Ūdeņraža studentu dizaina konkurss

1. Kombinētās siltuma, ūdeņraža un elektroenerģijas sistēmas ieviešana Latvijas Universitātes Dabaszinātņu Akadēmiskajā centrā Ūdeņraža studentu dizaina konkurss Latvijas Universitātes komanda: Gints Kučinskis , Māra Gudakovska, Ilze Dimanta, Justs Dimants, Jānis Kleperis jun., Pēteris Tora. Vadītāji: Dr.phys. Janis Kleperis , prof. Dr.oec. Biruta Sloka

2. Atjaunojamās enerģijas tehnoloģijas un efektīva fosilo degvielu izmantošana ir kļuvuši ļoti svarīgi priekšnosacījumi, lai samazinātu antropogēnās CO2 emisijas atmosfērā Dabaszinātņu korpuss gadā tērēs līdz 800 MWh elektrības un 350 MWh siltuma LU Dabaszinātņu Akadēmiskā centra projekta papildināšana DFC300 elektrostacija ar biogāzes ražotni no vietējiem atkritumiem

3. Biogāzes iegūšana no atkritumiem • 5300 tonnas izmantojamo atkritumu - 410 000 m3 biogāzes gadā. • Specifikācijas - 800 000 kWh/gadā(aptuveni 194 442.8 USD/gadā , pieņemot par tarifu 0.243 USD/kWh), 880 000 kWh/gadā siltums (aptuveni 4 580 USD/gadā , pieņemot ka siltuma pārdošanas cena ir 0.039 USD/kWh. • Nepieciešamais: 4000 m2 , izmaksas 1.06 mil.USD. Attēls no Y. Li et al. / Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 821–826). Attēls no: http://www.biogen.co.uk/over-about-ad.asp Attēls no BINOWA Umweltverfahrenstechnik GmbH www.binowa.de

4. CHHP sistēma DFC300 (“Fuel Cell Energy”, USA), jauda 300kW, AC 380V, 50Hz • DFC300 degvielas patēriņš – 1,1 m3/min (1104 l/min), (0,79kg dabas gāzes/min), nozīmē, ka gada laikā kopā tiks patērēts 462500 m3 vai arī 365375 kg (365 tonnas) metāna gāzes • Sistēma gadā spēj saražot 2100 MWh elektroenerģijas, 2012 MWh siltuma, darbojoties ar 85-90% noslodzi Iekārtas raksturojums Paredzamais elektrības patēriņš centram 800 MWh/gadā, siltums 350 MWh/gadā); tos sastāda vidēji Ls 56 000 par elektroenerģiju un Ls 18200 par siltumu.

5. Iekārtas raksturojums • CHHP sistēma DFC300 (“Fuel Cell Energy”, USA) – metāns tiek pārveidots elektroenerģijā: • 2H2O+CH4 + siltums  4H2 + CO2 • No H2 tiek ražota elektroenerģija: • 1/2O2 + CO2 +2e- CO32- • H2 + CO32-  H2O + CO2 + 2e- • Darbības temperatūra: 600 – 650 ºC • Litija un kalcija karbonāti • Niķeli saturoši elektrodi • Nerūsējošā tērauda separatori unaparatūra • Zems enerģijas blīvums • Tīrs H2 kā degviela nav pielietojams 5

6. Iekārtas raksturojums • Iekārtas ražotāji: • FuelCell Energy (Danbury, ASV), MTU (Ottobrunn, Vācija) • Aptuvenas ierīkošanas izmaksas ap $1,2 miljoniem ($4600/kW) • Lielāku izmēru degvielas šūnām (jaudām virs 1 MW) izmaksas zemākas: $3000/kW • Raksturīgie parametri: • Jauda: 300 kW • Izvades spriegums: 460, 440, 420,400, 380 V; 50 Hz • Svars: 12 t • Izmērs: 6,1 x 8,5 x 4,6 m • Trokšņu līmenis: 72 dB(A)3 m attālumā • Izplūdes gāzes temperatūra:700 ± 50 ºC 6

7. Iekārtas pielietojums • FuelCell Energy ražotās CHHP (combined hydrogen heat and power) sistēmas tiek izmantotas aptuveni 60 vietās pasaulē,kopumā šāda tipa iekārtas – 75 (2012.g. dati) • Pārtikas rūpnīcas, dažādas ražotnes, viesnīcas, slimnīcas, universitātes • Notekūdeņu, biogāzes (no alus un pārtikas apstrādes), dabasgāze u.c. pārvēršanai enerģijā • Kopumā pasaulē ierīkotas ap 580 uz degvielas šūnu tehnoloģiju balstītas stacionāras iekārtas(2012.g. FuelCells.org dati ) 7

8. Mūsu projektā tiek izdalītas 3 ieviešanas stadijas: • Sākuma stadija – degviela ir 100% dabas gāze (metāna koncentrācija 98%) • Plānotais dabas gāzes patēriņš ir: 1,1 m3 (sistēmas patēriņš)* 0,8 (80% jauda) * 60 (minūtes stundā)* 8760 (stundas gadā)= 462,5 tūkstoši m3 gadā (~300 Ls/1000m3, tas ir Ls 138750,- gadā – salīdzināt ar 74200, ja ir centralizētie pieslēgumi) • Studentu pilsētiņas atrašanās vieta tiks apgādāta ar bioloģisko atkritumu un biogāzu savākšanas sistēmu Ieviešanas stadijas (I)

9. 2) Pārejas stadija – saražotā biogāze jaukta ar dabas gāzi • Biogāzes attīrīšanas iekārtas (membrānu filtrs) • Pakāpeniska pieslēguma nomaiņa no centrālā pieslēguma • 496 tonnas ar CO2– savāktas un izmantotas tālāk Ieviešanas stadijas (II)

10. 3) Optimālā stadija – sistēmu nodrošina biogāze un transformētas emisijas • Sadzīves atkritumi, 20000 studentu pilsētiņas apmeklētāji • 0,12 t metāna no 1 t sadzīves atkritumu – 1024 kg metāna dienā • DFC300 patēriņš 1139 kg dabas gāzes dienā Ieviešanas stadijas (III)

11. Bez iekārtas: • elektroenerģijas izmaksas no centrālā pieslēguma – 0,09 Ls/kWh, ar iekārtu 0,06 Ls/kWh; • siltumenerģijas cena: ar iekārtu 0,017 Ls/kWh, bez – 0,04 Ls/kWh Ūdeņraža cena: 82Ls/kg, ar iekārtu – 67 Ls/kg Kapitāla izmaksas: 2 milj.Ls Ieviešanas rezultātā:

12. Attiecas uz projekta 3. etapu: • DFC300 izdalītās CO2 emisijas: 1110,77 t/gadā • Kopējais degvielas ietaupījums gadā: 18 tūkst.MWh/gadā • Novērstas 182 t CO2 gadā • Pārstrādāti 4 t ar sadzīves atkritumiem Emisijas

13. Aptauja – 364 respondenti (LU studenti, profesori, pētnieki) (~17%) • Spēja pieņemt projektu, pētnieciskā nozīmība, informētība par drošības jautājumiem • Sabiedrības attieksme pret projekta ieviešanu vērtējama kā ļoti augsta • Studenti ir informēti par ūdeņraža tehnoloģijām, taču ne pietiekami par drošības jautājumiem • Ir nepieciešams ieviest atjaunojamo energoresursu tehnoloģijas, jo tā ir svarīga apmācības un pētniecības daļa Sabiedrības attieksme

14. Paldies par uzmanību!