Η βιομάζα αποτελεί κατάλοιπο βιολογικής προέλευσης στη γεωργία και είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η οποία συχνά παραμένει ανεκμετάλλευτη. Η βιομάζα μπορεί να γίνει εκμεταλλεύσιμη ως καύσιμο σε στερεή, υγρή ή αέρια μορφή, μειώνοντας το ενεργειακό κόστος αγροτικών επενδύσεων. Στόχο του ερευνητικού έργου που εγκρίθηκε αποτελεί η ανάπτυξη ενός συστήματος συμπαραγωγής (παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας προς εκμετάλλευση), με βάση τον θερμοδυναμικό κύκλο Rankine οργανικού ρευστού (ORC) και καύσιμο την υπολειμματική βιομάζα θερμοκηπίων. Τα αποτελέσματα του έργου αναμένεται να βελτιώσουν την οικονομική απόσβεση μίας αγροτικής επένδυσης (π.χ. αύξηση εισοδήματος από αγροτικές καλλιέργειες, λόγω μείωσης κατανάλωσης ηλεκτρισμού και θέρμανσης), αλλά και να συνεισφέρουν σημαντικά στην αξιολόγηση διαχείρισης της βιομάζας και της αποδοτικής εκμετάλλευσής της.
Σχήμα 1. Απεικόνιση συστήματος καύσης βιομάζας με ενσωμάτωση συμβατικού ORC για την αξιοποίηση των καυσαερίων.
Σχήμα 2. Σχηματική διάταξη ORC με ανακτητή (a) και αντίστοιχη αποτύπωση των θερμοδυναμικών καταστάσεων σε διάγραμμα θερμοκρασίας-εντροπίας (b)
Το σύστημα συμπαραγωγής που θα αναπτυχθεί στο πλαίσιο του ερευνητικού έργου θα έχει θερμική και ηλεκτρική ισχύ 200 kW και 20 kW αντίστοιχα. Η καύση της βιομάζας σε κατάλληλο έλεγχο θα γίνεται στους 130οC, ενώ η θερμοκρασία συμπύκνωσης του κύκλου ORC, η οποία αποδίδεται ως θερμότητα στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, θα είναι περίπου 50 οC. Το υπό μελέτη σύστημα θα καλύψει τις θερμικές ανάγκες θερμοκηπίου 300 m2.
Ο κύκλος ORC που εφαρμόζεται στο παρόν σύστημα περιγράφεται από το παρακάτω διάγραμμα (Σχήμα 2).
Οι επιμέρους στόχοι που αναμένεται να επιτευχθούν είναι:
· Η αξιολόγηση ποιοτικά και ποσοτικά της βιομάζας και η οργάνωση της εφοδιαστικής της αλυσίδας.
· Η προσομοίωση και βελτιστοποίηση του συστήματος ORC σε συνδυασμό με λέβητα βιομάζας και ο σχεδιασμός του ORC.
· Κατασκευή πρωτότυπης μονάδας ORC και εργαστηριακές δοκιμές.
· Εγκατάσταση του πρωτότυπου συστήματος ORC στη θερμοκηπιακή μονάδα και δοκιμές στο πραγματικό περιβάλλον.
· Οικονομοτεχνική και περιβαλλοντική αξιολόγηση του συνολικού συστήματος συμπαραγωγής.
Σχήμα 3. Θερμοδυναμικός κύκλος απλής διάταξης ORC με ισεντροπική εκτόνωση, ισοθερμοκρασιακής και οιονεί ισοθερμοκρασιακής εκτόνωσης (ΙΕ-Ε)
Σημαντικό στοιχείο της έρευνας αποτέλεσε η επιλογή του κατάλληλου εργαζόμενου ρευστού. Σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Κανονισμό σχετικό με τα ψυκτικά ρευστά, γνωστό και ως F-gas Regulation, η χρήση των οργανικών ρευστών με υψηλό Global Warming Potential (GWP) έχει αρχίσει να περιορίζεται, ώστε να επεκταθεί η χρήση περιβαλλοντικά φιλικών ρευστών. Επιπλέον, όλα τα ρευστά θα πρέπει να έχουν μηδενικό Ozone Depletion Potential (ODP). Σε αυτό το πλαίσιο και προκειμένου να εξασφαλιστεί η μελλοντική χρήση της μονάδας Greenco χωρίς κανένα περιορισμό, επιλέχθηκε το R1224yd(Z) που είναι από τα πιο αποδοτικά για προσδιδόμενη θερμότητα στο εύρος κάτω των 120 oC και έχει χαμηλό GWP.
Αποτελέσματα της μελέτης στο πλαίσιο του έργου GreenCo παρουσιάστηκαν στο διεθνές συνέδριο Γεωργικής Μηχανικής AgEng-LAND.TECHNIK 2022, το οποίο έλαβε χώρα στο Βερολίνο 22-23 Νοεμβρίου 2023.
Τα πρακτικά του συνεδρίου με τη δημοσίευση που αφορά το έργο μας είναι διαθέσιμα στον ακόλουθο σύνδεσμο: doi.org/10.51202/9783181024065-47
Thermodynamic modeling of a Biomass ORC_AgEng-LandTechnik2022_final
