Development of sustainable heat markets for biogas plants in Europe. Project No: IEE/11/025

Transcription

1 Development of sustainable heat markets for biogas plants in Europe Project No: IEE/11/025 1st Romanian workshop on utilising heat from biogas 15th December 2013, Bucharest - Minutes - D.6.7

2 BiogasHeat 1 st National Workshop Authors: Augustin Ofițeru, Mangus Sol Contact: Caraiman 7, Țegheș, Ilfov, Romania, Tel office@mangus.ro The BiogasHeat project (Development of sustainable heat markets for biogas plants in Europe) is supported by the European Commission in the Intelligent Energy for Europe Programme. The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission is responsible for any use that may be made of the information contained therein. The BiogasHeat project duration is from April 2012 to April 2014 (Contract Number: IEE/11/025). BiogasHeat website: December Mangus Sol

3 BiogasHeat 1 st National Workshop Table of Contents 1 Aim of the workshop 4 2 Preparation and dissemination of the event 4 3 Target groups of the workshop and participants 5 4 Presentations and discussions 6 5 Annex 1 (list of participants) 10 6 Annex (presentations) 11 December Mangus Sol

4 BiogasHeat 1 st National Workshop 1 Aim of the workshop The main scope of the workshop was to offer a framework to present the objectives of BiogasHeat project and trigger a debate between target groups on the subject of efficient use of heat energy from the biogas plants. As practical examples are still very hard to discuss in Romania, due to the extremely low number of functioning biogas plants, the workshop focused on the need of a good project planning, the possible solutions for best engineering practices and the possible solutions to be considered when developing a new biogas project, related to the heat use. 2 Preparation and dissemination of the event The event was announced by publishing the announce of the workshop on the site of the organizer ( and by sending out the official invitation and agenda to a list of over 100 selected persons, identified as target groups. One goal of such an approach was to reach a good diversity the target groups that will be finally gathered at the event. Figure 1 Invitation and agenda of the event When possible, the selected 100 target persons were also contacted by phone and encouraged to participate at the workshop. The workshop followed the described agenda. During the coffee brake pastry, coffee and soft drinks were offered. December Mangus Sol

5 BiogasHeat 1 st National Workshop 3 Target groups of the workshop and participants The workshop was prepared in such a manner to attract both administrative bodies at local or regional level and central strategic agencies, but also to be interesting from the point of view of a project developer, investor or plant operator. 35 persons confirmed the presence, but only 20 showed up in the end. December Mangus Sol

6 BiogasHeat 1 st National Workshop Figure 2 Pictures from the event However, the minimal numeric target was achieved and the diversity of the target groups assured. This created the premise for an interesting debate regarding both the specific subject, heat energy from biogas plant, but also around general situation of the RES market in Romania, perspectives, limitations and possible solutions. We identified the following gategories of target groups participating at the workshop. a. Investors b. Public bodies interested in developing biogas projects by PPP c. Local administration d. Technology providers e. Consultants and project developers All of the participants proved to be directly involved in the field, hence the level of the debate was very good and some interesting opinions were expressed, both about general politico-economical environment but also on very specific technical aspects. The list of participants is presented in Annex 1. 4 Presentations and discussions Dr. Augustin Ofițeru presented in the introduction of the workshop the concept of the project. The audience familiarised with the objectives of the BiogasHeat project, state of the implementation and consortium. The audience also found in the event map the project leaflet and the summary of each presentation. It was stressed that the main scope of the workshop is to create a debate and the audience was encouraged to participate into the workshop with specific questions during the presentations First presentation was sustained by Dr. Mihai Adamescu and focused on the best European practices in terms of biogas plants integration and project development. The advantages of the technology were described with focus on the need of improving the overall efficiency of this kind of investment by projecting solutions for heat use. Further on, the main limitations on heat energy use in biogas plants were presented. The discussion focused on the seasonality aspect of heat use and possible solutions were discussed. Permitting December Mangus Sol

7 BiogasHeat 1 st National Workshop procedures for local district heating systems were addressed and the conclusion was that local administrations are not prepared to help an investor into the implementation of a district heating system, for example for heating a village with the heat energy from a biogas plant. It is unclear what the procedure for building a heat pipeline is, especially in the case that the transited land is a mixture of private and public ownership. It was stressed also that most of the rural houses are using biomass for heating during the winter and most probably will not be able to pay for the necessary infrastructure need in order to use heat from a biogas plant. Nevertheless, the small cities would be a better target for biogas plants, as they already have a partially extended heat system and the specific cost of the infrastructure needed per inhabitant using energy from a biogas plant would be much lower. As cogeneration is an actual subject in Romania, expressly due to a special tax named cogeneration tax that appeared on the electricity invoices, the chapter dedicated to CHP technology from the presentation of Mr. Adamescu raised some polemics related to the real meaning of the cogeneration in Romania. It was stressed that the number of cogeneration units in the market is far from being a drive for the rise of price of the energy. Dr. Nicolae Șdrula continued with a presentation that is the point of view of the biogas experts from a Romanian professional biofuels association. It was stressed that Romania has a big discrepancy between potential for biogas and actually used potential. A map with all potential projects in Romania was presented. However, the discussion showed that in fact there is a huge difference between projects on paper and functional biogas plants. Only one typical industrial biogas platform is at that moment running in Romania. Most of the existing units are small, refurbished biogas stations, running on projects developed step by step and having different problems related to biogas cleaning and hence CHP units maintenance. Mr. Șdrula presented some current projects trying to implement Romanian technology into developing bigger biogas stations. Presentation of Dr. Dan Ionescu focused on technical aspects of the heat use and engineering type approaches. The presentation raised a number of comments from the project developers and consultants in the audience. A number of specific fine-tunning solutions were brought to debate. One specific issue raised interest, being the transport of the heat by latent systems. It was considered one of the best solutions to be applied in conjunction with local authorities. Contrary to the installation of heat pipes, the heat transport for administrative buildings in rural area was seen as an interesting solution. December Mangus Sol

8 BiogasHeat 1 st National Workshop It was an evidence that both investors and project developers are already considering integration with intensive heat consumer industries. As a general perception, comparing to the maturity of the market for biogas projects, we could asses a better concept understanding and a real concern for better optimization. It was also an evidence that advanced heat use technologies as ORC or Kalina devices are not yet enough known. Presentation of Mr. Costin Ionescu, manager for Romania at AB Energy raised interest to the audience due to the applied examples of integration and heat use in biogas plants. Some other possible applications were discussed, as the technologies for air climatisation based on heat energy and recovering the heat from the exhaust gases from CHPs. As a general note, we could see that the level of awareness on improved technologies is quite good. Last presentation focused on conceptual design of the heat use and it was a good opportunity to address and discuss various aspects related to biogas industry, and more general renewable energy sector in Romania and related policies. Romanian market continue to be a non-liberalized market, where the Government offers hidden subventions to the fossil energy sector, especially thermo-energetic sector, by preferred access into the grid and the refuse to urge big consumers to trade the energy in a transparent way (OPCOM platform). In June 2012 the new Government emitted an ordinance modifying the green certificate scheme imposed by the law adopted 6 month before. Al of the renewable energy sectors received serious cuts in the number of green certificates offered. Biogas was excepted from the cuts, but not mentioned also in the ordinance. This raises questions on the stability of the state engagements for green energy industry. It was noticed by both audience and organizers that the trust in the market due to those random moves of the officials is very low and no interest is visible to develop new projects or to continue the started ones. Even if the EC did not gave green light for the named ordinance, it started to produce effects. Green energy producers were not receiving the promised green certificates anymore, based on this ordinance. The eolian industry prepare the approaches to bring this in attention of European institutions and ask for penalties from the Government. Due to intense bad mediatisation, a slightly mistrust in green energy solutions arrises into the perception of the large public, especially because RES industry was presented as the source of the electricity price increase. The real figure is that massive investments in RES were producing a decrease in global price, bringing the old thermoelectric system in difficult position as a competitor. Government tries to help the sector based December Mangus Sol

9 BiogasHeat 1 st National Workshop on the consideration related to stability of energy production. In the meanwhile, the large electricity consumers apply aggressive lobby for a special treatment, due to the fact that they do not wish to participate into the global effort for green certificate payment. December Mangus Sol

10 BiogasHeat 1 st National Workshop 6 Annex (presentations) December Mangus Sol

11 WORKSHOP - Utilizarea energiei termice de la instalațiile de biogaz 20 Decembrie 2013, București

12 2 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI /4/2012 4/4/2015

13 3 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

14 4 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

15 BiogasHeat - Dezvoltarea unor pieţe de energie termică sustenabile pentru instalaţiile de biogaz din Europa Utilizarea energiei termice 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de Dr. Mihai Adamescu - 20 Decembrie

16 Biogazul intre eficienta si risipa Sectorul european al biogazului numără mii de instalaţii de biogaz. Germania, Austria, Danemarca, Suedia, Republica Cehă, Italia şi Olanda au cel mai mare număr de instalaţii moderne de biogaz. Accentul pus pentru cele mai multe instalaţii este de a maximiza producţia de energie electrică din biogaz în unităţi de cogenerare. Într-o unitate CHP sunt produse aprox. 35% electricitate şi 65% căldură. De cele mai multe ori căldura de la unităţile de cogenerare este doar parţial folosită, sau de cele mai multe ori, se pierde. Această ineficienţă în utilizarea energiei este o piedică în dezvoltarea unei piete sustenabile a biogazului in multe regiuni. Solutia- utilizarea eficienta a energiei termice 2 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

17 Producerea biogazului Compoziţia biogazului influenţează arderea biogazului în unitatea de cogenerare şi, prin urmare, compoziţia şi temperatura gazelor arse evacuate. Acest lucru influenţează cantitatea şi calitatea căldurii care poate fi folosită într-un concept al energiei termice. Conceptul instalaţiei de biogaz este caracterizat de valoarea temperaturii în digestoare, care sunt, de obicei, încălzite cu o parte din căldura de la unitatea de cogenerare cu scopul de a permite o descompunere rapidă a materiei organice. 3 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

18 Concepte ale instalaţiilor de biogaz 1. Principalul obiectiv: a. Producţia de energie (energie electrică, termică), b. tratarea deşeurilor, c. injecţia de biometan în reţeaua de gaze naturale, d. înmagazinarea energiei, e. controlul încărcării cu nutrienţi; 2. Capacitatea instalaţiei: a. Capacităţile medii electrice instalate in Europa sunt de aproximativ KW el, dar ajung si la instalaţii de biogaz de multi-megawaţi 3. Technologia: a.digestie uscată - umedă, c. digestie în şarje - continuă 4. Tipul de activitate economică: Instalaţii de biogaz agricol, industrial, menajer, de tratare a apelor uzate, de tratare a deşeurilor 5. Tipul de materie primă: Culturi energetice destinate pentru biogaz, reziduuri şi deşeuri agricole, deşeuri alimentare, deşeuri industriale, nămoluri de canalizare 4 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

19 Principalul obiectiv pentru instalaţiile de biogaz din Europa este în prezent producţia de energie din surse regenerabile şi în special producţia de energie electrică. Acest lucru se datorează centrării majorităţii schemelor de sprijin public în principal pe instalaţiile de biogaz pentru producţia de energie electrică (tarife feed-in pentru electricitate), care neglijează de multe ori utilizarea eficientă a căldurii. Aceste instalaţii de biogaz (ce neglijeaza utilizarea energiei termice) sunt în special abordate de proiectul BiogasHeat (Dzene et al. 2012). 5 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

20 Obiective ale instalatiilor de biogaz A) Producţia de energie (energie electrică sau/si termică), - maximizarea producerii si utilizarii energiei Eficienţa energetică a instalaţiilor de biogaz poate fi atinsă prin diferite măsuri: i)utilizarea căldurii reziduale de la unităţile CHP(Combined heat and power units) într-un concept menit sa utilizeze energia termica; ii)condiţionarea biogazului la biometan (care sa se apropie de calitatea gazelor naturale cu > 95% metan) si care poate fi injectat în reţeaua de gaze naturale. iii)stabilizarea reţelelor electrice, prin stocarea de energie şi, management activ într-o reţea inteligentă de energie electrică. 6 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

21 B) Tratarea deşeurilor pentru producerea de biogaz - ceea ce de cele mai multe ori se traduce ca un management durabil al deşeurilor; Principala sursă de venit a acestor modele de afaceri este taxa de descărcare pentru tratarea deşeurilor şi numai într-o măsură mai mică, vânzarea de energie (energie electrică şi/sau termică). Tratarea dejectiilor de la fermele de animale reducerea poluarii cu azot si fosfor. 7 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

22 C) Injecţia de biometan în reţeaua de gaze naturale Avantajul injecţiei în reţea este faptul că biometanul poate fi ars la nivel local, acolo unde este cerere pentru încălzire. Tehnologia este încă foarte scumpă şi, de obicei, profitabilă doar la scară mare. Adesea lipsesc stimulentele şi legislaţia adecvată. Instalaţiile trebuie să fie aproape de reţeaua de gaze naturale. 8 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

23 D) Înmagazinare de energie în sisteme de stocare specifice pentru biogaz (de presiune joasă sau înaltă; lichefiat), sau ca biometan în reţeaua de gaze naturale cu scopul de a echilibra încărcarea cu energie electrică şi termică Stocarea biogazului la presiune scazuta De obicei se stocheaza biometan si nu biogaz la presiune inalta E) Use of biogas for transport Transporturi: în Vehicule pe Gaz Natural Comprimat 9 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

24 Arzător pe biogaz în Austria Pilă de Combustie cu Carbonat Topit (MCFC) pentru biogaz în Leonberg, Germania Arzător pentru combustibil cu valoare calorică redusă (LCV) pentru încălzirea digestorului, în Aiterhofen, Germania Sistem sorptiv de stocare a energiei termice 10 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

25 Provocări în ceea ce priveşte utilizarea energiei termice Adesea instalaţiile de biogaz sunt situate în zone îndepărtate, cu nici o cerere de energie termică. În plus, cantitatea şi calitatea căldurii produse nu sunt de multe ori suficiente pentru industriile mari. De aceea, trebuie să fie identificate nişe în care ar putea fi valorificată energia termică în modul cel mai eficient şi profitabil /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

26 Provocări în ceea ce priveşte utilizarea energiei termice (2) Sezonalitatea: Este necesară mai puţină caldură pentru încălzirea digestoarelor în timpul verii. În plus, anumite aplicaţii ale încălzirii, de exemplu, a clădirilor, sunt necesare doar în timpul iernii. Astfel, există adesea un surplus de căldură în timpul verii. Depărtarea: Mai ales instalaţiile agricole de biogaz sunt adesea situate în zone rurale izolate unde nu poate fi identificat niciun consumator de căldură (de exemplu, industrii mici, clădiri publice). Calitatea şi cantitatea de energie termică: Capacitate instalată a instalaţiilor agricole biogaz din Europa este de aproximativ 500 kwterm, care este prea mică pentru utilizarea căldurii de către industriile mari. Unele industrii au nevoie de temperaturi mai mari decât cele care pot fi furnizate de către o instalaţie de biogaz. Riscurile economice: Operatorii instalaţiilor de biogaz care "depind" de consumatori externi de căldură se pot confrunta cu riscuri economice în caz de modificare a cererii. Contractele pe termen lung pot ajuta la diminuarea acestui risc /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

27 Provocări în ceea ce priveşte utilizarea energiei termice (3) Costuri ridicate: Mai multe opţiuni pentru utilizarea căldurii reziduale necesită echipamente suplimentare cu costuri de investiţii ridicate, de exemplu, instalarea de module sau construirea de micro-reţelele de termoficare. Acceptare şi sprijin publice: Construirea de noi micro-reţele de termoficare este posibilă numai în cazul în care cererea de energie termică este asigurată, ceea ce înseamnă că sunt dispuşi să se conecteze suficienţi clienţi. În plus, administraţiile locale trebuie să sustina acest demers si să permită construirea de micro-reţele de termoficare. Preţurile combustibililor fosili: Utilizarea căldurii reziduale de la instalaţiile de biogaz trebuie să fie competitivă cu preţurile combustibililor fosili şi ale altor surse de energie regenerabilă /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

28 Cantitatea şi cererea de energie termică În cele mai multe instalaţii o fracţiune mai mică din căldura generată (20-40%) este necesară pentru sistemul de încălzire a digestorului, însă cea mai mare parte (60-80%) este considerată ca fiind căldură reziduală, care adesea nu mai este utilizată pentru procese ulterioare. Această căldură ar putea fi folosită pentru producerea suplimentară de energie electrică /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

29 Una dintre cele mai simple şi cele mai frecvente utilizări ale energiei termice pentru consumarea de căldură reziduală este încălzirea centralizată şi furnizarea de apa caldă menajeră (DHW) pentru locuinţe. Consumul net de energie pentru încălzire per persoană în gospodării (per m² suprafaţă locuită): 155 kwh/an/m² Având în vedere consumul net de energie pentru încălzire şi apă caldă per persoană, de 7373 kwh/an, producţia de energie de 4000 MWh term într-o instalaţie de biogaz de 500 kw term, ar fi suficientă pentru nevoile energetice anuale ale unui număr de 543 persoane /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

30 Necesarul de căldură pentru digestoare Digestoarele trebuie să fie încălzite, cu scopul de a garanta un proces stabil şi eficient. Gama de temperaturi a digestoarelor obişnuite variază de la 38 C la 44 C pentru instalaţiile tipice mezofile de biogaz, în funcţie de materia primă şi pe procesul general. Digestoarele pot fi încălzite prin diferite tehnologii, de exemplu, prin conducte de încălzire de-a lungul pereţilor fermentatorului, sau prin pomparea digestatului printr-un schimbător de căldură. Aproximativ 25% din caldura produsă este necesară pentru a încălzi digestoarele în condiţiile climatice Central Europene. Pentru a reduce necesarul de căldură al digestoarelor este necesară o izolaţie bună. Peretii digestorului sunt de obicei izolaţi cu panouri spumă solidă /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

31 Întrucât încălzirea digestorului este influenţată de mai mulţi factori, inclusiv detaliile climatice, este dificil să se calculeze valorile exacte pentru necesarul de căldură. Sistemul de distribuţie a căldurii, pentru încălzirea digestorului unei instalaţii de biogaz din Aiterhofen, Germania Izolaţia digestoarelor (panourile portocalii) în Reichenkirchen, Germania 17 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

32 Caracteristici ale motoarelor cu combustie pe biogaz Întrucât conversia energiei în aceste motoare întotdeauna asigură în paralel şi producerea de energie termică, toate motoarele cu gaz sunt definite aici ca unităţi CHP, chiar dacă nu este utilizată căldura; Toate motoarele pe biogaz trebuie să facă faţă provocării unei calităţi variabile a gazelor. Conţinutul de metan este relativ scăzut, atingând niveluri, care sunt chiar mai mici de 45% din volumul total de gaz. Capacităţile generatoarelor pe gaz pot varia intre 10 kw el şi 5 MW el. Mai mulţi producători oferă motoare cu gaz pentru aplicaţii ale biogazului, cum ar fi, de exemplu, Schnell, 2G, Rolls-Royce, Kawasaki, MTU, GE Energy (Jenbacher), Caterpillar, Perkins, MWM, Cummins, Wärtsilä, Dresser-Waukesha, Guascor, sau MAN /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

33 Într-un motor cu gaz, energia este transformată în energie utilizabilă şi neutilizabilă. Următoarele valori arată că, din totalul de energie, aproximativ 90% ar putea fi utilizată (valori medii): 10% pierderi 35% energie mecanică (electricitate) 55% căldură utilizabilă Cea mai mare pondere a căldurii disponibile este de la gazele de eşapament şi de la circuitul de răcire a motorului. 1-3% circuitul de ungere (uleiul de ungere a motorului): C 3-5% pierderi prin radiaţie 30-40% răcirea motorului (apa de răcire): C 50-60% gazele de eşapament: C 19 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

34 Capacitate electrică instalată Motoare Otto pe Gaz Poate fi mai mare de 1MW, capacittăţi <100 kw se găsesc rar Motoare Pilot cu Injecţie pe Gaz < 340 kw Conţinut de metan > 45 % Adecvate şi pentru biogaz cu conţinut foarte scăzut de CH 4 Eficienţa electrică 34-42% 30-44% Durata de viaţă ore ore Combustibil adiţional fără 1-5% ulei de aprindere Adecvabilitate Avantaje mai degrabă pentru instalaţii de biogaz mai mari + proiectate special pentru gaze + valori bune ale emisiei de gaze de eşapament + sunt necesare eforturi pentru întreţinere mai mici + eficienţa totală mai mare decât a motoarelor Pilot cu injecţie mai degrabă pentru instalaţii de biogaz mai mici + costuri de investiţie mai mici + eficienţă electrică mai mare decât a motoarelor Otto cu gaz + cerinţe mai reduse pentru calitatea gazului Caracteristici diferenţiate pe motoare Otto pe gaz şi motoare Pilot cu injecţie pe gaz Dezavantaje - costurile de investiţie sunt ceva mai mari decât pentru motoarele Pilot cu injecţie pe gaz - costuri mai mari datorită unei producţii generale de motoare mai puţin numeroase - eficienţă el. mai redusă decât a motoarelor Pilot cu injecţie pe gaz - sunt necesare eforturi pentru întreţinere mai mari - eficienţa totală mai mică decât a motoarelor Otto cu gaz - este necesar combustibil adiţional (ulei) - valori mai mari ale emisiei de gaze de eşapament (NO x ) 20 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

35 Generator Otto cu gaz într-o instalaţie de biogaz din Germania (Sursa: Rutz) Generator cu combustibil dual (Motor Pilot cu Injecţie) cu capacitate de 235 kw el cu o turbină integrată pe gazul de evacuare cu capacitate de 30 kw el (Sursa: Schnell Motoren AG) 21 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

36 Concluzii Accentul pus pentru cele mai multe instalaţii este de a maximiza producţia de energie electrică din biogaz în unităţi de cogenerare. De cele mai multe ori căldura de la unităţile de cogenerare (cei 65%) este doar parţial folosită, sau de cele mai multe ori, se pierde. Această ineficienţă în utilizarea energiei este o piedică în dezvoltarea unei piete sustenabile a biogazului in Europa. Biogazul intre eficienta si risipa - raspunsul sta in utilizarea caldurii produse nu numai in utilizarea electricitatii /03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

37 Vă mulțumesc! 23 20/03/2014 Contract No. IEE/11/025/SI Project duration 5/4/2012 4/4/2015 Supported by

38 NOTES ON BIOGAS IN ROMANIA AND PROSPECTIVE SITUATION FOR VALORIZATION INTO HEAT ENERGY Nicolae Sdrula 1, Vasile Nikolic 1, Corneliu Craiu 2, Daniela Simina Stefan 3 1- ABR Biofuels Association in Romania M. Eminescu Street, Bucharest, ROMÂNIA 2 - BIOTECHIM S.R.L. 11 Tănase C-tin Street, Bucharest, ROMÂNIA 3 - S.C. IPROCHIM S.A., M. Eminescu Street, Bucharest, Bucharest, ROMÂNIA nicu_zdrula@yahoo.com; v.nikolic@yahoo.com; corneliu_craiu@yahoo.com; simina.stefan@iprochim.ro First author phone: BioGAsHeat , Bucharest

39 BASIC ON RENEWABLE E.U. STRATEGY[1] Renewable energy plays a crucial role in reducing greenhouse gas emissions and other forms of pollution. It is for this reason that the leaders of the European Union have agreed on legally binding national targets for increasing the share of renewable energy, so as to achieve a 20 % share for the entire Union by Increasing their share in our energy mix will help cut greenhouse gas emissions and reduce our collective carbon footprint. A 20 % share of renewable energy [1] could avoid MtCO2 emissions per year. The targets for renewable energy and renewable in transport will contribute to meeting the EU target of at least a 20 % reduction of greenhouse gas emissions by 2020 as compared with This must be combined with more energy efficiency hence the objective of improving the EU s energy efficiency by 20 % as compared with projections for 2020 and reduced consumption of fossil fuels Renewable energy will also help reduce air pollution, thereby having direct effect on our daily health. BioGAsHeat , Bucharest

40 SCENARIO FOR RENEWABLE IN 2020 FOR ROMANIA[2] - For heating For electricity For transport 550 Total 7261 BioGAsHeat , Bucharest

41 THE END OF CHEAP FOSSIL RESOURCES OIL PEAK TODAY OR TOMORROW[3] BioGAsHeat , Bucharest

42 ENERGY POTENTAL OF RENEWABLE SOURCES IN ROMANIA[4] BioGAsHeat , Bucharest

43 BIOMASS POTENTIAL BY TYPE AND REGIONS[5] BioGAsHeat , Bucharest

44 SPREADING OF BIOGAS PLANTS IN ROMANIA [6] BioGAsHeat , Bucharest

45 TOTAL TARGET IN THE NREAPS BioGAsHeat , Bucharest

46 INTERNATIONAL FIGURES AND TRENDS[6] Appr biogas plants in 2012 (2/3 in GER), MWel Future market growth outside of Europe (US, Can, China, India, Japan) BioGAsHeat , Bucharest

47 BIOGAS PLANTS AND THE TOTAL INSTALLED ELECTRIC OUTPUT IN MEGAWATT IN 2011 NOVEMBER FOR GERMANY[7] BioGAsHeat , Bucharest

48 BIOGAS PRODUCTION FROM AGRICULTURE WASTES (EXAMPLE FOR A PLANT OF 500kW) Biogas Plant Margarethen/Moos-Austria Feeding: Used substrate (9.980 t/year): Corn silo, Sudan grass, liquid manure Outputs: Electrical power: 500 kw el Thermal energy: 535 kw therm Annual energy production: Electricity: 3,9 Mil. kwh/year Heat: 4,2 Mil. kwh/year Biogas: 1,4 Mil. Nm 3 /year BioGAsHeat , Bucharest

49 SHORT BIOGAS HISTORY IN ROMÂNIA[8] Acum cca şase decenii, România a inceput dezvoltarea unui proiect cuprinand cercetare, pilotare şi realizare a unor capacitati de producere biogaz, respectiv: 1. Instalaţii mari, cuplate cu staţiile de epurarea apelor. Capacitate uzuala 2000 mc/zi Capacitatea totală estimată la 85,000m3 biogaz/zi (30 milioane mc/an). 2. Dezvoltarea de instalaţii pentru sectorul agricol (inclusiv în unităţile mici) 3. Instalaţii pilot pentru deşeuri animaliere cu o capacitate de 30 m3*zi-1 4. Instalaţii pilot semi-industriale la fermele de porci cu o capacitate de 580 m3*zi-1 5. Instalaţii mici (individuale).capacitati 5,10, 20, 30, 40,50mc/zi 8. La fermele de porci. Capacităţile tipice au fost în jur de 7,000-8,000 m3*zi-1 S-au planificat în total 5169 instalaţii mici şi medii şi 32 instalaţii industriale. - Rezultatele programului pe 30 ani au constat într-un total de 400 instalaţii, cu o producţie totală de energie de 0,18 TWh*year-1. - Proprietarul acestor instalatii a fost statul, prin societatile sale. - După Decembrie 1989, un lung proces de reorganizare, privatizare si lichidare a societăţilor respective a avut loc, având ca rezultat o depreciere treptată şi dezmembrare a instalaţiilor de producere a biogazului. - Practic, nici o instalaţie din cele 400 dezvoltate nu mai exista în Informaţiile disponibile pentru aceste instalaţii sunt puţine. BioGAsHeat , Bucharest

50 TECHNOLOGICAL SCHEME FOR BIOTECHIM BIOGAS PRODUCTION[9] BioGAsHeat , Bucharest

51 INSTALAŢIE DE EPURARE ANAEROBĂ SUBTERANĂ A APELOR DIN GOSPODĂRII, CU PRODUCŢIE DE BIOGAZ VOLUM = 6; 8; 12; 16; 25; 50; 100 m3 BioGAsHeat , Bucharest

52 INSTALATIE GOSPODAREASCA VEDERE IN PLAN Ape menajere Dejectii animaliere BIOGAZ Efluent fertilizant BioGAsHeat , Bucharest

53 INSTALATIE DE DIGESTIE ANAEROBA, 800M3, TIMISOARA 1983 BioGAsHeat , Bucharest

54 INSTALATIE PENTRU DIGESTIE ANAEROBA DIN METAL, VOLUM UTIL 4x1.250 M3, CU 2 GAZOMETRE VOLUM 1.000M3 REALIZATA IN ANUL 1985, LA FERMA DE PORCI CARACAL JUD. OLT A FUNCTIONAT PANA IN ANUL 1992, PRODUCTIA DE BIOGAZ 4x800 M3/ ZI BioGAsHeat , Bucharest

55 SCHEMA TEHNOLOGICA LA INSTALATIILE IN FLUX CONTINUU[10] BioGAsHeat , Bucharest

56 BIOGAS PRODUCTION PLANT BY HORIZONTAL FLUX PRINCIPLE SCHEME BioGAsHeat , Bucharest

57 DIGESTORS WITH TWO FERMENTATION STEPS BioGAsHeat , Bucharest

58 BIOGAS END USES[11] BioGAsHeat , Bucharest

59 BIOGAS AND CO-GENERATION[10] BioGAsHeat , Bucharest

60 BIOGAS AND CO-GENERATION[10] BioGAsHeat , Bucharest

61 BIOGAS AND CO-GENERATION[10] BioGAsHeat , Bucharest

62 RURAL Bio-Energy PARK MANAGEMENT R Park Administration External energy and supply Services - Electric - Natural gas Raw biomass Bio-wastes or annimal based materials from local or shot distance supply External clean Water to emissary External waste disposal Thermo Electric Central Waste and Water Management Wind Power Turbines Solar PV Pannels Sawdust based centrals Solar Heat Captions Units Heat pumps Biofuels units (bioethanol, biodiesel, crude oil. Bio-oil) Biogas units Electricity Hot water External energy market Village Citizen of BioEnergy Park R A.B.R. Priority 4 th BioGAsHeat Black See Conference , Bucharest

63 CONCLUSIONS - Romanian biomass huge potential is still just a few turning in account, with negative consequences as regard environmental pollution, growing up of GHG released into atmosphere and loosing of raw material, money and energy, due to weak interest for renewable when compared with fossil fuels. - An important step is replacing of the actual burning stove (15% yield) with gasification stove (95% yield) conducting to a huge save of scarified wood mass (6 times!) - The most important way to valorise the waste biomass, mixed with a versatile palette of other sources of bio-materials, including the sludge resulting from waste water treatment stations, is given by biogas production continued by a cogeneration unit supplying thermal heat and electric energy. - Eastern European countries, especially Romania, with still substantial agriculture sectors can benefit from biogas development as it contributes direct to rural income generation and creation of real, positive, non contested jobs. -The participation of the agricultural sector to the construction of bio energetic park, including pyrolisis, gasification and bio-gas, is the major important step in a sound waste management due to its resource saving potential. -ABR can offer today an promising alternative to BIOGAS Vest countries technologies, offering turn key plant with lower investment costs (1/2), high yield (near 100%), easy maintenance,technical assistance for erection and commissioning and consultancy. BioGAsHeat , Bucharest

64 REFERENCES [1] Günther Oettinger, European Commissioner for Energy, Renewable make the difference European Union, 2011 [2] Romanian Master Plan for Biomass, Version [3] Alexandre C. DIMIAN, Bio-refinery, the future of the chemical industry? -XXXII-nd Romanian Chemistry Conference October 2012 [4] Dan Ionescu, Simpozion BiogasIn, Dezvoltarea unei Pieţe Durabile pentru Biogaz în Europa Centrala si de Est, Bucureşti, [5] Roxana Petrescu, Care sunt cele mai bune zone pentru a face energie din resturi de lemn sau deşeuri agricole? Harta biomasei, Ziarul Financiar, 25 oct 2012 [6] Project No: IEE/11/025 Biogas markets and the use of heat of biogas plants in Austria, Croatia, Czech Republic, Denmark, Germany, Italy, Latvia, Poland and Romania, October 2012 [7] German Biogas Association, Fachverband Biogas e.v. [8] Augustin Ofiţeru, Mihai Adamescu, Dan Ionescu, Project BIG>EAST. Raport 2.2. Sumarul pachetului 2 de lucru, [9] BIOTECHIM, brevet OSIM 1985, Autor: Corneliu Craiu Procedeu si instalatie de epurare anaeroba a apelor uzate cu incarcare organica biodegradabila [10] V. Nikolic, Producerea si utilizarea biogazului, Chiminform Data, Bucuresti, 2005 [11] Training Manual Project deliverable of BIOEXELL -European Biogas Centre of Excellence THANKS FOR YOUR ATTENTION! BioGAsHeat , Bucharest

65 BiogasHeat - Dezvoltarea unor pieţe de energie termică sustenabile pentru instalaţiile de biogaz din Europa Optiuni pentru utilzarea energiei termice de la instalatiile de biogaz Dr. Dan Ionescu - 20 Decembrie /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

66 Modalități de utilizare a biogazului 2 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

67 Încălzirea 1 Proiectarea sistemelor de încălzire Caracteristicile cererii de energie termică: Cererea totală de energie termică Cererea anuală de energie termică Cererea de vârf de energie termică Variaţia sezonieră a cererii de energie termică Termoficarea Utilizarea directă de căldură în sisteme de termoficare. Scara sistemului de termoficare poate varia de la sisteme la scară foarte mică în care sunt conectate doar câteva locuinţe (micro-reţele de încălzire), la sisteme la scară mare, în care pot fi conectate oraşe întregi. Energia termică este distribuită consumatorilor prin intermediul unei reţele de conducte (prin care circulă apă caldă) şi în mod direct sau indirect, consumatorii sunt conectați prin schimbătoare de căldură. Echipamentele auxiliare pot include schimbătoare de căldură şi echipamente de conectare, sisteme de stocare de căldură şi calorimetre. 3 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

68 Încălzirea 2 Termoficarea Deşi sistemele moderne de termoficare sunt foarte eficiente, pierderile de căldură sunt inevitabile: Lungimea sistemului de conducte Izolaţia conductelor Tipul de sol Grosimea stratului de sol de deasupra conductelor Volumul, debitul şi temperatura apei din circuit Diferenţa de temperatură prevăzută la schimbătorul de căldură final Numărul de schimbătoare de căldură care sunt conectate în serie 4 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

69 Încălzirea 3 Termoficarea Consumatori de căldură Cu cerere continuă: marii producători de carne, acvacultori, spălătorii, centre de recreere, spitale, piscine şi SPA-uri. Cu cerere discontinuă: hoteluri, cantine, depozite alimentare, şcoli şi locuinţe rezidenţiale private. Condiții Costurile de instalare considerabile - cu cât sunt mai mari distanţele dintre centrala de biogaz şi consumatorul de căldură, cu atât mai mari sunt costurile. În cele mai multe proiecte, distantele sunt mai mici de 4 km. Datorită costurilor şi eforturilor mari necesare pentru construirea unui sistem de termoficare, ar trebui să se facă contracte pe termen lung între furnizor şi consumator. 5 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

70 Încălzirea 4 Termoficarea Tipuri de contracte Alimentare bazală cu energie termică - operatorul centralei de biogaz furnizează numai fracţiunea disponibilă de caldură, nu garantează furnizarea integrală de energie termică. Prin urmare, este necesar ca, consumatorul de energie termică, să fie echipat şi cu încălzitoare suplimentare. Alimentare integrală cu energie termică - întreaga cererea de energie termică este asigurată de operatorul centralei de biogaz, inclusiv furnizarea la cererea de vârf de ex. în ierni reci, precum şi aprovizionarea în caz de întreţinere sau defecţiune a sistemului. Vânzarea către companiile de termoficare - compania de termoficare cumpară energia de la operatorul instalaţiei şi garantează alimentarea integrală cu energie termică la consumatorul de căldură, ea fiind aceea care suportă cererile de vârf şi de urgenţă. 6 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

71 Încălzirea 5 Termoficarea Stocarea de energie Rezervoare tampon - folosite pentru egalizarea variaţiilor zilnice si pe termen scurt ale cererii de energie termică. Potrivit unui exemplu al lui Gaderer et al. (2007), în Germania, utilizarea unui rezervor tampon permite aprovizionarea a aproximativ 20 de case uni-familiale, de la o instalaţie de biogaz de 150 kwel şi 57 case unifamiliale, de la o instalaţie de biogaz de 500 kwel. Sisteme de stocare sezoniere - permit stocarea căldurii reziduale produse în timpul verii pentru consumul din timpul iernii. Ele sunt, de obicei, depozite de căldură tip foraj care stochează energie termică în sol. Pentru acest caz, Gaderer et al. (2007) a arătat că pot fi alimentate aproximativ 48 de case uni-familiale, de la o instalaţie de biogaz de 150 kwel şi 135 case uni-familiale, de la o instalaţie de biogaz de 500 kwel. 7 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

72 Termoficarea Încălzirea /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

73 Încălzirea 7 Încălzirea halelor pt. creșterea animalelor Creșterea porcilor - porcii au nevoie de hale calde şi uscate, care să îi protejeze de frigul iernii, în funcţie de vârste. Creșterea păsărilor pt. găini, curcani, raţe şi gâşte, cu două variante: sistem centralizat (pretabil) și radiatoare electrice locale. Sere - cel mai potrivit în sere este cu circuite de incalzire cu apă. În plus, trebuie luată în considerare şi utilizarea CO 2 de la fluxul de gaze de ardere din unitatea CHP, deoarece CO 2 sporeşte creşterea plantelor. Acvacultura exista multe tipuri de sisteme moderne: sistemul integrat de piscicultură & irigaţii, sistemul acvaponic (acvacultură ex. piscicultură, integrată cu legumicultură hidroponică). De asemenea, există și sistemul biogaz - acvacultură. Acvaculturile încălzite sunt încă rare în Europa însă pot fi o sursă nouă interesantă de venit, care permite şi creșterea unor specii tropicale de pești și creveți în climatele europene. 9 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

74 Acvacultura Încălzirea /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

75 Încălzirea 9 Transportul căldurii în containere Tehnologii pentru stocare de căldură: Sisteme de stocare prin căldură latentă - căldura este stocată prin folosirea căldurii de topire a unei substanţe numită material cu schimbare faza care poate fi acetatul de sodiu dizolvat (trihidrat) iar schimbarea de fază a acestuia este izotermă. Sisteme de stocare termodinamică (cu stocare termică sorptivă) - sunt utilizaţi zeoliţi, aceștia având o suprafata foarte mare de adsorbţie (un gram de peleţi de zeolit are o suprafaţă de până la 1000 m²). Atunci când vaporii de apă trec prin materialul zeolit, vaporii sunt adsorbiţi iar căldura lor este eliberată, astfel, sistemul e util nu numai pentru stocare de căldură, ci și pentru uscare. Schema unui sistem de stocare prin căldură latentă 11 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

76 Încălzirea 10 Limitări ale transportul căldurii în containere Distanţa maximă de transport de 30 km Risc general datorită lipsei de experienţă pe termen lung cu aceste sisteme Capacitate termică minimă necesară de 250 kw Cerere minimă de energie termică de 125 kw Depinzând de tipul de sistem, pot fi oferite doar valori mici ale temperaturii (de ex. 48 sau 78 C) Sunt necesare drumuri de acces corespunzătoare şi spaţiu suficient pentru containere Trebuie evitate conflictele cu vecinii datorită traficului crescut Numărul de cicluri de încărcare este teoretic nelimitat, însă nu există experienţă pe termen lung 12 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

77 Încălzirea 11 Încălzirea pentru alte scopuri Producerea medicamentelor: încălzire pentru procesele de uscare şi extracţie din plante Spălătorii: apă caldă pentru spălarea textilelor Industria laptelui: încălzirea şi răcirea produselor lactate Producţia de micro-alge: încălzirea şi răcirea reactoarelor şi fertilizarea cu CO2 Industria agro-alimentară: apă caldă şi abur pentru procesare, curăţare şi igienizare Managementul deşeurilor: igienizarea materiei prime din deşeuri 13 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

78 Uscarea 1 Temperatura și umiditatea aerului Conţinutul de apă al aerului la diferite valori ale temperaturii 14 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

79 Uscarea 2 Temperatura de uscare Perioadele şi temperaturile de uscare pentru diferite materiale 15 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

80 Tehnologii de uscare Uscarea /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

81 Uscarea 4 Procesarea digestatului separarea solid-lichid - cu separatoare tip presă cu şurub sau cu centrifugă de decantare. faza uscată a digestatului poate fi mai departe compostată sau uscată. Uscarea digestatului - se poate face cu uscătoare solare, tip sere, sau cu căldura reziduală de la instalaţii de biogaz. Cele două sisteme pot fi de asemenea combinate (uscare hibridă). peletizarea (și peletizarea necesită căldură). tratarea - în cazul în care digestatul pune probleme chimice (ex. metale grele) sau și biologice (bacterii, spori etc. - de obicei aproape total eliminate, la uscare). Uscarea lemnului - pt. putere calorică, depozitare etc. Uscarea produselor agricole perioada de depozitare, măcinare etc /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

82 Răcirea 1 Instalații frigorifice Tipuri instalații Instalaţiile frigorifice cu compresie de vapori sunt cele mai utilizate instalaţii pe scară largă pentru condiţionarea aerului, precum şi pentru răcire în frigidere casnice şi comerciale. Nucleul acestui sistem este compresorul, care funcţionează cu energie electrică. Instalaţiile frigorifice cu absorbţie utilizează în principal o sursă de căldură ca principală energie pentru procesul de răcire. Instalaţiile frigorifice cu absorbţie sunt o alternativă la instalaţiile frigorifice obişnuite cu compresor, acolo unde energia electrică este nesigură, costisitoare, sau indisponibilă, în cazul în care zgomotul de la compresor este problematic, sau acolo unde este disponibil un surplus de energie termică aşa cum este cazul instalaţiilor de biogaz /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

83 Răcirea 2 Instalații frigorifice cu absorbție 19 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

84 Răcirea 3 Aplicații ale răcirii Răcirea cu ajutorul căldurii reziduale de la instalaţiile de biogaz este o aplicaţie de nişă şi nu este implementată la scară mare, insă exemplele pot include: micro-sisteme de răcire centralizată special destinate, care conectează doar unul sau câţiva consumatori (avantajul este că cea mai mare cantitate de căldură este disponibilă în timpul verii atunci când există o cerere mare de răcire). climatizarea cladirilor publice şi private climatizarea construcţiilor pentru depozitarea alimentelor: cereale, legume, fructe, carne climatizarea adăposturilor pentru animale: creşterea porcilor climatizarea încăperilor pentru serverele pentru procesarea datelor industria peştelui: răcirea halelor de depozitare şi fabricarea gheţii industria laptelui: răcirea laptelui la nivelul fermei; răcirea pentru prelucrarea industrială a laptelui şi produselor lactate mica industrie: răcirea de proces a uneltelor pentru prelucrarea polimerilor 20 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

85 Producerea suplimentară de electricitate 1 Motoare termice Căldura reziduală de la instalaţiile de biogaz, cu temperaturi cuprinse între 80 C şi 550 C este mult mai puţin valoroasă, deoarece este mult mai dificil să fie convertită în alte forme de energie. Totuşi, există soluţii tehnice pentru a converti căldura reziduală în energie electrică suplimentară (care adaugă o valoare suplimentară, având în vedere prețul mai ridicat) în cicluri termodinamice şi, prin urmare, acestea pot crește eficiența energetică cu până la 20%. În plus, poate fi utilizată în continuare și căldura reziduală de la acestea. Motoare termice cu cicluri termodinamice pentru temperaturi scăzute Cicluri Clausius-Rankine (CRC) - turbina cu CRC Ciclul Rankine Organic (ORC) - turbina cu ORC Ciclul Kalina - turbina cu ciclu Kalina Motorul Stirling Turbina cu gaze de ardere 21 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

86 Producerea suplimentară de electricitate 2 Ciclul Clausius-Rankine Utilizat în cele mai multe sisteme tradiţionale şi noi de generare a energiei electrice, inclusiv în centrale electrice solare, termice, cu biomasă, pe cărbune şi nucleare /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

87 Producerea suplimentară de electricitate 3 Ciclul Rankine Organic Permite utilizarea de surse de căldură cu temperatură mai mică, cum ar fi căldura reziduală de la instalaţiile de biogaz, cu temperaturi de C, datorită punctului de fierbere mai mic al fluidelor organice, în comparaţie cu punctul de fierbere al apei de 100 C /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

88 Producerea suplimentară de electricitate 4 Ciclul Kalina Avantaje ale procesului de Kalina, în comparaţie cu procesul ORC: Amoniacul şi apa sunt fluide mai ieftine decât fluidele organice pentru procesele de ORC. Este posibilă adaptarea la diferite valori ale temperaturii. Eficienţa energetică este mai mare decât pentru unităţile ORC. Dezavantaje ale procesului de Kalina, în comparaţie cu procesul ORC: Experienţa pentru modulele mici cu ciclu Kalina pentru instalaţiile de biogaz este foarte limitată. Amoniacul are potenţial de coroziune ridicat ceea ce conduce la uzură şi defecţiuni mai mari şi necesită echipamente speciale. Costurile totale de investiţii sunt mai mari decât pentru unităţile ORC. Amoniacul este inflamabil şi exploziv. Însă, sunt foarte rare exemple de cicluri Kalina pentru instalaţiile de biogaz /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

89 Producerea suplimentară de electricitate 5 Motorul Stirling Un motor Stirling este un motor termic ce funcţionează prin compresie şi destindere ciclică de aer sau de alt gaz la diferite valori de temperatură utilizând o sursă exterioară de căldură, cum ar fi căldura reziduală de la instalaţiile de biogaz. Principiul de bază al motorului este un ciclu în care gazul rece este comprimat, încălzit, destins, iar în cele din urmă răcit înainte ca ciclul să se repete. Astfel sistemul este închis şi nu se adaugă şi nu este eliberat niciun gaz din motor, prin urmare, aceasta este clasificat ca şi un motor cu ardere externă. În general, motoarele Stirling au o eficienţă mult mai mică decât motoarele cu ardere internă şi sunt astfel implementate doar în aplicaţii de nişă. Utilizarea căldurii reziduale de la instalaţiile de biogaz este foarte limitată din cauza temperaturilor scăzute ale căldurii reziduale deoarece motorul funcţionează mai bine la temperaturi ridicate (peste 900 C) /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

90 Producerea suplimentară de electricitate 6 Turbina cu gaze de ardere O altă oportunitate de a creşte producţia totală de energie electrică a unei instalaţii de biogaz este includerea unei turbine cu gaze de ardere, în fluxul de gaz de eşapament de la ieşirea motorului cu gaz. Provocarea este evitarea coroziunii la nivelul turbinei, deoarece gazele de eşapament au caracteristici corozive. Până în prezent, doar câţiva producători oferă sisteme cu turbine cu gaze de ardere /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

91 Biogazul pentru managementul de sarcină şi pentru stabilitatea reţelei Rețele inteligente O provocare cheie a sistemelor energetice viitoare şi mai ales a sistemelor de energie electrică viitoare este integrarea mai multor surse de energie diferite, mici şi descentralizate în sistemul energetic global. Cu un aport tot mai mare al energiilor eoliană şi solară alimentate în reţelele electrice, trebuie să fie găsite sisteme noi şi inteligente de management, cu scopul de a menţine stabil sistemul de energie electrică. Un rol important în stabilizarea reţelei viitoare de energie electrică va fi al sistemelor de stocare a energiei, precum şi al sistemelor care pot reacţiona la schimbarea sarcinii în sistem, într-un timp scurt. Gazele naturale, biogazul şi biometanul sunt purtători de energie, care pot fi uşor stocaţi la diferite volume, de la depozitele de gaze mici, care fac parte din fiecare centrală de biogaz, la cele la scară mare, cum ar fi reţeaua de gaze naturale însăşi. Mai mult, energia electrică de la generatoarele cu gaz (turbine, motoare) poate fi pornită şi oprită într-un interval de timp foarte scurt. Prin urmare, aceste sisteme sunt foarte potrivite pentru a stabiliza reţeaua şi pentru a echilibra sarcina /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

92 Biometanul şi Energie Electrică - în - Gaz 28 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

93 Concluzii Există o diversitate de soluții pentru creșterea eficienței energetice a unei centrale pe biogaz prin recuperarea și utilizarea căldurii reziduale de la unitatea de cogenerare. Importanța recuperării căldurii reziduale nu răspunde numai cerințelor de mediu ci reprezintă o sursă importantă de venituri. Tehnologiile viitoare vor asigura creșterea eficienței energetice prin soluții tehnice integrate de tipul rețelelor inteligente și a biometanului-în-electricitate, prin care este vizată și recuperarea căldurii reziduale 29 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

94 Vă mulțumesc! 30 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

95 BiogasHeat Bucuresti AB ENERGY IN ROMANIA FACILITATI EXISTENTE SI PLANURI DE VIITOR Costin Ionescu Regional Sales Manager

96 Cogenerarea cu motoare cu ardere interna Gaz natural Intrari:- natural gas Iesiri:- electricitate - energie termica apa calda apa fierbinte abur ulei diatermic utilizarea directa a caldurii gazelor de ardere - apa racita - CO 2 - N 2

97 Cogenerarea cu motoare cu ardere interna Gaz natural Avantaje: - economie de pana la 30% din energia primara = beneficii masurabile si cuantificabile; - cogeneratrea and trigeneratrea sunt alegeri strategice in domeniul eficientei energetice; - reducerea emisiilor de CO 2 pentru aceeasi cantitate de energie consumata; - managementul continuu si sigur al productiei de energie electrica si termica; - bonus pentru cogenerarea de inalta eficienta ; - sustinuta prin Directiva Parlamentului European nr. 2012/27/UE, referitoare la eficienta energetica. 3

98 Bio-cogenerarea Biogaz Gunoi de grajd (porci, vaci, pui) Resturi agricole (paie, frunze de sfecla de zahar) Resturi organice agro-industriale (sere, resturi vegetale, drojdie, ape uzate din distilerii, fabrici de bere si crame) Resturi organice de la abatoare Namol de la SEAU Fractia organica a deseurilor municipale Fractia organica a deseurilor industriale (apa reziduala din fabricile de hartie) Plante energetice 4

99 Bio-cogenerarea Biogaz 5

100 ECOMAX Aplicatii Industrie APG Sere Biogaz din agricultura Biogaz din deseuri industriale Biogaz din deseuri municipale 6

101 ECOMAX Avantajele solutiei modulare de cogenerare Fara autorizatie de constructie Instalare si pornire rapida si simpla Poate fi reamplasat Flexibil Scalabil Disponibil 7

102 ECOMAX Solutia Ecomax pentru aplicatii cu gaz natural 1. Container pentru motor si echipamente auxiliare 2. Amortizor de zgomot 3. Racitor de urgenta 4. Sistem de admisie aer 5. Sistem de monitorizare 6. Recuperator de caldura din gazele de ardere 7. Circuit de by-pass 8. Cos de evacuare gaze 8

103 ECOMAX BIO Solutia Ecomax pentru aplicatii cu biogaz TORTA DE URGENTA AMORTIZOR DE ZGOMOT SI COS DE FUM SISTEM DE STOCARE ULEI DE LUBRIFIERE RACITOR DE URGENTA SCHIMBATOR DE CALDURA IN PLACI SISTEM DE ADMISIE AER SISTEM DE TRATARE BIOGAZ CONTAINER PENTRU MOTOR SI ECHIPAMENTE AUXILIARE SISTEM DE MONITORIZARE 9

104 ECOMAX BIO Studiu de caz - Cogenerarea in industria procesarii carnii Romania Filipesti de Padure ECOMAX 10 BIO proiect ce integreaza o fabrica de procesare carne si productie produse din carne - Putere electrica 1 MW - Recuperare energie termica apa calda la 90 o C abur la 180 o C, 8 bar, 640 kg/h - Biomasa utilizata porumb siloz - Necesar aproximativ t/an - In viitor se vor folosi si deseurile din procesul de productie 10

105 Service Avantajele contractului de service 11

106 Service Stoc disponibil 30 Cel putin 30 de motoare noi, de diferite tipuri si puteri Management direct al fiecarei componente a sistemului 12

107 Service Service de la distanta Controlul de la distanta prin conexiune ADSL Centru de competenta si back office pentru optimizarea comunicarii cu utilizatorul final 13

108 Service Oferta variata de service 14

109 Despre Gruppo AB Puncte forte Multidisciplinaritate Calitate totala «One-stop shop» Flexibilitate Prezenta directa Competente multidisciplinare integrate: inginerie, productie, instalare, service Produse de inalta calitate: performante imbunatatite si siguranta in functionare pentru fiecare sistem in parte Un singur punct de referinta pentru clientul final, de la proiectare si pana la service Sisteme ce combina advantajele standardizarii cu proiectarea solutiilor personalizate Prezenta directa pe pietele de referinta 15

110 Despre Gruppo AB Experienta Aproximativ 1100 MW instalati Peste 500 de centrale supravegheate permanent Peste 800 de sisteme proiectate si executate 16

111 Organizare Complex industrial in Orzinuovi Spatiile de proiectare si productie ale AB sunt organizate pe o suprafata totala acoperita de peste m 2, incluzand birouri, productie si depozitare. AB are mai mult de 500 de angajati. 17

112 Referinte Gruppo AB 600 de clienti; unii dintre ei sunt: 18

113 Va multumesc pentru atentia acordata! Costin Ionescu tel:

114 Concepte inovative pentru utilizarea eficientă a biogazului Opțiuni pentru utilizarea energiei termice de la instalațiile de biogaz Dr. Augustin Ofițeru -20 Decembrie 2013 Workshop energia termică în stațiile de biogaz 1 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI /4/2012 4/4/2015

115 Există mai multe opţiuni diferite pentru utilizarea biogazului. Cea mai comună utilizare astăzi, este arderea biogazului în unităţi de cogenerare (CHP) de energie electrică şi termică. Acest lucru se face de obicei la locaţia instalaţiei de biogaz. Pentru o integrare adecvată sunt investigate, introduse şi aplicate noi concepte de utilizare a biogazului pentru diferite aplicaţii.

116 Conducte de biogaz şi unităţi CHP satelit Aşa-numitele unităţi CHP satelit, care sunt situate în apropierea unui consumator de căldură, sunt cunoscute ca micro-rețele de biogaz Cu scopul de a utiliza integral energia termică, biogazul este transportat printr-o conductă dedicată pentru biogaz, la consumatori.

117 Comparaţie între diferite caracteristici ale conductelor de biogaz şi de căldură Caracteristici Conducte de biogaz Conducte de căldură Locaţia unităţilor CHP De obicei o unitate CHP la locaţia instalaţiei de biogaz (pentru încălzirea digestorului) şi câteva unităţi CHP satelit end la capătul conductei de biogaz Agentul transportat Biogaz Apă caldă Una sau câteva unităţi CHP centralizate la locaţia instalaţiei de biogaz Compresor/pompă Compresor de gaz Pompă de circulare a apei Numărul conductelor Conducta Pierderi Măsuri de pregătire Condiţii cadru legislative Costuri Maturitatea implementării Gradul de adecvare general Este necesară doar o conductă Conducte de gaz; rezistente la coroziune; oţel acoperit anticoroziv sau ţevi din material sintetic Pierderi de gaz mici Uscarea gazului, desulfurare (<10ppm), presurizare Situaţia legislativă adesea nu este clară şi nu este definită clasificarea conductelor de biogaz; Sunt practicate cerinţe de siguranţă mari Costurile pentru compresoarele de gaz sunt mult mai mari decât cele pentru pompele de circularea apei Există doar puţine exemple în unele ţări Mai bune pentru distanţe mari Sunt necesare conducte tur şi retur pentru un circuit închis al apei Conducte de termoficare izolate; de obicei constau în material sintetic Pierderile de căldură depind de izolare, însă pierderile de energie sunt în general mai mari decât cele de gaz Încălzirea apei Sisteme de obicei omologate Costurile de instaslare pentru conductele de căldură sunt de obicei mari Sunt aplicate la scară largă sistemele de termoficare mici Mai bune pentru distanţi mici

118 Condiţionarea biogazului şi injectarea biometanului în reţea O altă opţiune pentru utilizarea eficientă a biogazului este condiţionarea biogazului la calitatea biometanului şi injectarea adiacentă a biometanului în reţeaua de gaze naturale. În procesul de condiţionare, biogazul este într-o primă etapă, curăţat de impurităţi, cum sunt hidrogenul sulfurat, apa, amoniacul, azotul, siloxanii, particulele solide şi oxigenul.

119 Tehnologii de purificare a metanului din biogaz Tehnologii cu adsorbţie: adsorbţie cu oscilare a presiunii (PSA) Tehnologii cu absorbţie: spălare cu apă, spălare organică fizică, spălare chimică Tehnologii cu permeabilitate: separare prin membrană la presiune ridicată, separare prin membrană la presiune scăzută Tehnologii criogenice de purificare

120 Tehnologia de adsorbţie la presiune oscilantă (PSA) în Aiterhofen, Germania Instalaţie de purificare cu scruber cu apă al Swedish Biogas International, în Linköping, Suedia

121 Transportul biometanului în containere Pentru amplasamente care nu au reţea de gaze naturale sau nu au acces la reţeaua de gaze naturale Gazul combustibil este presurizat şi pompat în containere sub forma aşa-numitului Bio-CNG (gaz natural comprimat) sau CBG (biometan comprimat)

122 Avantajul principal este densitatea energetică mai mare, care este de aproximativ 5 ori mai mare decât cea a Bio-CNG, astfel că transportul containerelor pe distanţe lungi devine mai eficient. Însă, este necesară o cantitate considerabilă de energie pentru procesul de lichefiere. Instalație de biogaz (Swedish Biogas International) care produce LBG în Linköping, Suedia

123 Utilizarea biometanului în transporturi Biometanul este din ce în ce mai văzut ca o alternativă viabilă la alţi combustibili în sectorul transporturilor. O provocare majoră în utilizarea CBG (precum şi a CNG) este stocarea biometanului în vehicul şi distanţa maximă de parcurs limitată cu un rezervor plin. Adesea sunt utilizate sisteme duale de combustibil pentru metan şi pentru benzină/etanol sau motorina Există, de asemenea, un număr tot mai mare de vehicule destinate pentru biometan, care sunt optimizate pentru o mai bună eficienţă şi o mai bună plasare a rezervoarelor de gaze, fără a pierde din spaţiul pentru bagaje.

124 Staţie de alimentare cu biometan a Svensk Biogas din Linköping, Suedia Rezervor pentru CBG al unui camion, Suedia

125 Biogazul pentru managementul de sarcină şi pentru stabilitatea reţelei O provocare cheie a sistemelor energetice viitoare şi mai ales a sistemelor de energie electrică viitoare este integrarea mai multor surse de energie diferite, mici şi descentralizate în sistemul energetic global. Un rol important în stabilizarea reţelei viitoare de energie electrică va fi al sistemelor de stocare a energiei Reţelele inteligente de energie electrică, cu sisteme de cerere şi de furnizare automată interdependentă şi comunicantă de energie electrică sunt numite şi reţele inteligente. Gazele naturale, biogazul şi biometanul sunt purtători de energie, care pot fi uşor stocaţi la diferite volume Mai mult, energia electrică de la generatoarele cu gaz (turbine, motoare) poate fi pornită şi oprită într-un interval de timp foarte scurt.

126 Biometanul şi Energie Electrică la singaz O opţiune pentru a rezolva problema, cu scopul de a menţine stabilă reţeaua de energie electrică

127 Concluzii Biogazul oferă o multitudine de soluții pentru probleme de mediu și energetice. Soluțiile sunt diverse, eficiența acestora rezultă din integrare avansată, dependentă de proiectul particular vizat. Integrarea oferă soluții macro și micro de dezvoltare. Există o strânsă interdependență între know-how și soluțiile aplicate. Proiectele pentru biogaz implică o componentă de co-interesare a factorilor de răspundere locali și naționali /03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de

128 Vă mulțumesc! 15 20/03/2014 Contract Nr. IEE/11/025/SI Durata proiectului 5/4/2012 4/4/2015 Sprijinit de