Μελέτη μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στο οροπέδιο του Δήμου Δομοκού

Ρούμελης, Παναγιώτης

Study of a biomass power plant in the plateau of Domokos municipality

Διπλωματική εργασία

Author

Ρούμελης, Παναγιώτης

Date

2022-03-03

Advisor

Manousakis, Nikolaos

Διπλωματική Εργασία (2.867Mb)

Keywords

Βιομάζα ; Αναερόβια χώνευση ; Βιοαέριο ; Δομοκός ; Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ; Biomass ; Anaerobic digestion ; Biogas ; Domokos ; Renewable energy sources

Abstract

Η ελληνική επικράτεια παρουσιάζει αξιοσημείωτες προοπτικές για την εφαρμογή πρότυπων Κεντρικών Μονάδων Βιοαερίου (centralized biogas plants). Το οροπέδιο του Δήμου Δομοκού αποτελεί εδώ και πολλά χρόνια μία κατεξοχήν γεωργική περιοχή, η οποία γι’ αυτό το λόγο άλλα και λόγω της γεωγραφικής της θέσης ευνοεί την δημιουργία ενός σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα. Συγκεκριμένα, αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στο οροπέδιο του Δήμου Δομοκού. Το βιοαέριο θα προέρχεται από αξιοποίηση των τοπικών ενεργειακών καλλιεργειών και βιομηχανικών υπολειμμάτων των εργοστασίων της περιοχής. Στην παρούσα εργασία αναλύεται η σύσταση του βιοαερίου το οποίο προέρχεται από τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης, τις διαφορετικές προοπτικές εκμετάλλευσής του, τον καθορισμό της ποσότητας των ενεργειακών δεδομένων εισόδου και εξόδου της εγκατάστασης ενώ ταυτόχρονα περιγράφεται η μονάδα αξιοποίησης. Η σκέψη της κατασκευής μίας κεντρικής μονάδας συνδυασμένης χώνευσης στηρίζεται στην παραγωγή του βιοαερίου κάνοντας χρήσης της τεχνολογίας της αναερόβιας χώνευσης (ΑΧ), βασίζοντας επάνω σε ένα μεγάλο φάσμα οργανικών αποβλήτων, τα οποία προέρχονται κατά 80% από απόβλητα κυρίως κτηνοτροφικά και κατά 20% από απόβλητα της αγροτοβιομηχανίας, αλλά και διάφορα άλλα όπως αστικά λύματα και απόβλητα από βιολογικούς καθαρισμούς. Επίσης η κεντρική μας μονάδα πρέπει να γίνει η εγκατάσταση της σε περιοχές με μεγάλο δυναμικό αποβλήτων και απορριμάτων με σκοπό την ελάττωση του μεταφορικού κόστους τους προς την μονάδα. Το βιοαέριο έχει μέρη κατά κύριο λόγο από μεθάνιο (CH4) σε ποσότητα 55-70% και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 30-45% και είναι δυνατό να κάνει τροφοδοσία σε μηχανές εσωτερικής καύσης, (ΜΕΚ), αεριοστρόβιλους ή και καυστήρες αερίου οι οποίοι παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και θερμότητα. Επιπλέον, είναι δυνατό να αξιοποιηθεί και ως καύσιμη ύλη για μεταφορές, έπειτα από τη διεργασία του καθαρισμού του κυρίως από το υδρόθειο και την υγρασία αναβαθμίζοντας έτσι την ποιότητα του. Εν τέλη, το βιοαέριο είναι δυνατό να διοχετευθεί και στο δίκτυο του φυσικού αερίου, όπως επιπλέον να είναι αποδοτικό όταν γίνει χρήση για παραγωγή βιο-υδρογόνου (fuel cell). Επιπρόσθετα, ένας επιπλέον στόχος αυτής της εργασίας είναι η οικονομική, περιβαλλοντική και κοινωνική αξιολόγηση αυτής της κατηγορίας επενδύσεων, που στοχεύει στην παραγωγή βιοαερίου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και θα εξεταστεί έτσι η περίπτωση επιδοτήσεων. Τέλος, μια τέτοια εγκατάσταση παραγωγής βιοαερίου δεν μας δίνει μονάχα την ικανότητα να αξιοποιήσουμε το ενεργειακό δυναμικό του βιοαερίου, αλλά κάνει συμμετοχή ταυτόχρονα και στη συνολική επεξεργασία των αποβλήτων της γεωργοκτηνοτροφικής δραστηριότητας από όπου αυτά προέρχονται με την παραγωγή τους. Επιπλέον η παραγωγή βιοαερίου διαθέτει άμεσα συνδεόμενα μεταξύ τους γεωργικά, περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη, όπως: την εξοικονόμηση χρημάτων, τη μείωση των εισαγωγών καυσίμων, την αύξηση της απασχόλησης στον πρωτογενή τομέα και τις μικρότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου (CO2, CH4, NOx). Η αξιοποίηση της ενέργειας των απορριμμάτων που προέρχονται από τις γεωργοκτηνοτροφικές μονάδες, αλλά και ειδικών βιομηχανικών οργανικών αποβλήτων και των οργανικών δημοτικών στερεών απόβλητων γίνεται εύκολα σε κεντρική μονάδα βιοαερίου με κύρια προϊόντα το βιοαέριο και το οργανικό λίπασμα που αποτελεί μία εύρεση στο πρόβλημα που εμφανίζεται θελκτική για την Ελλάδα.

Abstract

In Greece appear significant prospects for the development of model Centralized Biogas Plants. The plateau of Domokos municipality has been for many years a principally agrarian area which, for this reason and also for its geographical location, favors the building of a biomass power plant. Specifically, the goal of this particular diploma thesis is the study of a biomass power plant in Domokos municipality. The biogas will come from the exploitation of the local power plants and industrial residues of the area’s factories. The diploma thesis analyzes the composition of biogas, which will come from the anaerobic digestion, the different possibilities of its exploitation and the determination of the amount of input and output of energy data of the settlement, while at the same time it describes the unit of exploitation. The idea of the central unit combined digestion is based on the production of biogas through the process of anaerobic digestion, by using a wide range of organic waste, which is composed of 80% livestock waste and of 20% agro-industrial waste, municipal organic waste and waste water of biological treatment. The central unit is settled in areas with a high potential of waste in order to reduce the cost of their transportation. The biogas mainly consists of methane (CH4) 55-70% and carbon dioxide (CO2) 30-45% and it can fuel internal combustion engines, gas burners or gas turbines for the production of electric energy and heat. Furthermore, it can be used as transportation fuel after the process of treatment and its upgrading. Finally, the biogas is funneled into the gas network and it can also be used for the production of fuel cell. Additionally, another goal of this diploma thesis is the economic, social and environmental assessment of this category of investment, which aims at the production of biogas for electricity generation, so that the case of subsidization will be taken into consideration. Last but not least, the establishment of an industry of biogas plant does not only offer the possibility of exploiting the energy potential of biogas, but also contributes to the entire treatment of the waste of the agrarian-livestock activity from which are produced. The production of biogas has interdependent financial, environmental and agricultural benefits like the decrease of import of fuel, less emission of greenhouse gas (CO2, CH4, NOx), money saving and increase in the employment on the primary sector. The exploitation of the waste’s energy of the agrarian-livestock plants and special industrial organic waste and of the organic municipal solid waste can be done in a central biogas plant with biogas and mulch as main products, a solution that seems appealing in Greece.