Bezpieczeństwo energetyczne gospodarstw agroturystycznych techniki i technolgie

Transkrypt

1 Bezpieczeństwo energetyczne gospodarstw agroturystycznych techniki i technolgie Andrzej Myczko a.myczko@itep.edu.pl Prof.dr hab.inż

2 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 tys. Fotowoltaika tys. Energetyka wiatrowa tys. Pozostałe tys.

3 Miejsca pracy w sektorze energetyki odnawialnej w poszczególnych krajach (EurObserv ER 2010) Niemcy Francja Włochy Hiszpania Szwecja Polska = 10 miejsce w EU

4 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

5 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

6 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???

7 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).

8 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

9 Zawartość energii na ha powierzchni uprawnej źródło: Fachagentur Nachwahsende Rohstoffe e.v. FNR Biogaz BTL (biomasa do cieczy) Olej roślinny Biodiesel Bioetanol Nośniki energii na ha jako ekwiwalent oleju km napędowego w km

10 Wykorzystanie biomasy jest tylko jednym z elementów w w systemie bioenergetycznym 21 październik 2011

11 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.

12 Pierwsza w Polsce profesjonalna biogazownia rolnicza w Pawłówku (POLDANOR)

13 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.

14 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.

15 Mikrobiogazownia ITP kw lub wstępny stopień hydrolizy w biogazowniach profesjonalnych Te instalacje mogą również pracować jako systemy pozasieciowe i być doposażone one do max.. parametrów mikroinstalacji czyli 100 kwe 21 październik 2011

16 Mikrobiogazownia węzeł przyjęciowy

17 Zbiornik z mieszadłem dwa systemy ogrzewania komory fermentacyjnej

18 Agregat kogeneracyjny na silniku PERKINS 16 kwe i 26 kwc

19 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

20 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 Y D R O L I Z A (trawienie) Odczyn PH 4,5 6,2 Aminokwasy, cukry proste, alkohole, kwasy tłuszczowe F A Z A K W A S O W A (kwasogeneza) Kwasy tłuszczowe, alkohole, aldehydy, CO 2, H 2 S, H 2 F A Z A O C T A N O W A (acetogeneza) Odczyn PH 6,8 7,5 Kwas octowy, CO 2, H 2 F A Z A M E T A N O T W Ó R C Z A (metanogeneza) B I O G A Z CH 4, CO 2, H 2 S, H 2, N, O 2, H 2 O

21 Dezintegracja dodatkowe dokładne rozdrobnienie oraz ultradzwięki (24 khz, 84 W/cm2???)

22 Odpady poubojowe i nie-spożywcze substraty celulozowe słoma, trawa kiszonka biologiczne odpady odpady kuchenne STEAM EXPLOSION REAKTOR odpady ubojowe

23 Wykonanie podstawowego arkusza kalkulacyjnego jest niezbędne do wyliczenia wszystkich parametrów konstrukcyjnych biogazowni

24 Poferment odwirowany

25 Mikrobiogazownia na monosubstraty płynne 60kWe

26 Proekologiczne modele gospodarowania odchodami w budynku inwentarskim Przykład zbiornika na gnojowicę o pojemności 314 m 3

27 Mikrobiogazownia Studzionka k/pszczyny Problemy z podłączeniem do sieci - konieczne lepsze uregulowania prawne!!!! (proj. L.Latocha)

28 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

29 Techniki poprawiające strukturę gleb zdegradowanych przeznaczonych na uprawy energetyczne (A.Kliber 2011)

30 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.

31 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.

32 Lnianka nie wymaga dodatkowego areału

33 Groch z lnianką

34 Tłoczenie i filtrowanie oleju

35 Przygotowanie oleju (laboratorium biopaliw ITP o/poznań) Tłoczenie oleju z nasion roślin oleistych oraz usuwanie zanieczyszczeń Prowadzenie reakcji estryfikacji w temperaturach o C 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

36 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

37 Pionowa oś nie wymaga przekładni

38 Musimy poprawić efektywność wykorzystania realnego potencjału wiatru w małych instalacjach

39 Na terenach gdzie mamy do czynienia z wiatrami poniżej 16 km/h powinny pracować turbiny pracujące poniżej 1 m/s

40 W mikroinstalacjach i przy słabych wiatrach przedatne są wiatraki bezprzekładniowe

41 Produkcja peletów i brykietów posiada już swoje standardy produkcyjne

42 Zgazowanie biomasy to już dostępna technologia na różnym poziomie zaawansowania technologicznego (Viessman)

43 Dystrybucja wodoru to sąs już zastosowania prakrtczne

44 Ekobudynek inwentarski

45 Dach energetyczny pompa ciepła

46 Fotovoltaika wkroczyła już do praktyki rolniczej

47 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.

48 Efekty synergiczne w bioenergetyce Przykład 1. Kolektory cieplne + fotoogniwa Kolektor słoneczny wodny Moduł fotowoltaiczny ciepła woda użytkowa Możliwe jest pokrycie powierzchni absorbującej kolektora wodnego cienką warstwą fotoogniw z krzemu amorficznego: prąd elektryczny Korzyść: Zwiększona wydajność modułów fotowoltaicznych dzięki chłodzeniu.

49 Dziękuje za uwagę! Nauka i postęp wymagają rywalizacji