Δρ. Βλαχογιάννης Μιχάλης Καθηγητής ΤΕΙ Λάρισας, Τμήμα Μηχανολογίας.

Παρουσίαση με θέμα: "Δρ. Βλαχογιάννης Μιχάλης Καθηγητής ΤΕΙ Λάρισας, Τμήμα Μηχανολογίας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Δρ. Βλαχογιάννης Μιχάλης Καθηγητής ΤΕΙ Λάρισας, Τμήμα Μηχανολογίας

2 2/75 Τα κτήρια (οικίες, εμπορικά και βιομηχανικά) καταναλώνουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας και είναι υπεύθυνες για σημαντικό ποσοστό εκπομπών CO 2 (στις ΗΠΑ το 43%). Κτίρια (35%) Μεταφορές + γεωργία (45%) Βιομηχανία (20%) Κατανομή της τελικής ενέργειας στην χώρα μας το 2008 ανά τομέα δραστηριότητας (σύνολο 21,45 Mtoe). Πηγή: Eurostat, December 2008

3 3/75 «Έξυπνα Κτίρια» Πηγή: http://www.esv.or.at

4 4/75

5 5/75 Ηλιακή Ενέργεια Άμεση ή έμμεση εκμετάλλευση της ηλιακής ακτινοβολίας. Θέρμανση αλλά και ψύξη, ζεστό νερό και ηλεκτρική ενέργεια. Βιομάζα Αξιοποίηση δασικών προϊόντων (πελέτες), γεωργικών ή κτηνοτροφικών υπολειμμάτων, αστικών λυμάτων κτλ. Αιολική Ενέργεια Αξιοποίηση του ανέμου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Γεωθερμική Ενέργεια και Συστήματα Γεωθερμικών Αντλιών Θερμότητας ΑΠΕ και Κτίρια

6 6/75

7 7/75 1. Παθητικά συστήματα θέρμανσης – δροσισμού 2. Μετατροπή σε θερμότητα Ηλιακή θερμική τεχνολογία – παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Ηλιακοί συλλέκτες: Μη συγκεντρωτικοί (επίπεδοι συλλέκτες- θερμοσίφωνα, ηλιακή λίμνη), Συγκεντρωτικοί (παραβολικοί, οδηγούμενα συστήματα κτλ.) 3. Φωτοβολταϊκά συστήματα Κυριότερες τεχνολογίες για την αξιοποίηση της Η.Ε. στα κτίρια

8 8/75 Summer Sun Winter Sun South Heat-absorbing material Το κτίριο θερμαίνεται το χειμώνα και μένει δροσερό το καλοκαίρι Roof overhang Παθητικά Ηλιακά Συστήματα

9 9/75 Σκοπός των συστημάτων αυτών είναι η μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης στον κτιριακό τομέα σε ότι αφορά θέρμανση, ψύξη και φωτισμό. Χρησιμοποιούν το ίδιο το κτίριο (υλικά, σχεδιασμός) σε συνδυασμό με την ηλιακή ενέργεια ως σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας. Ορισμένες αρχές των παθητικών ηλιακών συστημάτων ήταν γνωστές από την αρχαιότητα στους περισσότερους λαούς και χρησιμοποιούνταν για αιώνες Αναπαράσταση σπιτιού στην Αρχαία Ελλάδα. Άμεση θέρμανση: η πιο κοινή μέθοδος. Παθητικά Ηλιακά Συστήματα

10 10/75 Δημιουργία θερμοκηπίου σε πλευρά του σπιτιού. Η θερμότητα αποθηκεύεται στη μάζα του τοίχου. Ο τοίχος του Trombe (Ν. Γαλλία, ’50). Το θερμοκήπιο αντικαθίσταται από χώρο αέρα πίσω από ένα θερμοσυσσωρευόμενο τοίχο. Παθητικά Ηλιακά Συστήματα

11 11/75 Παθητικά Ηλιακά Συστήματα Μπορεί να εφαρμοστούν παντού, για νέες κατασκευές δεν απαιτείται μεγαλύτερο κόστος, μηδαμινό κόστος συντήρησης και λειτουργίας.

12 12/75 Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα (και ακολούθως σε χρήσιμο έργο) με τη βοήθεια διαφόρων τύπων συλλεκτών. Η παραγόμενη θερμότητα αξιοποιείται για: Παραγωγή θερμού νερού Θέρμανση χώρων – τηλεθέρμανση, θέρμανση κολυμβητηρίων Χρήση στη χημική βιομηχανία (Θέρμανση νερού διεργασιών) Χρήση σε αγροτικές διεργασίες (π.χ. ξήρανση δημητριακών) Αφαλάτωση νερού Μαγείρεμα Παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος Θερμικά Ηλιακά Συστήματα Το σύστημα του συλλέκτη αποτελείται από το τμήμα εστίασης και το δέκτη.

13 Οι ποσότητες του θερμαινόμενου νερού είναι σταθερές όλο το χρόνο (ή περισσότερες κατά το καλοκαίρι). Υψηλό κόστος εναλλακτικής θέρμανσης σε περίπτωση προβλήματος (ηλεκτρισμός, υγραέριο κτλ.). Ικανοποιητική επιφάνεια συλλεκτών [0,025 m 2 /(L·d)]. Οι ηλιόλουστες περιοχές βοηθούν, αλλά αυτό δεν αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση. Πιθανές εφαρμογές Σύνολο κατοικιών Σχολεία Ξενοδοχεία Βιομηχανίες/βιοτεχνίες και υπηρεσίες τροφίμων Άλλα δημόσια κτίρια

14 14/75 Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας 25% της οικιακής κατανάλωσης ενέργειας: θερμό νερό αξιοποιεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου το νερό μπορεί να ξεπεράσει τους 80 o C Ένα τυπικό ηλιακό σύστημα θέρμανσης νερού αποτελείται από:  επίπεδη απορροφητική μεταλλική πλάκα (absorber plate) που περιέχει σειρά αγωγών (συνήθως από χαλκό)  Η μεταλλική πλάκα περιέχεται μέσα σε ένα αεροστεγές και αδιάβροχο πλαίσιο, καλυμμένο από τη μια μεριά συνήθως από γυαλί ή από διάφανο ανθεκτικό πλαστικό.  Η απορροφητική επιφάνεια είναι μαύρη και ματ για να απορροφά την μεγαλύτερη δυνατό ποσοστό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Η βασική αρχή του ηλιακού θερμοσίφωνα

15 15/75 Σχηματικό διάγραμμα ηλιακού θερμοσίφωνα. Σχήματα τοποθέτησης των σωληνώσεων στον συλλέκτη. Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας

16 16/75 Τύποι ηλιακών συλλεκτών και καταλληλότητα σε διάφορες θερμοκρασίες. Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας

17 17/75 Συλλέκτες κενού: διαφέρουν από τους επίπεδους στον τρόπο απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας και αποδίδουν θερμοκρασίες νερού 100-130°C. Αποτελείται από πολλούς γυάλινους σωλήνες, κάθε ένας από τους οποίους περιέχει μια μαύρη μεταλλική ή άλλη απορροφητική επιφάνεια, από τους οποίους περνάει το μέσο μεταφοράς θερμότητας. Στον γυάλινο σωλήνα δημιουργείται κενό αέρος. Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας

18 18/75

19 19/75 Απορροφητικές πλάκες: θα πρέπει να απορροφούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και να εκπέμπουν ελάχιστη υπέρυθρη ακτινοβολία. Μέθοδοι κάλυψης της επιφάνειας: χημικοί (σπρέι), γαλβανιζέ (μαύρο χρώμιο), εναπόθεση με εξάτμιση, οξείδια. Τομή συλλέκτη. Μόνωση στη κάτω πλευρά του συλλέκτη. Δοχεία αποθήκευσης: (1) κλειστά ψηλότερα από το συλλέκτη –θερμοσίφωνας, (2) επίπεδο μέσα στα κεραμίδια, (3) χαμηλότερα από τον συλλέκτη, κυκλοφορία με αντλία. Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας

20 20/75 ΗΛΙΑΚΑ ΚΕΡΑΜΙΔΙΑ Ηλιακός συλλέκτης - θερμοσίφωνας

21 21/75 Καμπύλες απόδοσης συλλεκτών

22 Απόδοση = Συλλεχθείσα ενέργεια / Προσπίπτουσα ηλιακή [Συλλεχθείσα ενέργεια] = =[Κέρδος] – [θερμικές απώλειες] Απόδοση I= προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία (W/m 2 ) t= διαπερατότητα (transmissivity) του γυαλιού κάλυψης a= απορροφητικότητα (absorptivity) της πλάκας απορρόφησης A c = επιφάνεια συλλέκτη (m 2 ) Q useful = χρήσιμη θερμική ισχύς από το συλλέκτη (W) U c = συντ. θερμικών απωλειών του συλλέκτη (W/Κ) T s = θερμ. νερού αποθήκευσης (C) T amb = εξωτερική θερμοκρασία (C) Απόδοση συλλεκτών Τι θέλουμε εμείς;

23 23/75 Το ποιος είναι κατάλληλος συλλέκτης εξαρτάται από τη θερμοκρασία...

24 24/75 Εγκατεστημένη επιφάνεια συλλεκτών Επιφάνεια συλλεκτών και εγκατεστημένη ισχύς ανά 1000 κατοίκους στις χώρες της Ε.Ε. (Πηγή: European Solar Thermal Industry Federation, www.estif.org, 2008)

25 25/75 Τέλος 2007 Συνολική εγκατεστημένη θερμική ισχύς (2007), ΜWth Εγκατεστημένη θερμική ισχύς το 2007, ΜWth

26 26/75 Τάσεις και στόχοι της ΕΕ σε σχέση με τους ηλιακούς συλλέκτες

27 27/75 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ (Φ.Σ.)

28 28/75  Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία (ή κυψελίδες – solar / photovoltaic cells) μετατρέπουν απευθείας την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. (Alessandro Volta 1745-1827) Αν και πρακτικά διαθέσιμα από τα μέσα του 1950 (εφαρμογή σε δορυφόρους), η διερεύνηση του φωτοβολταϊκού φαινομένου ξεκίνησε το 1839, όταν ο Γάλλος επιστήμονας Εdmond Becquerel ανακάλυψε ότι μπορεί να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα όταν φώτιζε τις πλάκες από άργυρο σε μία υγρή μπαταρία. Εισαγωγή Οι Gerald Pearson, Daryl Chapin, και Calvin Fuller, οι εφευρέτες της κυψελίδας πυριτίου (με αποδ. 6%) το 1953 στα Bell Labs

29 29/75 H φασματική κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας που αντιστοιχεί για Μάζα Αέρα 0 (όταν η ακτινοβολία πέφτει κάθετα έξω από την ατμόσφαιρα) και 1,5 (όταν η ακτινοβολία πέφτει με γωνία 48 στην επιφάνεια της γης). Παρουσιάζεται επίσης το φάσμα της ακτινοβολίας από τον ήλιο. Εισαγωγή

30 30/75 Τα ΦΒ συστήματα : Είναι ευέλικτα, μπορεί να καλύπτουν τόσο μικρές (π.χ. ενέργεια για ένα φορητό υπολογιστή), όσο και μεγάλες ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια (ένα ολόκληρο χωριό). Χρησιμοποιήθηκαν και χρησιμοποιούνται εκεί όπου ήταν αδύνατη ή αντιοικονομική η χρήση συμβατικής ενέργειας, όπως στους δορυφόρους, σε φάρους, για άντληση νερού σε απομακρυσμένες περιοχές κλπ. Σήμερα το κόστος εγκατάστασης φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι σχετικά ακριβό και ανέρχεται περίπου σε 4-8 € ανά W, ενώ για να γίνει ανταγωνιστική η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας το κόστος αυτό θα πρέπει να πέσει κάτω από 2 € ανά W. (Χοντρικά η kWh κοστίζει ~ 0,30 €.). Σε ορισμένες εφαρμογές τα ΦΣ η φθηνότερη μορφή ηλεκτρισμού! Πρόβλημα (όπως και με άλλες εναλλακτικές πηγές ενέργειας) η αποθήκευση της ενέργειας και η χρησιμοποίηση της σε ώρες που δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία. Εισαγωγή

31 31/75 Ημιαγωγοί και η δίοδος p-n  PV: σύνδεση δύο λεπτών στιβάδων ημιαγωγών, ενός τύπου-p και ενός τύπου-n  Ημιαγωγοί: υλικά με ενδιάμεση ηλεκτρική αγωγιμότητα (μεταξύ αγωγών και μονωτών) Απεικόνιση του μορίου του πυριτίου, Si (αριστερά και β) και του αρσενικούχου γαλλίου GaAs (γ). Στο Si: όλα τα άτομα ίδια, ενώ στο GaAs: τα άτομα διαφορετικά. Απλοποιημένη απεικόνιση του πλέγματος του Si, με τα ηλεκτρόνια σθένους εντοπισμένα στους δεσμούς Si: όλα τα άτομα ίδια GaAs: άτομα διαφορετικά

32 32/75 Επίδραση της θερμικής διέγερσης στο Si. Σχηματισμός Si τύπου n με προσμίξεις από άτομα – δότες ηλεκτρονίων (πεντασθενής As). [D=donor] Σχηματισμός Si τύπου p με προσμίξεις από άτομα – αποδέκτες ηλεκτρονίων (τρισθενής Β). [Α=acceptor] Ημιαγωγοί και η δίοδος p-n

33 33/75 (α) Οι ενεργειακές ζώνες ενός κανονικού ημιαγωγού. (β) Ένα ηλεκτρόνιο «προωθείται» στην ζώνη αγωγής όταν απορροφάει φως ή θερμότητα, αφήνοντας πίσω μία «οπή». (γ) Όταν ημιαγωγοί τύπου n και τύπου p έρχονται σε επαφή, οι ενεργειακές τους ζώνες συνδυάζονται και δίνουν μια νέα κατανομή. (δ) Στη σύνδεση p-n τα φωτόνια διεγείρουν ηλεκτρόνια από τη στιβάδα σθένους στη ζώνη αγωγής. Τα ηλεκτρόνια «γλυστράνε» προς τον n ημιαγωγό και οι οπές «αιωρούνται» προς τον p ημιαγωγό. Ημιαγωγοί και η δίοδος p-n

34 34/75 Πως λειτουργεί: Φωτοβολταϊκό φαινόμενο:  Το φως συνίσταται από φωτόνια ή σωματίδια ηλιακής ενέργειας  Όταν προσπίπτουν σε ένα κελί PV, μπορούν να ανακλαστούν, απορροφηθούν ή να διαπεράσουν το κελί.  Μόνο τα απορροφημένα φωτόνια παράγουν ηλεκτρισμό.  Όταν συμβαίνει αυτό η ενέργεια του φωτονίου μεταφέρεται σε ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου του στοιχείου.  Το ηλεκτρόνιο μπορεί να αποδράσει από τη θέση του δημιουργώντας μια «οπή».

35 35/75 Το Φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε ένα ηλιακό στοιχείο. Το φωτοβολταϊκό στοιχείο αποτελείται ουσιαστικά από δύο ή περισσότερες στιβάδες ημιαγωγών. Όταν πέσουν πάνω στο στοιχείο φωτόνια δημιουργούνται ιοντικά ζεύγη (ηλεκτρόνια και οπές). Αυτά τα φορτία κινούνται μέσα στο πλέγμα των ημιαγωγών και όταν περάσουν από τον έναν ημιαγωγό στον άλλον δημιουργούν ένα δυναμικό. Η ποσότητα της ισχύος που διατίθεται από μια ΦΒ καθορίζεται από: Τον τύπο και την επιφάνεια του υλικού Την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (η ενέργεια ανάλογη της συχνότητας) Πως λειτουργεί:

36 36/75 Δίσκοι από ενιαίο κρύσταλλο πυριτίου Τα ΦΣ πυριτίου που χρησιμοποιούνται: 1)Δίσκοι από ενιαίο κρύσταλλο πυριτίου (Single Crystal solar cells), ~ 1/3 - 1/2 mm πάχος, παράγονται από ένα κύλινδρο Si που δημιουργείται με κρυστάλλωση στους 1400°C. Ακριβή και αργή μέθοδος (μέθοδος Czochralski). Απόδοση >25%. Υλικά Φωτοβολταϊκών Στοιχείων

37 37/75 Δίσκοι από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο 2)Δίσκοι από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο (Polycrystalline wafers) παράγονται από ένα κύλινδρο Si που δημιουργείται με χύτευση. Φθηνότερη διαδικασία από την προηγούμενη, αλλά όχι καλή απόδοση (στο εργαστήριο μέχρι 20%, αλλά πρακτικά 10%). Πολύ υλικό χάνεται κατά το κόψιμο στις δύο παραπάνω μεθόδους. Υλικά Φωτοβολταϊκών Στοιχείων

38 38/75 3)Το άμορφο πυρίτιο (Amorphous silicon, τεχνολογία λεπτής στιβάδας) δημιουργείται από την εναπόθεση Si σε υποστρώματα γυαλιού (ή ακόμη και πλαστικού) από ένα αντιδρών αέριο, όπως το σιλάνιο (SiH 4 ). Η πρώτη σε εφαρμογή τεχνολογία. Απόδοση ~10% Άλλες τεχνολογίες λεπτής στιβάδας: CdTe/CdS, GaAs, CuInSe 2 Σημαντικά πλεονεκτήματα Υλικά Φωτοβολταϊκών Στοιχείων

39 39/75 Ένα τυπικό στοιχείο πυριτίου 100 cm 2 δημιουργεί περίπου 1,5 W ισχύ σε δυναμικό ανοικτού κυκλώματος περίπου 0,5 V DC και 3 Α σε καλοκαιρινή ακτινοβολία (1000 Wm -2 ). Η ένταση του ρεύματος εξαρτάται από - την απόδοση του στοιχείου, - την επιφάνειά του και - την ηλιακή ακτινοβολία (σχεδόν αναλογικά). Βελτίωση του συστήματος με οδηγούμενο σύστημα. Διάγραμμα που δείχνει το ρεύμα και το δυναμικό από ένα ΦΒ στοιχείο. Υλικά Φωτοβολταϊκών Στοιχείων

40 40/75 Συνηθέστερη εφαρμογή των ΦΒ: η κατασκευή αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων (Φ.Σ.) Το βασικό τμήμα ενός Φ.Σ. είναι η φωτοβολταϊκή γεννήτρια (αποτελούμενη από τα στοιχεία). Το σύστημα περιλαμβάνει επίσης συσσωρευτές, διατάξεις για τη ρύθμιση και τη μετατροπή της τάσης και συχνά μια βοηθητική γεννήτρια. Εφαρμογές

41 41/75 Κυψελίδα Πλαίσιο Πανέλο Εφαρμογές

42 42/75 (a) ΦΒ πανέλο (αποτελούμενο από 10-50 ΦΒ πλαίσια) (b) Ρυθμιστής τάσης (c) σύστημα αποθήκευσης με μπαταρίες (d) αναστροφέας από DC σε AC (π.χ. 240 V AC) (e) Βοηθητική γεννήτρια Εφαρμογές

43 43/75 Εφαρμογές

44 44/75

45 45/75 Διάγραμμα με τα κόστη των τμημάτων ενός ΦΒ συστήματος (  εγκατάσταση,  εξοπλισμός,  πλαίσιο –συλλέκτης, πίνακας, στοιχείο-,  δίσκοι). Κόστος εγκατάστασης

46 46/75 ΕΕ: 3.000 MW μέχρι το 2010. ΗΠΑ: Solar Roofs Program, 1.000.000 σκεπές με ΦΣ μέχρι το 2010 2008 Γερμανία: 5 351 MW Ισπανία: 3 404 MW Ελλάδα: μικρά πράγματα, πρόσφατα «στρεβλή» προώθηση Σήμερα:~ 16,8 MW (τέλος 2008) Στόχος: 700 MW (2020) Το δεύτερο μεγαλύτερο ΦΒ Πάρκο στον κόσμο (50 MW) θα κατασκευαστεί στη Μεγαλόπολη από τη ΔΕΗ Ανανεώσιμες (?) Το μεγαλύτερο ΦΒ Πάρκο στον κόσμο 60 MW στην Olmedilla de Alarcon plant (Ισπανία, 2008 Η ανάπτυξη της παγκόσμιας αγοράς των ΦΒ συστημάτων τα τελευταία 14 χρόνια (σε MW p ) Ανάπτυξη των ΦΒ

47 47/75 Ανάπτυξη των ΦΒ 2008: Σε 81 χώρες

48 48/75 Ανάπτυξη των ΦΒ

49 49/75 Οι 10 μεγαλύτερες εταιρίες παραγωγής PV το 2006

50 50/75 Συνολική εγκατεστημένη ισχύ στην Ε.Ε.

51 51/75 Ανάπτυξη των ΦΒ

52 52/75 Κόστος παραγωγής των ΦΒ

53 53/75 Sharp 185W NT-S5E1U Crystalline silicon 185 watts per module Each module 3’ x 5’ $736 per module $4 per watt Κόστος παραγωγής των ΦΒ

54 54/75 ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΦΒ Διάγραμμα μπαταρίας μολύβδου Συστοιχία μπαταριών 48V DC

55 55/75 Πηγή: Solar Generation (Greenpeace – EPIA) Κόστος των ΦΒ

56 56/75 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Νομοθετικές Ρυθμίσεις: Ν. 3468/06Ν. 3734/09

57 57/75 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ Νομοθετικές Ρυθμίσεις: ΚΥΑ ΦΕΚ Β 1079/4.6.09

58 58/75 ΒΙΟΜΑΖΑ

59 59/75 Εισαγωγή Βιομάζα: όλα τα υλικά που περιέχουν C και τα οποία μπορούν να μετατραπούν σε ενέργεια (βιοενέργεια). Αυτά μπορεί να προέρχονται είτε από πρωτογενή πηγή (φυτά), είτε από ακατέργαστες φυτικές ύλες (απορρίμματα), από ζώα (λίπη, κοπριά) κτλ. Ο κλασικός ορισμός της βιομάζας: η πρόσφατη οργανική ύλη που προέρχεται από τα φυτά ως αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής μετατροπής. * Για να θεωρείται η βιομάζα ανανεώσιμη πηγή ενέργειας θα πρέπει να χρησιμοποιείται όση βιομάζα παράγεται !

60 60/75 Η ξυλεία και τα υπολείμματα δασοπονικών και αγροτικών δραστηριοτήτων αποτελούν το μεγαλύτερο και καλύτερα αξιοποιήσιμο μέρος της βιομάζας. Τα δάση και οι θαμνώνες αποτελούν το 92% της παραγόμενης βιομάζας. Μόνο το 5% της συνολικής βιομάζας ενός φυτού κατάλληλο για τροφή. Το υπόλοιπο 95%; καύση (θερμότητα) και μετατροπή σε καύσιμα. Δεν υπάρχουν αξιόπιστες εκτιμήσεις για τη συμμετοχή της βιομάζας στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας και συχνά η βιομάζα δεν εμφανίζεται στην κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας μιας χώρας. Σε ορισμένες χώρες η βιομάζα καλύπτει το μεγαλύτερο ποσοστό των ενεργειακών αναγκών (π.χ. Νεπάλ, Αιθιοπία, Κένυα). Ακόμη και στις ανεπτυγμένες χώρες, η κατανάλωση βιοενέργειας > 3% της κατανάλωσης (Σουηδία, Αυστρία, ΗΠΑ). Εισαγωγή 60% κυτταρίνη 30% λιγνίνη 10% άλλα οργανικά

61 61/75 1. Ποώδεις ενεργειακές καλλιέργειες: πολυετή φυτά με ετήσια συγκομιδή που ξεκινά ύστερα από 2-3 χρόνια (μπαμπού, ζαχαρόχορτο, μισχανθός κτλ.). [βιοκαύσιμα] 2.Δασικές ενεργειακές καλλιέργειες. Ειδικές φυτείες που ξυλεύονται σε 5-8 χρόνια (υβριδική ιτιά, υβριδική λεύκη, κτλ.) [καύση + κάρβουνο] 3.Αγροτικές καλλιέργειες (ζαχαροκάλαμο, σόγια, ελαιοκράμβη) για παραγωγή βιοελαίων, βιοαιθανόλης και βιομεθανόλης, σακχάρων και βιοαποκοδομήσιμων πλαστικών υλικών. «Ενεργειακό» ζαχαροκάλαμο και το καλαμπόκι: πιο διαδεδομένες βιοκαλλιέργειες 4.Υδατικές καλλιέργειες: ορισμένα είδη φυκών και άλλα είδη της υδροπανίδας. Είδη βιομάζας (Ι)

62 6.Ξυλεία γενικά, κλαδέματα, δασικά παραπροϊόντα (κλαδιά, πριονίδια κλπ.) [συν-καύση] 7.Γεωργικά παραπροϊόντα (καλαμπόκι, τσόφλια ρυζιού, άχυρα δημητριακών κτλ.) [καύση] 8.Απορρίμματα βιομηχανιών τροφίμων (χυμών, καφέ, πατάτας, ζάχαρης, ζύθου, γάλακτος, χάρτου, λιναρόσπορου κτλ.) 9.Παραπροϊόντα από επεξεργασία φυτών (πυρηνόξυλο, βαμβακόσποροι, ζαχαροκάλαμο κτλ.) 10.Κτηνοτροφικά και πτηνοτροφικά απορρίμματα (κοπριά, παραγωγή βιοαερίου με αναερόβια ζύμωση) 11.Οικιακά απορρίμματα (απευθείας καύση, αναερόβια ζύμωση) 12.Οικιακά λύματα και απόβλητα ορισμένων βιομηχανιών επεξεργασίας οργανικών ουσιών Είδη βιομάζας (ΙΙ)

63 63/75 Brassica napus (L.) var. oleifera Sorghum vulgare (L.) var. saccharatum Helianthus annuus (L.) Miscanthus sinensis (Anders), Miscanthus X giganteus Sorghum bicolor (L.) Cynara cardunculus (L.) Robinia pseudoacacia Popolus spp Eucalyptus spp

64 64/75 Mato Grosso Brazil Soybean Harvest and Corn Planting

65 65/75  αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών της ξηράς και των υδρόβιων φυτικών οργανισμών  Δευτερογενής ηλιακή ενέργεια, <1% της συνολικής ηλιακής ενέργειας. Τα φυτά μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια και αναπτύσσονται με τη χρήση κυρίως νερού και διοξειδίου του άνθρακα, όπως δείχνει η αντίδραση φως CO 2 + 2 H 2 O  ([CH 2 O] + H 2 O) + O 2 όπου το [CH 2 O] παριστάνει τη βασική μονάδα ενός μορίου υδατάνθρακα. (Με την παραπάνω διεργασία όλο το CO 2 της ατμόσφαιρας ανακυκλώνεται κάθε 300 χρόνια.) Για τη γλυκόζη: 6CO 2 + 12 H 2 O  C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2 Η βιομάζα είναι …

66 66/75 Η ετήσια παραγόμενη βιομάζα: ~1,4x10 11 ΤΙΠ ~ 10 φορές η ενέργεια που καταναλίσκει η ανθρωπότητα Πόση από αυτή την ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί; Μικρή αξιοποίηση: κόστος μεταφοράς της βιομάζας, φτωχή από θερμαντική άποψη Συνηθέστερη χρήση: καύση της για παραγωγή θερμότητας. Η αρχαιότερη μορφή ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο. Θερμαντική αξία του ξύλου: ~ 4500 kcal/kg = 20 MJ/kg. Η βιομάζα είναι …

67 67/75 Η βιομάζα περιέχει μεγάλες ποσότητες νερού. Συνήθως 50%, αν και στα φυτά φτάνει το 90%. «Ξηρή» βιομάζα, όταν έρχεται σε ισορροπία με το περιβάλλον. Υγρασία ~0-15% Το ποσοστό υγρασίας εκφράζεται είτε ως προς την ξηρή βιομάζα είτε ως προς την «υγρή». Η παρουσία υγρασίας στη βιομάζα επιφέρει σημαντική μείωση της θερμαντικής αξίας της. Υγρασία βιομάζας

68 68/75 Τυπικές τιμές θερμογόνου αξίας βιοκαυσίμων

69 69/75 1.Θέρμανση θερμοκηπίων και άλλων χώρων, μαγείρεμα 2.Θέρμανση / πλύσιμο κτηνοτροφικών μονάδων 3.Ξήρανση αγροτικών ή μη προϊόντων 4.Τηλεθέρμανση οικισμών 5.Παραγωγή ξυλάνθρακα 6.Παραγωγή υγρών ή/και αέριων καυσίμων (και παραγωγή ΗΕ) Χρήσεις της Βιομάζας κοντά στον Τόπο Παραγωγής

70 70/75 i)Εξαγωγή ελαίων από ορισμένα φυτά με σύνθλιψη των σπόρων και χρήση ως έχουν ή ύστερα από εστεροποίηση για υποκατάσταση του ντίζελ (βιοντίζελ). Τέτοια φυτά είναι η ελαιοκράμβη (rapeseed – το πιο διαδεδομένο), ο ηλιόσπορος, η σόγια κ.α. Τεχνολογίες Αξιοποίησης της Βιομάζας ii)Αξιοποίηση των λιγνοκυτταρινικών συστατικών A. Άμεση καύση: για θέραμνση, μαγείρεμα, παραγωγή Η.Ε. B. Μετατροπή: θερμοχημική, βιοχημική, φωτοβιολογική

71 71/75 άμεση καύση της βιομάζας με περίσσεια οξυγόνου. χρησιμοποιείται από την ανακάλυψη της φωτιάς όχι τόσο αποδοτική τεχνολογία (απόδοση ~2%) στην Ευρώπη για τηλεθέρμανση οικισμών σε αρκετές χώρες συν-καύση (co-firing): εισαγωγή της βιομάζας (5-15%) σε υψηλής απόδοσης λέβητες με άνθρακα ως συμπληρωματικού καυσίμου η καύση των απορριμμάτων αποτελεί μέθοδο παραγωγής ενέργειας Τεχνολογίες Αξιοποίησης της Βιομάζας: Α. Άμεση καύση

72 72/75 Εφαρμογές βιομάζας θρύμματα ξύλου πελέτες ξύλου (wood chips)(wood pellets)

73 73/75 Εφαρμογές βιομάζας

74 74/75 Εφαρμογές βιομάζας

75 75/75 Εφαρμογές αιολικής ενέργειας

76 76/75 Πηγή: Shell Renewables, EP 09/05