prof. dr hab. inż. Andrzej Myczko - Bezpieczeństwo energetyczne w

Bezpieczeństwo energetyczne
gospodarstw agroturystycznych
techniki i technolgie
Andrzej Myczko
[email protected]
Prof.dr hab.inż
Branża OZE jako stymulator nowych miejsc
pracy w Europie
(EurObserv’ER – 2010)
• 2010 rok – 1,14 mln osób
• 2009 rok – 912,2 tys. osób
Sektor biomasy
- 273 tys.
Fotowoltaika
- 268 tys.
Energetyka wiatrowa - 253 tys.
Pozostałe
- 346 tys.
Miejsca pracy w sektorze energetyki
odnawialnej w poszczególnych krajach
(EurObserv’ER – 2010)
•
•
•
•
•
•
Niemcy - 361 000
Francja - 174 000
Włochy - 108 000
Hiszpania - 98 000
Szwecja - 55 000
Polska
- 28 000 = 10 miejsce w EU
Stopniowa ewolucja - Kapitalizm rozproszony
(distributed capitalism)
• Decentralizacja – stopniowy rozwój wielkiej
sieci mikroproducentów energii
• Osłabienie wielkich producentów i poprawa
autonomii społeczenstwa
• Projekt niemieckiego rządu – „trzecia
rewolucja przemysłowa” – przestawienie
gospodarki na energię odnawialną do 2050r.
• OECD, ONZ – „Zielony kapitalizm”
• „Green New Deal – Zielony Nowy Ład”
Wizjonerzy i fakty dokonane
Energia w III etapie
• Internet – inteligentna sieć przesyłowa (smart
grid). Energia dostarczana na zgłoszone
zapotrzebowanie po wybranej
(zoptymalizowanej) cenie
• Dalszy rozwój rozproszonych źródeł energii –
Konsument może być jednocześnie
producentem
• Zintegrowane z budynkiem i budowlą miniinstalacje solarne, wiatrowe, geotermalne i
geotermiczne, superkondensatory
• Techniki wodorowe umożliwią magazynowanie
energii odnawialnej (nanowłókna węglowe)
• Techniki plazmowe – deuter i tryt
Amerykanie stawiają na małe
reaktory
• Department Energii USA (DoE) ogłosił program wsparcia
dla rozwoju niewielkich modułowych reaktorów jądrowych.
Amerykańskie firmy, pracujące nad takimi rozwiązaniami,
będą mogły liczyć na finansową pomoc DoE w procesie
projektowania i licencjonowania. - Ameryka stoi przed
jasnym wyborem - możemy rozwijać następną generację
czystych źródeł energii, co pomoże stworzyć w kraju
tysiące miejsc pracy oraz możliwości eksportowe albo
możemy czekać, aż inne kraje przejmą prowadzenie oświadczył sekretarz ds. energii, Steven Chu
• Ta decyzja oraz stan zaawansowania prac w tym zakresie
w Rosji i w Chinach pozwalają sądzić, że technologia ta
wyszła już poza sferę badań i jest już na etapie
udostępniania
• Czy realizacja europejskiego programu ITER jest
spóźniona o 15 lat ???
Program ITER jest spóźniony wobec decyzji USA
o projektowaniu i udostępnianiu tej technologii ??
Bardzo ważną cechą syntezy jądrowej, cechą, która odróżnia ją od
reakcji rozszczepienia, jest fakt, że fuzja nie jest reakcją łańcuchową.
Jest dużo bardziej bezpieczna, nie jest możliwy proces niekontrolowany.
Do utrzymania fuzji w czasie 1 minuty potrzebnych jest tylko kilka gram
plazmy. Aby zatrzymać reakcję, wystarczy odciąć dostawę paliwa.
Przez trzy ostatnie dekady, najważniejsze badania skupiały się na urządzeniu
zwanym tokamakiem. W tokamaku, plazma zamknięta jest w próżniowej komorze
w kształcie obwarzanka. Aby ogrzać plazmę do temperatury 150 mln stopni
Celsjusza, plazma ta musi być trzymana z dala od ścian komory. Można to zrobić
za pomocą silnego pola magnetycznego, generowanego przez zwoje nawinięte
wokół komory, ponieważ plazma posiada naładowane cząstki (jony i elektrony).
Sposoby wykorzystania biomasy na cele
energetyczne
• Biogazowanie – wydzielanie się metanu w warunkach
beztlenowych będące skutkiem działania bakterii anaerobowych i
związanych z ich obecnością przemian biochemicznych
• Zgazowanie – zespół procesów całkowitej przemiany termicznochemicznej paliw stałych, biomasy, odpadów i paliw ciekłych do gazu,
realizowanych w obecności powietrza lub tlenu z dodatkiem pary wodnej
• Piroliza – zespół procesów termicznych przemiany substancji
organicznej bez dostępu powietrza
• Spalanie – reakcja chemiczna polegajaca na gwałtownym utlenianiu
się substancji, połączona z wydzielaniem się ciepła
• Odseparowanie oleju i estryfikacja – Wyciskanie lub
ekstrakcja oleju z ziarna roślin oleistych oraz reestryfikacja metanolem
• Upłynnianie – (BLT-Biomasd to Liquid) – tlenowo
parowe zgazowanie do mieszaniny tlenku węgla i wodoru, którą przetwarza
się na kotalizatorze najczęściej żelowym do benzyn i oleju napędowego
Zawartość energii na ha powierzchni
uprawnej
źródło: Fachagentur Nachwahsende Rohstoffe e.v. FNR-2007.
Biogaz
67600
BTL (biomasa do cieczy)
64000
Olej roślinny
23300
Biodiesel
23300
Bioetanol
22400
0
Nośniki energii na ha jako
ekwiwalent oleju
napędowego w km
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
km
Wykorzystanie biomasy jest
tylko jednym z elementów w
systemie bioenergetycznym
21 październik 2011
Polską specyfiką powinny być
mikroinstalacje biogazowe
• Nie jest wymagane uzyskanie koncesji na
wytwarzanie biogazu rolniczego, energii
elektrycznej z biogazu rolniczego, energii
elektrycznej wytwarzanej w mikroinstalacji
oraz energii przeliczonej na ekwiwalentną
ilość energii elektrycznej wytwarzanej w
mikroinstalacji.
Pierwsza w Polsce profesjonalna biogazownia
rolnicza w Pawłówku (POLDANOR)
Biogaz Rolniczy
• Paliwo gazowe otrzymywane w procesie
fermentacji metanowej surowców rolniczych,
produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub
stałych odchodów zwierzecych, produktów
ubocznych lub pozostałości z przetwórstwa
produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy
leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskiwanego z
surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków
oraz składowisk odpadów.
Mikroinstalacja odnawialnego
źródła energii (M – OZE)
• Instalacja OZE o zainstalowanej mocy
elektrycznej do 40 kW lub zainstalowanej
mocy cieplnej, lub chłodniczej do 70 kW,
lub służącej do wytwarzania biogazu
rolniczego, lub wytwarzania energii
elektrycznej z biogazu rolniczego o
zainstalowanej mocy elektrycznej nie
wiekszej niż 100 kW, lub zainstaolwanej
mocy cieplnej, lub chłodniczej nie większej
niż 130 kW.
Mikrobiogazownia ITP 10 – 20 kW
lub wstępny stopień hydrolizy w biogazowniach
profesjonalnych
Te instalacje mogą również pracować jako systemy
pozasieciowe i być doposażone do max. parametrów
mikroinstalacji czyli 100 kWe
21 październik 2011
Mikrobiogazownia – węzeł
przyjęciowy
Zbiornik z mieszadłem
dwa systemy ogrzewania komory fermentacyjnej
Agregat kogeneracyjny na silniku PERKINS 16 kWe i 26 kWc
Komponowanie mieszaniny fermentacyjnej odbywa się
dwuetapowo
Biogazodochodowość pojedynczych substratów należy
określić metodą eudiometryczną, a skład mieszaniny
fermentacyjnej należy określić w mikroinstalacji
laboratoryjnej
(akredytowane laboratorium ITP o/Poznań
W następnym etapie, na podstawie wyników analiz,
należy wybrać rodzaj procesu który pozwoli najlepiej
wykorzystać potencjał substratów
Wszystkie fazy razem czy osobno ?
Mieszanina fermentacyjna złożona z substratów i kosubstratów
H YDROLIZA
(trawienie)
Odczyn PH
4,5 – 6,2
Aminokwasy, cukry proste, alkohole, kwasy tłuszczowe
FAZA KWASOWA
(kwasogeneza)
Kwasy tłuszczowe, alkohole, aldehydy, CO2, H2S, H2
FAZA OCTANOWA
(acetogeneza)
Odczyn PH
6,8 – 7,5
Kwas octowy, CO2, H2
FAZA METANOTWÓRCZA
(metanogeneza)
BIOGAZ
CH4, CO2, H2S, H2, N, O2, H2O
Dezintegracja – dodatkowe dokładne rozdrobnienie oraz
ultradzwięki (24 kHz, 84 W/cm2 ???)
Odpady poubojowe i nie-spożywcze
substraty celulozowe
słoma, trawa
kiszonka
biologiczne odpady
odpady kuchenne
odpady ubojowe
STEAM
EXPLOSION
REAKTOR
Wykonanie podstawowego arkusza kalkulacyjnego jest
niezbędne do wyliczenia wszystkich parametrów
konstrukcyjnych biogazowni
Poferment odwirowany
Mikrobiogazownia na
monosubstraty płynne 60kWe
Proekologiczne modele gospodarowania odchodami w budynku inwentarskim
Przykład zbiornika na gnojowicę o pojemności 314 m3
Mikrobiogazownia Studzionka k/Pszczyny
Problemy z podłączeniem do sieci - konieczne
lepsze uregulowania prawne !!!!
(proj. L.Latocha)
Przygotowanie gruntu pod przyszłe uprawy
energetyczne, zwłaszcza na słabych gruntach
zwiększa masę liściową roślin nawet o 30 %
Poniżej przykład sorga cukrowego na ubogiej, piaszczystej
glebie
Techniki poprawiające strukturę gleb
zdegradowanych przeznaczonych na uprawy
energetyczne (A.Kliber – 2011)
Ekonomika jest najważniejsza
• Najefektywniejsze są instalacje pracujące
w oparciu o własne surowce z dużym
udziałem pozostałości poprodukcyjnych.
Mają one niskie koszty pozyskania
substratu oraz krótki okres amortyzacji.
• Ograniczenie dróg dowozu substratów
strategicznych do max. 20 km, również
zapewnia pozytywny efekt ekonomiczny.
Większe odległości zawsze wpłyną
ujemnie na ekonomikę produkcji.
Umowy na dostawę substratów
• W przypadku braku własnych surowców, umowy
na dostawę powinny być podpisane przed
rozpoczęciem całego procesu inwestycyjnego,
jeszcze przed etapem projektowania.
• Umowy powinny zawierać określone terminy
dostaw, ilości biomasy i wielkości poszczególnych
partii, gwarancję ich jakości oraz sposób
kształtowania ceny.
Lnianka – nie wymaga
dodatkowego areału
Groch z lnianką
Tłoczenie i filtrowanie oleju
Przygotowanie oleju
(laboratorium biopaliw ITP o/Poznań)
•
Tłoczenie oleju z nasion roślin oleistych
oraz usuwanie zanieczyszczeń
•
Prowadzenie reakcji estryfikacji w
temperaturach 25-70oC przy dwóch
różnych systemach mieszania i płynnej
regulacji intensywności mieszania
•
Estryfikacja odpadowych tłuszczów
zwierzęcych i zużytych spożywczych
•
Określanie wpływu różnych paliw na
przebieg charakterystyki zewnętrznej
silnika z zapłonem samoczynnym
Paliwa rolnicze opracowane w ITP. na
bazie tłuszczów odpadowych
Estry metylowe wyższych
kwasów tłuszczowych
(biodiesel) z:
Oleju posmażalniczego
Tłuszczu dużych
zwierząt rzeźnych
Tłuszczu drobiowego
Tłuszczu drobiowego
po rafinacji
Pionowa oś nie wymaga przekładni
Musimy poprawić efektywność
wykorzystania realnego potencjału wiatru w
małych instalacjach
Na terenach gdzie mamy do czynienia z wiatrami
poniżej 16 km/h powinny pracować turbiny
pracujące poniżej 1 m/s
W mikroinstalacjach i przy słabych wiatrach
przedatne są wiatraki bezprzekładniowe
Produkcja peletów i brykietów posiada już
swoje standardy produkcyjne
Zgazowanie biomasy to już dostępna
technologia na różnym poziomie
zaawansowania technologicznego (Viessman)
Dystrybucja wodoru – to są już zastosowania prakrtczne
Ekobudynek inwentarski
Dach energetyczny – pompa ciepła
Fotovoltaika wkroczyła już do
praktyki rolniczej
Efekty synergiczne w bioenergetyce
Przykład. Fotoogniwa + generator wiatrowy
Po połączeniu modułów fotowoltaicznych i generatora wiatrowego z instalacją elektryczną za pomocą
wspólnego regulatora ładowania może nastąpić zsumowanie marginalnych (niewykorzystanych) wartości mocy
- na rys. kolor jasnoniebieski - i umożliwienie wprowadzenia ich do instalacji zwiększając tym samym ogólną
ilość dostępnej mocy i wydajność systemu.
Efekty synergiczne w bioenergetyce
Przykład 1. Kolektory cieplne + fotoogniwa
Kolektor słoneczny
wodny
ciepła woda
użytkowa
Możliwe jest pokrycie
powierzchni
absorbującej kolektora
wodnego cienką
warstwą fotoogniw z
krzemu amorficznego:
Moduł fotowoltaiczny
prąd elektryczny
Korzyść:
Zwiększona
wydajność
modułów
fotowoltaicznych
dzięki chłodzeniu.
Dziękuje za uwagę !
Nauka i postęp wymagają rywalizacji