Περιβαλλοντική και οικονομική αποτίμηση μιας μονάδας αναερόβιας χώνευσης μικρής κλίμακας: εμπειρική ανάλυση

Abstract

Η συνολική ποσότητα αστικών, γεωργικών και κτηνοτροφικών αποβλήτων αυξάνεται συνεχώς. Παράγονται ετήσια τεράστιες ποσότητες που πρέπει να διατίθενται νόμιμα και με ασφάλεια, χωρίς να υπάρχουν αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Επιπρόσθετα, η διαθεσιμότητα επαρκούς ανανεώσιμης ενέργειας είναι πολύ σημαντική, καθώς τα περιβαλλοντικά προβλήματα που προκαλεί η αυξημένη χρήση ορυκτών καυσίμων συντελούν ταχύτατα στην επιδείνωση της κλιματικής αλλαγής. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως θέμα την περιβαλλοντική και οικονομική εξέταση εφαρμογής της αναερόβιας χώνευσης για την επεξεργασία γεωργοκτηνοτροφικών αποβλήτων με στόχο την παραγωγή βιοαερίου. Η αναερόβια χώνευση είναι μία διαδικασία που έχει ως στόχο την παραγωγή ενέργειας. Μέσω της χρήσης βακτηριδίων και με απουσία οξυγόνου γίνεται η επεξεργασία της οργανικής ύλης που περιέχεται στα οργανικά απόβλητα και παράγονται βιοαέριο και οργανικό λίπασμα (κομπόστ). Βασικό πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι τα οργανικά απόβλητα δεν οξειδώνονται σε υψηλή θερμοκρασία (όπως στις θερμικές μεθόδους), αλλά επεξεργάζονται μεταξύ 38 και 42 °C . Με την αξιοποίηση του βιοαερίου αποφεύγεται η έκλυση μεθανίου (CH4), ενός αερίου με μεγάλη συμβολή στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το κομπόστ που παράγεται αποτελεί πρώτης τάξης βιολογικό λίπασμα, τόσο σε υγρή, όσο και σε στερεά μορφή. Με την πρόσληψη από τα φυτά μέσω της φωτοσύνθεσης και την παραγωγή νέας βιομάζας εξασφαλίζεται η δέσμευση του τελικά παραγόμενου διοξειδίου του άνθρακα (CO2) εκ νέου στη βιομάζα, συνεπώς δεν διαταράσσεται η ισορροπία του οικολογικού συστήματος. Σε αντίθεση με τη διαδικασία καύσης σκουπιδιών, κατά την παραγωγή βιοαερίου δεν απελευθερώνονται διοξίνες και φουράνια, που επιβαρύνουν το περιβάλλον . Με την εφαρμογή της αναερόβιας χώνευσης επέρχεται η ελαχιστοποίηση των οργανικών αποβλήτων προς τελική διάθεση, αποφεύγεται η εκπομπή αερίων και οσμών και αξιοποιείται ανανεώσιμη ενέργεια. Η χρήση σταθμών αναερόβιας χώνευσης μπορεί να συμβάλλει ενεργά στην επίτευξη Ευρωπαϊκών στόχων για Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Μέχρι το 2020, το 20% της ζητούμενης ενέργειας στην ΕΕ θα πρέπει να είναι από ΑΠΕ. Στη συγκεκριμένη μελέτη, θα προσεγγισθεί η οικονομικότητα της επένδυσης αναερόβιας χώνευσης οργανικών αποβλήτων μικρής κλίμακας (small scale anaerobic digestion). Το γεγονός ότι οι μονάδες θα είναι μικρής κλίμακας βοηθά στην αύξηση της αυτάρκειας των γεωργικών επιχειρήσεων ως προς τη ζήτηση της ενέργειας και στη μείωση της εξάρτησης του σταθμού από τις διακυμάνσεις των τιμών της αγοράς ενέργειας. Η παραγωγή ενέργειας μπορεί να ελεγχθεί και να λάβει χώρα όλη τη μέρα ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες, που σημειωτέων επηρεάζουν άλλου είδους σταθμούς παραγωγής ενέργειας από ΑΠΕ. Σκοπός μας είναι η αύξηση της ασφάλειας της ενεργειακής τροφοδοσίας χωρίς να υπάρχουν εκπομπές αερίων θερμοκηπίου. Επίσης, η σωστή διαχείριση και διαθεσιμότητα των πρώτων υλών θα αποτελεί βασικό στόχο της μελέτης και θα σχετίζεται με αλλαγές σε διαδικασίες όπως η παραγωγή, συλλογή, μεταφορά και διαθεσιμότητα της πρώτης ύλης. Θα μελετηθεί η εύρεση της καλύτερης λύσης σχετικά με τη ΔΕΗ και τις δυνατότητες σύνδεσης των σταθμών βιομάζας ανά περιφέρεια με το δίκτυο, από τον ΔΕΔΔΗΕ (Διαχειριστής του Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας). Τέλος, θα γίνει αναφορά σε τρόπους ενημέρωσης για την ενεργειακή αξιοποίηση του βιοαερίου και στην προσπάθεια χρηματοδότησης τέτοιων σταθμών. Η ανάλυση του έργου απαιτεί Strategic energy management (SEM) με βασικό σκοπό την επίτευξη βελτιώσεων της ενεργειακής απόδοσης μέσω συστηματικών και προγραμματισμένων αλλαγών στις λειτουργίες της εγκατάστασης, της συντήρησης και τις συμπεριφορές του έργου. Στόχος της μελέτης θα είναι να βρεθεί ανάλογα με τις ανάγκες του έργου η βέλτιστη λύση τόσο οικονομικά, όσο και περιβαλλοντικά, με βασικό σκοπό την επίτευξη της βιωσιμότητας. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή μοντέλων, δεικτών, μεθόδων και στρατηγικών είναι απαραίτητη για την πραγματοποίηση μελλοντικών πράσινων έργων. Η οικονομική και περιβαλλοντική αξιολόγηση θα γίνει μέσω μιας ολοκληρωμένης μεθόδου χρηματοοικονομικής ανάλυσης, λαμβάνοντας υπόψη και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Όσον αφορά την περαιτέρω περιβαλλοντική και οικονομική μελέτη του σταθμού παραγωγής ενέργειας με τη χρήση των δεδομένων του έργου ισχύος 500 kW, θα γίνει επίσης χρήση δεικτών για την ανάλυση των στοιχείων του έργου. Θα γίνει αξιολόγηση των πρώτων υλών (χαρακτηριστικά και δυνατότητες) και η επίδρασή τους στο μέγεθος του εργοστασίου που πραγματοποιήθηκε. Θα οριστούν οι παράμετροι εισόδου για το σχεδιασμό και θα αξιολογηθεί η επίδρασή τους στα βασικά στοιχεία εξόδου. Με βάση τα δεδομένα εισροών και τον αντίκτυπό τους στις επιδόσεις των εγκαταστάσεων, θα εκτιμηθούν σημαντικά οικονομικά μεγέθη, όπως η συνολική κεφαλαιακή δαπάνη - CAPEX, οι ετήσιες πωλήσεις της μονάδας αναερόβιας χώνευσης και θα γίνει εκτίμηση του συνολικού κόστους λειτουργίας – OPEX. Μετά από μια σειρά παραδοχών και τον υπολογισμό των παραπάνω οικονομικών μεγεθών, θα αξιολογηθούν οι βασικοί δείκτες σκοπιμότητας της μονάδας αναερόβιας χώνευσης (NPV, Περίοδο Αποπληρωμής, IRR). Τέλος, θα συζητηθεί η διαδικασία λήψης αποφάσεων, με βάση την οικονομική ανάλυση της επένδυσης και λαμβάνοντας υπόψη την αξιολόγηση των ευκαιριών και των κινδύνων. Έτσι, θα γίνει η ανάλυση των δεδομένων και η παρουσίασή τους μέσω ραβδογραμμάτων και πιτών, θα αναφερθεί η μεθοδολογία της έρευνας και θα διεξαχθούν τα εμπειρικά αποτελέσματα όσον αφορά την περιβαλλοντική και οικονομική αποτίμηση της ενεργειακής αξιοποίησης σταθμού παραγωγής ενέργειας με αναερόβια χώνευση οργανικών πρώτων υλών ισχύος 500