Atsinaujinantys energijos ištekliai pažangiose energijos gamybos įrenginiuose

Transkriptas

1 Atsinaujinantys energijos ištekliai pažangiose energijos gamybos įrenginiuose Degimo procesų laboratorijos vadovas dr. Nerijus Striūgas Seminaras Atsinaujinančiosios energetikos tiriamieji ir taikomieji darbai Lietuvoje. VšĮ Lietuvos verslo paramos agentūra, Savanorių pr. 28, Vilnius, 2019 m. birželio 11 d.

2 Biomasė biologiškai skaidi produktų, atliekų ir žemės ūkio (įskaitant augalines ir gyvulines medžiagas), miškininkystės ir su ja susijusių pramonės šakų atliekų dalis, taip pat biologiškai skaidi pramonės ir komunalinių atliekų dalis Statybinės atliekos Komunalinės atliekos Gyvūninės kilmės atliekos Nuotėkų dumblas Dumbliai Miško mediena Vandens augalai Bioresursai Pjovimo atliekos Energetiniai augalai Žievės, lapai, miškai, paklotas Agroatliekos Aliejai/Riebalai Kultivuojami augalai Žolės

3 Galimi energijos gamybos keliai iš biomasės Pjovimas, surinkimas ir pan. Paruošimas (spaudimas, džiovinimas, maišymas ir pan.) Transportavimas (sunkvežimiai, traktoriai, konvejeriai, vamzdynai, laivai, traukiniai ir pan.) Saugojimas (sandėliai, silosai, rezervuarai ir pan.) Termocheminė konversija Fiziko-cheminė konversija Biocheminė konversija Karbonizacija Dujinimas Pirolizė Spaudimas/ekstrakcija Esterifikacija Fermentavi mas Anaerobinis pūdymas Aerobinis pūdymas Kietasis kuras Anglis Generatorinė s dujos Skystieji produktai Aliejai RRME Alkoholiai Biodujos Kietasis kuras Dujinis kuras Skystasis kuras Kuro celės Deginimas Termo-mechaninė konversija Šilumos energija Elektros energija Šiluma Šaltinis: M. Kaltschmitt et al., Renewable Energy. Technology, Economics and Environment, Springer, 2007.

4 Industrinių deginimo įrenginių kūrimas ir jų optimizavimas. Tyrimai atliekami užsakomųjų darbų pagrindu, kurių pagrindinis tikslas deginimo įrenginių optimizavimas efektyvesniam ir mažiau taršiam kuro deginimui.

5 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Dujinio kuro liepsnos spektrinė analizė (chemiliuminescencija) Neinvazinis metodas liepsnos diagnostikai: Informacija liepsnos charakterizavimui; Greitas signalų atsakas degimo įrenginių valdymui. Degimo procesų kontrolė esant skirtingiems kuro mišiniams; Liepsnos charakterizavimas iš skirtingų vietų; Degimo proceso sureguliavimas pagal lokalinį charakterizavimą.

6 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Dujinio kuro liepsnos spektrinė analizė (chemiliuminescencija) ES SF projektas VP1-3.1-ŠMM-08-K Mikrojutikliai, mikrovaldikliai ir kontroleriai mechatroninėms sistemoms (GO- SMART) ( m.); COST veikla CM0901 Detalūs cheminės kinetikos modeliai švaresniam degimui ( Detailed chemical kinetics models for cleaner combustion ), projekto pradžia 2009 m. pabaiga 2014 m.

7 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Dujinio kuro liepsnos spektrinė analizė (chemiliuminescencija) LMT projektas P-MIP Sintetinių dujų įtakos degimo proceso pastovumui bei darbui su mažomis emisijomis katiluose tyrimas ( m.); LMT PostDoc projektas LMT-K (KTU-LEI) Plazmos (vainikinio ir dielektrinio barjero išlydžio) įtakos skirtingų kuro mišinių degimo proceso efektyvumui ir stabilumui tyrimas ( m.). Užsakomasis projektas (UAB AUGA group, Intelektas LT ) Žemos ir nepastovios koncentracijos metano dujų deginimo, naudojant ne oro sudėties dujų mišinius, tyrimas ir deginimo įrangos prototipo sukūrimas ( m.).

8 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Kietojo kuro liepsnos spektrinė analizė (chemiliuminescencija) Biokuras su skirtingu pelenų kiekiu ir sudėtimi K* Na* Ca* Optiniai jutikliai?

9 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Kietojo kuro liepsnos spektrinė analizė (chemiliuminescencija) ES SF projektas Intelektas LT (S-J05-LVPA-K ) Biokuro panaudojimo veiksmingumo didinimo bei taršos mažinimo technologijų tyrimas ir kūrimas. Projekto partneris UAB Enerstena. ( ); COST veikla CM1404 Išmaniųjų energijos nešėjų ir technologijų chemija (SMARTCATS), Lietuvos atstovas, m.; Doktorantas: Kieto biokuro degimo procesų metu vykstančių chemiliuminescencinių reiškinių tyrimas ( ). Elementas K* Na* Ca* Bandpass, nm 770 ± ± ± 2 Optical filters

10 Dujinio, skysto ir kieto kuro degimo procesų tyrimai. Biokuro pakuroje vykstančio drėgno (iki 65%) biokuro džiūvimo proceso intensyvinimo tyrimas ES SF projektas Intelektas LT (S-J05- LVPA-K ) Biokuro panaudojimo veiksmingumo didinimo bei taršos mažinimo technologijų tyrimas ir kūrimas. Projekto partneris UAB Enerstena ( ); Doktorantas: Skirtingų savybių biokuro deginimo proceso dėsningumo pakurose tyrimas ( ).

11 Biomasės ir atliekų dujinimas Termocheminis procesas, kurio metu biomasės organinė medžiagos dalis paverčiama degiais dujiniais produktais. CH 4 H 2 H 2 O CO Produktai CO 2 Oras <1 Biomasė Dujiniai produktai Skystieji produktai Homogeninės Ir heterogeninės reakcijos, Terminis skaidymas, Konversija, Degimas, Riformingas generatorinės dujos (CO, H 2, CH 4, H 2 O, CO 2 ); 85 % dervos (C n H m ) 0-5 % C Anglinis likutis anglis 0-10 % Šiluma

12 Biomasės dujinimo technologijos taikymas energijos gamybai Reaktorius Degimas Garo turbina Šiluma vartotojui Biomasė Dujos (H 2 +CO) Šiluma Oras /O 2 /CO 2 /H 2 O Dujų valymas ir kondicionavimas CO 2 absorbcija ir šalinimas Dujų turbina, vidaus degimo variklis Kuro celės Elektros energija Biodujos CO 2 Kiti AEI Oro CO 2 Katalitinė konversija Elektrolizė H 2 Bio-dyzelinas (BTL) Bio-metanas (SGD)

13 Biomasės dujinimo technologijų evoliucija 1788 m. dujinimo patentas 1659 m. atrastos dujos anglies kasyklose 1861 m. Siemens sistema m. ~ 9 mln. automobilių 1997 m. Pirmoji komercinė IGCC (anglis) 2009 m. bio-sgd Pilotinė jėgainė Gūsingas (Austrija) m. BTL komercinės jėgainės SYNDIESE, Sierra Biofuels, Red Rock Biofuels(USA), Solena Fuels (UK) 1792 m m. Winkler verdančio sluoksnio reaktorius 1974 m. naftos krizė, išauga dujinimo proceso susidomėji mas 2001 m. pažangių dujinimo procesų kūrimas 2007 m. Choren Carbo-V komercinė BTL 43 t/d 2014 m. bio-sgd Komercinė 20 MW jėgainė GoBiGas (Geteborgas, Švedija) 2020 m. bio-sgd Komercinė 200 MW Bio2G (Švedija)

14 Moksliniai tyrimai biomasės dujinimo tematikoje Publikacijų skaičius (BG ir BGM) Raktiniai žodžiai: Biomass gasification (BG) Biomass gasification methane (BGM) P2G BTL Publikacijų skaičius (P2G ir BTL) Šaltinis:

15 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai Biomasės ir atliekų termocheminio apdorojimo patirtis nuo 2004 Naudotų padangų pilotinis dujinimo įrenginys (3 MW th ), Vandeniliu praturtintų dujų gamyba iš glicerolio, Eureka projektas (E!3590 USE-GLYCEROL), m.

16 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai Dujinimo įrenginys (100 kw th ) skirtas granuliuotos biomasės ir atliekų dujinimui, Eureka projektas (E!5840 ReplaceNG) , Industriniai dujinimo bandymai ir įrenginių optimizavimas, tema: Nauja termocheminės biomasės ir atliekų apdorojimo sistema pramoniniams mažos galios šilumos ir elektros energijos gamybos įrenginiams (,,UAB Biopower Insdutries, Intelektas LT) m.

17 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai Tarptautinis bendradarbiavimas su ENEA (Italija) nuo 2013 m., personalo stažuotės institucijoje. Torefikuotų šiaudų granulių pirolizės tyrimai ir pirolizės anglies gamyba Taivo Roomann, Leedi Talu FIE (Estija), 2017

18 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai ES SF projektas VP1-3.1-ŠMM-10-V Inovatyvios terminio skaidymo technologijos sukūrimas ir pritaikymas vandenvalos nuotekų dumblo utilizavimui (INODUMTECH) m.

19 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai H 2 :CO:CO 2 1 : 1 :0,5 H 2 :CO:CO 2 2,5 : 1 :0,5 Mg 2 NiH 4 O 2 H 2 :O 2 2 : 1 CH 4 +H 2 O 1 : 1 ES SF projektas DOT SUT-228( LMT-K ) Inovatyvios biometano gamybos technologijos sukūrimas taikant katalitinės termocheminės konversijos metodą m.

20 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai H2020 Projektas Flexible Combined Production of Power, Heat and Transport Fuels from Renewable Energy Sources (FLEXCHX) m. FlexCHX project has received funding from the European Union s Horizon 2020 research and innovation Programme under Grant Agreement No

21 Termocheminių (dujinimo, pirolizės, karbonizacijos) procesų MTEP darbai Interreg South Baltic Cluster On Anaerobic Digestion, Environmental Services and Nutrients Removal (Coastal Biogas), m.

22 Nerijus Striūgas