Νησί που καλύπτει πλήρως τις υδατικές του ανάγκες με νερό που έχει αφαλατωθεί με χρήση αιολικής ενέργειας

Νησί με δημοτικά οχήματα Υδρογόνου

Ανάπτυξη ενεργειακού τουρισμού

Οφέλη από το πρόγραμμα


ΚΑΠΕ: Πιλοτική μονάδα ανεμογεννήτριας – υδρογόνου


ΕΜΠ – Enercon: Μονάδα αφαλάτωσης με ανεμογεννήτρια στη Σύρο (1997)

Ευχαριστώ για την προσοχή σας!

Πληροφορίες – Επικοινωνία

[email protected]

Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης ... · 2017-01-27 ·...

Documents

Transcript of Πιλοτικό πρόγραμμα με μονάδα αφαλάτωσης ... · 2017-01-27 ·...