ANRE-DEMONSTRATIEPROJECT WKK BIJ PSG SENTINEL, WELLEN Eindrapport J. Desmedt, W. Luyckx en J. Cools
Vito Juli 1999
2
SAMENVATTING In het kader van de bevordering van nieuwe energietechnologieën (KB van 10/02/1983) heeft de Vlaamse Overheid een investeringssubsidie toegekend voor de aanschaf van een WKK-installatie met dual-fuel motor (1.413 kWel) aan het bedrijf PSG Sentinel te Wellen. PSG Sentinel is een bedrijf dat verpakkingsmiddelen (of nopjesfolie) vervaardigt uit polyethyleen schuim (PE). Omwille van milieuredenen en de ozonproblematiek werd door het bedrijf het blaasmiddel met CFK’s vervangen door butaan. Het butaan uit het productieproces wordt opgevangen, verrijkt en gebruikt als brandstof voor een WKKinstallatie. De geproduceerde elektriciteit wordt gebruikt binnen het bedrijf en de warmte van de WKK wordt gebruikt voor de verwarming van de productiehallen en de aandrijving van een absorptiekoelmachine. Vito voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit. De technische en economische prestaties van de WKK-installatie, de bereikte besparing op primaire energie en de vermindering van de CO2-emissie werden geanalyseerd. Gedurende de registratieperiode (september 1997 tot en met augustus 1998) werd er 83.361 GJ diesel en 14.079 GJ butaan gebruikt als brandstofinput. De WKK heeft 7.747 uren (of 6.770 equivalente vollasturen) gedraaid waarbij in totaal 9.478 MWh elektriciteit geproduceerd werd. Het gemiddeld elektrisch vermogen bedroeg 1.224 kW. Van het net werd er in totaal 1.128 MWh elektriciteit aangekocht. Van de totale elektriciteitsvraag wordt er 89% door de WKK geleverd, de rest (11%) door het net. De WKK-installatie heeft 28.828 GJ warmte geproduceerd met een verdeling van gemiddeld 60% door de rookgaskoeler en 40% door motorkoeler en smeeroliekoeler. De warmteproductie bedraagt gemiddeld 1.043 kWth. Van de totale geproduceerde warmte door de WKK-installatie wordt er 9.795 GJ nuttig gebruikt of 34%. De warmte van de interkoeler wordt niet nuttig gebruikt en afgevoerd in de koeltoren. Van de nuttig aangewende warmte wordt er gemiddeld 52% gebruikt door de absorptiekoelmachine (130°C-circuit), 1% door de afname van de hotrooms en 47% door de afname van het 90°C-circuit (verwarming productiehallen). De COP (=verhouding geleverde koeling/ opgenomen warmte) of rendement van de absorptiemachine bedraagt gemiddeld 0,8. Het gemiddeld thermisch vermogen geleverd aan de absorptiekoelmachine bedraagt 181 kWth en de gemiddelde koudevraag bedraagt 146 kWkoude. De totale geproduceerde koude bedroeg 4.122 GJ. De WKK-installatie heeft een gemiddeld elektrisch rendement van 35% en een thermisch rendement van 32% wat de brandstofbenuttigingsgraad op 67% brengt (excl. gegevens maand november 1997). De vollastrendementen van de WKK-installatie liggen hoger. Het elektrisch rendement bij vollastwerking van de WKK-installatie ligt tussen 39% en 40%. De warmtekrachtverhouding is ongeveer 0,84. De rendementen en de warmtekrachtverhouding
3
zijn “relatief” laag en zouden hoger liggen indien er meer warmte van de WKK-installatie benut zou worden. Het primair energieverbruik van de huidige installatie bedraagt 83.361 GJ/jaar. Het primair energieverbruik in de referentiesituatie bedraagt 120.939 GJ/jaar. Dit betekent dat 37.578 GJ/jaar bespaard werd. De CO2-emissie van de huidige installatie bedraagt 6.110 ton/jaar. De CO2-emissie in de referentiesituatie bedraagt 9.095 ton/jaar. De CO2emissie werd met 2.985 ton/jaar gereduceerd. De terugverdientijd van het WKK-project bedraagt 3,3 jaar zonder subsidie; met subsidie bedraagt deze 2,2 jaar.
4
INHOUD 1
INLEIDING .............................................................................................................................................. 5
2
TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE.............................................................. 6
3
2.1
Overzicht van de installatie ................................................................................................................... 6
2.2
Kenmerken van de WKK-installatie....................................................................................................... 8
METING EN REGISTRATIE VAN DE ENERGIESTROMEN......................................................... 9 3.1
4
Overzicht van de metingen..................................................................................................................... 9
TECHNISCHE EVALUATIE............................................................................................................... 11 4.1
Valorisatie brandstof ........................................................................................................................... 11
4.2
Elektriciteitsproductie.......................................................................................................................... 11
4.3
Warmtevraag ....................................................................................................................................... 13
4.4
Rendementen WKK-installatie............................................................................................................. 17
5
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE.............................................................. 18
6
ECONOMISCHE EVALUATIE .......................................................................................................... 19
7
BESLUIT................................................................................................................................................. 21
5
1
INLEIDING
PSG Sentinel is een bedrijf dat verpakkingsmiddelen (of nopjesfolie) vervaardigt uit polyethyleen schuim (PE). De grondstoffen voor de vervaardiging van het eindprodukt bestaan uit kunstofgranulaat en het blaasmiddel. Omwille van milieuredenen en de ozonproblematiek werd door het bedrijf het blaasmiddel met CFK’s vervangen door butaan. Het butaan uit het productieproces wordt opgevangen, verrijkt en gebruikt als brandstof voor een WKK-installatie met dual-fuel motor (diesel en butaan-lucht, 1.413 kWel). De warmte van de WKK-installatie wordt gebruikt voor de verwarming van de productiehallen en voor de aandrijving van een absorptiekoelmachine. De elektriciteit van de WKKinstallatie wordt gebruikt in het bedrijf. De bijkomende elektriciteit wordt van het net aangekocht. In het kader van het Koninklijk Besluit van 10/02/1983, ter ondersteuning van REGdemonstratieprojecten, heeft de Vlaamse Gemeenschap aan het bedrijf PSG Sentinel te Wellen een investeringssubsidie toegekend voor de plaatsing van een WKK-installatie met butaangasrecuperatie. Vito voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit. Dit eindrapport beschrijft de meetresultaten van de maanden september 1997 tot en met augustus 1998. Op basis van deze uurlijkse metingen werden de technische en economische prestaties van de WKK-installatie, de bereikte besparing op primaire energie en de vermindering van de CO2-emissie berekend. In dit rapport wordt in hoofdstuk 2 een technische beschrijving van het demonstratieproject gegeven. In hoofdstuk 3 wordt de meetprocedure en de energieregistratie weergegeven en in hoofdstuk 4 worden de meetresultaten geanalyseerd. Vervolgens wordt in hoofdstuk 5 de besparing op primaire energie en de vermindering van de CO2-emissie berekend. In hoofdstuk 6 wordt de economische rendabiliteit beschreven waarna in hoofdstuk 7 een besluit wordt geformuleerd.
6
2
TECHNISCHE BESCHRIJVING VAN DE INSTALLATIE
2.1 Overzicht van de installatie De WKK-installatie (1.413 kWel) bestaat uit een dual-fuel motor (diesel en butaan-lucht) die een generator aandrijft. Het butaangas uit het productieproces wordt opgevangen in de butaangasrecuperator. Het gasmengsel wordt gezuiverd in een scheidingsinstallatie. Het mengsel butaan/lucht wordt door de turbocompressor aangezogen en wordt tezamen met de diesel gebruikt als brandstof voor de WKK-installatie. Een vereenvoudigd hydraulisch schema van de installatie bij PSG Sentinel wordt weergegeven in figuur 1. De warmte uit het motorblok, het smeeroliecircuit en de uitlaatgassen worden gerecupereerd. De warmte van de interkoeler wordt niet gerecupereerd en afgevoerd in de koeltoren. De installatie bestaat uit twee circuits: een circuit op een temperatuursniveau van 90°C (Hotrooms) en een circuit op een temperatuursniveau van 108-130°C (heetwatercircuit). De gerecupereerde warmte uit het motorblok, de smeeroliekoeler en de overgedragen warmte vanuit het 130°C-circuit (dumpkoeler) wordt gebruikt in het circuit van 90°C. De warmte van dit circuit wordt gebruikt door de luchtverhitters in de productiehallen. De gerecupereerde warmte uit de rookgassen wordt gebruikt in het heetwatercircuit (108-130°C) voor de aandrijving van een absorptiekoelmachine (gebruikt voor koeling van het proces), voor de overdracht van warmte naar het 90°C-circuit (hotrooms) en voor de overdracht van warmte naar de dumpkoeler bij onvoldoende afname van warmte door de absorptiekoelmachine. Indien de temperatuur van het retourwater aan de ingang van de smeeroliekoeler hoger is dan 65°C wordt de overtollige warmte over de noodkoeler gedumpt. Indien de retourtemperatuur lager is dan 65°C wordt de noodkoeler gebypast.
7
collectors 65°C
warmteverbruikers (hot rooms)
warmtewisselaar 90°C
koudeverbruikers
kring 90°Ccircuit absorptiekoeling
115°C
90°C 90°C
85 - 87°C noodkoeling
dumpkoeler 130°C kring heetwatercircuit 110 - 130°C
motorblokkoeler
koeltoren intercooler
rookgaskoeler 70 - 108°C
65°C 25 -35°C
hete uitlaatgassen
gekoelde uitlaatgassen
oliekoeler
Figuur 1: Schematische weergave van de installatie bij PSG Sentinel
8
2.2 Kenmerken van de WKK-installatie Figuur 2 geeft het blokschema van de WKK-installatie (Dieselmotor ABC 8DZC1000135A, 1.413 kWel) weer met butaangasrecuperatie. Interkoeler 294 kW
Oliekoeler 167 kW
Motorblokkoeler 429 kW
Rookgaskoeler 837 kW
Dieselmotor
lucht
diesel
butaan (Afgezogen uit productiehallen)
Figuur 2: Blokschema van de installatie
Generator
9
3
METING EN REGISTRATIE VAN DE ENERGIESTROMEN
3.1 Overzicht van de metingen Figuur 3 toont een overzicht van het meetschema van de installatie. De verklaring van de gebruikte symbolen wordt hieronder weergegeven. - C1 : warmteverbruik van 90°C-circuit; - C2 : geproduceerde koude door absorptiekoelmachine; - C3 : warmte geproduceerd door rookgaskoeler; - C4 : weggekoelde warmte over de koeltoren; - C5 : verbruikte warmte door absorptiekoelmachine; - C6 : warmteverbruik van 90°C-circuit via warmtewisselaars (hotrooms). Bij de plaatsing van de WKK-installatie zijn reeds enkele meters ingebouwd (C1, C2, C3 en C4). Vito heeft de warmtetellers C5 en C6 laten bijplaatsen. Talrijke gegevens van de installatie worden door een centraal beheersysteem op een computer bijgehouden. Omwille van de grote hoeveelheid van bestanden (per gemeten grootheid en per dag één bestand) heeft Vito besloten om alle pulsen van de caloriemeters te ontdubbelen en aan te sluiten op een datalogger (meters C1 t.e.m. C6). Vito stelt gedurende de registratieperiode een datalogger ter beschikking. De gegevens van de datalogger worden maandelijks uitgelezen en verwerkt. De elektriciteitsproductie van de WKK-installatie, de elektriciteitsaankoop van het net, de LEL-waarde (Lower Explosion Limit) van het toegevoegde mengsel butaan-lucht en het massadebiet worden maandelijks op uurbasis door PSG ter beschikking gesteld.
10
C1
collectors 65°C
warmteverbruikers (hot rooms)
T
warmtewisselaar
D
90°C
T
koudeverbruikers D C2
T
kring 90°Ccircuit
T T
T
T absorptiekoeling
T
115°C
90°C 90°C
85 - 87°C
C6
C5 130°C kring heetwatercircuit 110 - 130°C
noodkoeling dumpkoeler
koeltoren intercooler
T
D
70 - 108°C
D
C4
motorblokkoeler
rookgaskoeler T
T
65°C
T 25 -35°C
oliekoeler C3
Figuur 3: Meetschema van het project
11
4
TECHNISCHE EVALUATIE
4.1 Valorisatie brandstof De brandstof van de WKK-installatie bestaat uit diesel en een mengsel van lucht en gerecupereerde butaan. Gedurende de registratieperiode (september 1997 tot en met augustus 1998) werd er 2.381.745 liter diesel of 83.361 GJov brandstof gebruikt. Er werd 308.751 kg butaan gerecupereerd (of 14.079 GJov). Van de totale brandstofinput van de WKK-installatie is gemiddeld 85% diesel en 15% butaan-lucht. De gemiddelde maandelijkse LEL-waarde (Lower Explosion Limit) bedraagt 6% met pieken tot 25%. Het gemiddeld afgezogen luchtdebiet bedraagt 5.000 m³/uur met een maximum van 10.000 m³/uur. Tabel 1 geeft de brandstofinput weer opgesplitst naar de leveranciers. Tabel 1: Brandstofinput opgesplitst naar de leveranciers
Maand
September 97 Oktober November December Januari 98 Februari Maart April Mei Juni Juli Augustus Totaal
Diesel
Diesel
Butaan
Butaan
[liter] 204.297 212.526 230.747 166.927 204.266 210.024 226.476 205.963 184.461 212.394 155.359 168.306 2.381.745
[GJ] 7.150 7.438 8.076 5.842 7.149 7.351 7.927 7.209 6.456 7.434 5.438 5.891 83.361
[kg] 24.372 29.942 33.316 32.370 34.346 18.029 19.474 21.282 24.945 29.765 14.445 26.465 308.751
[GJ] 1.111 1.365 1.519 1.476 1.566 822 888 970 1.137 1.357 659 1.207 14.079
BrandstofInput totaal [GJ] 8.262 8.804 9.595 7.319 8.715 8.173 8.815 8.179 7.594 8.791 6.096 7.098 97.440
LELwaarde [%] 4 - 22 4 - 22 6 - 18 10 - 25 7 - 25 4 - 12 4 - 14 2 - 18 2 - 23 5 - 23 8 - 23 12 - 24 -
4.2 Elektriciteitsproductie Figuur 4 geeft het verloop weer van de elektriciteitsproductie van de WKK-installatie gedurende de maand september 1997. Het elektrisch vermogen van de WKK gedurende de maand september 1997 bedraagt minimum 800 kW met een maximum van ongeveer 1.400 kW. Gemiddeld bedraagt het elektrisch vermogen 1.200 kW. De WKK-installatie is alle dagen (ook in het weekend) in dienst (procesgebruik) en levert gedurende de grootste tijd het maximum elektrisch vermogen.
12
1600 Elektrisch vermogen [kW]
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1-sep
5-sep
9-sep
13-sep
17-sep
21-sep
25-sep
29-sep
Figuur 4: Elektriciteitsproductie WKK-installatie in september 1997 Figuur 5 geeft de elektriciteitsvraag (geproduceerde elektriciteit WKK-installatie en aankoop elektriciteit van het net) en het aantal draaiuren per maand weer gedurende de registratieperiode. Gedurende deze periode heeft de WKK 7.747 uren (of 6.770 equivalente vollasturen) gedraaid waarbij in totaal 9.478 MWh elektriciteit geproduceerd werd. Het gemiddeld elektrisch vermogen bedroeg 1.224 kW. Van het net werd er in totaal 1.128 MWh elektriciteit aangekocht. Van de totale elektriciteitsvraag wordt er 89% door de WKK geleverd, de rest (11%) door het net. De elektriciteitsvraag verloopt vrij constant over de maanden. 700
1000000
600
800000
500 400
600000
300
400000
200
200000
100
0
0 S 1997
O
N
D
J 1998
WKK
F
M
NET
A
M
J
J
A
Draaiuren
Figuur 5: Elektriciteitsvraag en aantal draaiuren gedurende de registratieperiode
Draaiuren [uren]
Elektriciteitsvraag [kWh]
1200000
13
4.3 Warmtevraag Figuur 6 toont de warmteproductie van de WKK-installatie gedurende de maand september 1997 (gegevens beschikbaar vanaf 8 september) opgesplitst naar de warmte geleverd via de rookgaskoeler en de warmte geleverd via de oliekoeler en de motorblokkoeler (meetgegevens van 23-24 september 1997 ontbreken). Uit de gegevens blijkt dat door de motorkoeler gemiddeld 411 kW en door de rookgaskoeler gemiddeld 632 kW geleverd werd. 1400
Warmteproductie [kWth]
1200 1000 800 600 400 200 0 8-sep
10-sep
12-sep
14-sep
16-sep
18-sep
Motorblok+Smeerolie
20-sep
22-sep
24-sep
26-sep
28-sep
30-sep
Rookgassen + dumpkoeler HE2
Figuur 6: Warmteproductie gedurende de maand september 1997 (leveranciers) Figuur 7 geeft de warmteproductie van de WKK-installatie gedurende de registratieperiode weer opgesplitst naar de leveranciers en het aantal graaddagen °d15/15 per maand. Gedurende de maanden november 1997 tot en met januari 1998 waren er geen meetgegevens ter beschikking over de warmteproductie via de motorkoeler wegens een defect aan de debietmeter. Uit de figuur blijkt dat de warmteproductie verschillend is van maand tot maand. Gedurende de eerste maanden van de registratieperiode (september en oktober 1997) werd er weinig warmte van de motorkoeler benut. Gedurende de registratieperiode heeft de WKK-installatie 28.828 GJ warmte geproduceerd. Van de totale warmteproductie van de WKK-installatie wordt er gemiddeld 60% door de rookgaskoeler (inclusief overgedragen warmte naar de dumpkoeler) en 40% door motorkoeler en smeeroliekoeler geleverd. De warmte van de interkoeler wordt niet nuttig gebruikt en afgevoerd in de koeltoren. De warmteproductie bedraagt gemiddeld 1.043 kWth met pieken tot 1.402 kWth.
14
4000 700 600
3000
500
2500
400
2000 1500
300
1000
200
500
100
0
Graaddagen °d15/15
Warmteproductie (GJ)
3500
0 S 1997
O
N
D
J 1998
Motorkoeler+smeeroliekoeler
F
M
A
M
J
Rookgassenkoeler
J
A
Graaddagen
Figuur 7: Warmteproductie per maand opgesplitst naar de leveranciers
Figuur 8 geeft de warmtevraag weer gedurende de maand september 1997 maar opgesplitst naar de verschillende warmteverbruikers (absorptiekoelmachine, afname hotrooms en afname 90°C-circuit). 700
Warmtevraag [kWth]
600 500 400 300 200 100 0 8-sep
10-sep 12-sep 14-sep 16-sep 18-sep 20-sep 22-sep 24-sep 26-sep 28-sep 30-sep
Warmtevraag absorptiekoeling
Warmtevraag afname hotrooms
Warmtevraag 90°C-circuit
Figuur 8: Warmtevraag gedurende de maand september 1997 (warmteverbruikers)
15
1600
400
1400
350
1200
300
1000
250
800
200
600
150
400
100
200
50
0
Graaddagen (°d15/15)
Warmtevraag verbruikers [GJ]
Uit de figuur blijkt dat de warmteafname van de absorptiekoelmachine (200 kWth) en de hotrooms (200 kWth) vrij constant is gedurende de maand. Figuur 9 geeft de warmtevraag weer gedurende de registratieperiode opgesplitst naar de verschillende warmteverbruikers (absorptiekoelmachine, afname hotrooms en afname 90°C-circuit).
0 S 1997
O
N
Absorptiekoelmachine
D
J 1998
F
M
Afname 90°C-circuit
A
M
J
Afname HE9-10
J
A
Graaddagen
Figuur 9: Warmtevraag gedurende de registratieperiode
Van de totale geproduceerde warmte door de WKK-installatie (28.828 GJ) wordt er 9.795 GJ nuttig gebruikt of 34% van de warmteproductie wordt effectief gebruikt. Van de nuttig aangewende warmte wordt er gemiddeld 52% gebruikt door de absorptiekoelmachine (130°C-circuit), 1% door de afname van de hotrooms en 47% door de afname van het 90°Ccircuit (verwarming productiehallen). Het gemiddeld gevraagde thermisch vermogen van de hotrooms bedraagt 2 kWth en de afname via het 90°C-circuit bedraagt gemiddeld 168 kWth. Dus de totale afname van warmte voor het 90°C-circuit bedraagt 170 kWth. Er wordt weinig warmte afgenomen via de warmtewisselaars HE9-10. Figuur 10 geeft de opgenomen warmte en de geproduceerde koude van de absorptiemachine gedurende de registratieperiode. De gemiddelde ingangstemperatuur voor de absorptiekoelmachine bedraagt 120°C en de uitgangstemperatuur 100°C. De temperatuur van het in- en uitgaande water langs de koelzijde bedraagt respektievelijk 16°C en 12°C.
16
450000 400000 350000
(kWh)
300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 S 1997
O
N
D
J 1998
F
Geproduceerde koude
M
A
M
J
J
A
Opgenomen warmte
Figuur 10: Opgenomen warmte en geproduceerde warmte absorptiemachine
Gedurende de maanden november 1997 tot en met januari 1998 werd de opgenomen warmte door de absorptiemachine niet geregistreerd wegens een defect aan de debietmeter. Uit de figuur blijkt dat de geproduceerde koude gedurende de registratieperiode wisselt van maand tot maand. Door de absorptiemachine werd er gedurende de registratieperiode 1.418.022 kWhth opgenomen en 1.145.022 kWhkoude geproduceerd. Dit geeft een gemiddelde COP (=verhouding geleverde koeling/ opgenomen warmte) of rendement van 0,8. Het gemiddeld opgenomen thermisch vermogen van de absorptiekoelmachine bedraagt 181 kWth en de gemiddelde koudeproductie bedraagt 146 kWkoude. De totale geproduceerde koude bedroeg 4.122 GJ.
17
4.4 Rendementen WKK-installatie Voor de berekening van de rendementen werden onderstaande waarden gebruikt: - de onderste verbrandingswaarde van diesel bedraagt 35 MJ/liter; - de onderste verbrandingswaarde van butaan bedraagt 45,6 MJ/kg; - de laagste ontvlambaarheidsgrens van butaan in lucht bedraagt 1,8%. Tabel 2 geeft een overzicht van de rendementen gedurende de registratieperiode. Tabel 2: Rendementen WKK-installatie
Maand
September 1997 Oktober November December Januari 98 Februari Maart April Mei Juni Juli Augustus Gemiddeld
Elektrisch rendement [%] 36% 36% 34% 31% 34% 37% 37% 36% 35% 33% 35% 35% 35%
Thermisch rendement [%] 22% 29% 19% 21% 20% 26% 32% 37% 32% 40% 45% 40% 32%
Brandstofbenuttiging [%] 58% 64% 53% 53% 54% 63% 69% 73% 67% 73% 80% 75% 67%
Uit deze tabel blijkt dat de WKK-installatie een gemiddeld elektrisch rendement heeft van 35% en een thermisch rendement van 32% wat de brandstofbenuttigingsgraad op 67% brengt (excl. gegevens maand november 1997). De vollastrendementen van de WKKinstallatie liggen hoger. Het elektrisch rendement bij vollastwerking van de WKK-installatie ligt tussen 39% en 40%. De warmtekrachtverhouding is ongeveer 0,84. De rendementen en de warmtekrachtverhouding zijn relatief laag en zouden hoger liggen indien er meer warmte van de WKK-installatie benut zou worden. Momenteel wordt slechts 34% van de geproduceerde warmte effectief gebruikt in het productieproces. In bijlage 1 worden de maandelijkse meetgegevens van de WKK-installatie weergegeven.
18
5
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-REDUCTIE
Voor de berekening van de aangewende primaire energie en CO2-emissie worden volgende uitgangspunten gedefinieerd: • Het primaire energieverbruik in de huidige situatie wordt vergeleken met de primaire energieverbruik in de referentiesituatie; • De elektriciteit opgewekt door de WKK-installatie wordt in de referentiesituatie opgewekt door een elektriciteitscentrale met een gemiddeld rendement van 44% en een gemiddelde CO2-emissiefactor van 624 g/kWh (zie bijlage 2); • De nuttig gebruikte warmte opgewekt door de WKK-installatie wordt in de referentiesituatie opgewekt door een gasolieketel met een gemiddeld rendement van 85%; • Het butaan wordt gebruikt als “verbrandingslucht” in een gasolieketel.Om het butaan te vebranden dient er extra gasolie toegevoegd te worden. Deze extra hoeveelheid gasolie wordt in rekening gebracht bij de bepaling van de primaire energie in de referentiesituatie; • De CO2-emissiefactor van diesel bedraagt 73,3 g/MJ. Figuur 11 toont de aangewende primaire energie en de CO2-emissie in de situatie zonder en met WKK. 10000
140000
9000
120000 100000
7000 6000
80000
5000 60000
4000 3000
40000
CO2-emissie [ton]
Primaire energie [GJ]
8000
2000 20000
1000
0
0 Zonder WKK
Met WKK
Zonder
Met WKK
Figuur 11: Primaire energie en CO2 -emissie tijdens registratieperiode Het primair energieverbruik van de huidige installatie bedraagt 83.361 GJ/jaar. Het primair energieverbruik in de referentiesituatie bedraagt 120.939 GJ/jaar. Dit betekent dat 37.578 GJ/jaar bespaard werd. De CO2-emissie van de huidige installatie bedraagt 6.110 ton/jaar. De CO2-emissie in de referentiesituatie bedraagt 9.095 ton/jaar. De CO2emissie werd met 2.985 ton/jaar gereduceerd.
19
6
ECONOMISCHE EVALUATIE
Tabel 3 geeft een overzicht van de belangrijkste elementen voor de economische analyse van de WKK-installatie. Alle vermelde bedragen zijn exclusief B.T.W. Tabel 3: Kosten-batenbalans WKK in eigen beheer
KOSTEN INVESTERINGSKOSTEN VASTE EN VARIABELE EXPLOITATIEKOSTEN (onderhoud, bediening, verzekering)
BATEN BESPARING OP DE ENERGIEREKENING energierekening geen WKK • brandstof ketel • aankoop elektriciteit ⇑ ⇓ energierekening WKK • brandstof WKK en ketel • aankoop aanvullende elektriciteit • aankoop noodstroom • terugleveren elektriciteit SUBSIDIES, ...
INVESTERINGS- EN ONDERHOUDSKOSTEN DE INVESTERINGSKOSTEN VOOR DE WKK INSTALLATIE BEDROEGEN 34,0 MBEF, DE ONDERHOUDKOSTEN 2,3 MBEF/JAAR. Besparing energierekening • •
Aankoop diesel: er werd voor 12,9 MBEF diesel aangekocht (155 BEF/GJcow) voor de WKK. Besparing elektriciteit: Om de gerealiseerde besparing te berekenen werd de totale factuur voor de referentiesituatie gesimuleerd (eveneens optioneel tarief omwille van de piekinstallatie): Zonder WKK : 22,6 MBEF ( exclusief reactief verbruik en vast recht) Met WKK : 3,8 MBEF (exclusief reactief verbruik en vast recht) Netto : 18,8 MBEF
20
•
Vermeden dieselverbruik: 6,7 MBEF/jaar (het vermeden dieselverbruik werd verrekend aan de gemiddelde prijs van 155 BEF/GJcow).
Tabel 4 geeft een overzicht van de rendabiliteit van het project: Tabel 4: Rendabiliteit
Energiekostenbesparing Onderhoudskosten Netto besparing Investering zonder subsidie TVT zonder subsidie Investering met subsidie (35%) TVT met subsidie
12,6 MBEF/jaar 2,3 MBEF/jaar 10,3 MBEF/jaar 34,0 MBEF 3,3 jaar 22,1 MBEF 2,2 jaar
21
BESLUIT Gedurende de registratieperiode (september 1997 tot en met augustus 1998) werd er 2.381.745 liter diesel of 83.361 GJ brandstof gebruikt. Er werd in totaal 308.751 kg butaan afgezogen (of 14.079 GJ). Van de totale brandstofinput van de WKK-installatie is gemiddeld 85% diesel en 15% butaan-lucht. Gedurende de registratieperiode heeft de WKK 7.747 uren (of 6.770 equivalente vollasturen) gedraaid waarbij in totaal 9.478 MWh elektriciteit geproduceerd werd. Het gemiddeld elektrisch vermogen bedroeg 1.224 kW. Van het net werd er in totaal 1.128 MWh elektriciteit aangekocht. Van de totale elektriciteitsvraag wordt er 89% door de WKK geleverd, de rest (11%) door het net. De WKK-installatie heeft 28.828 GJ warmte geproduceerd met een verdeling van gemiddeld 60% door de rookgaskoeler en 40% door motorkoeler en smeeroliekoeler. De warmte van de interkoeler wordt niet nuttig gebruikt en afgevoerd in de koeltoren. De warmteproductie bedraagt gemiddeld 1.043 kWth met pieken tot 1.402 kWth. Van de totale geproduceerde warmte door de WKK-installatie wordt er 9.795 GJ nuttig gebruikt of 34%. Van de nuttig aangewende warmte wordt er gemiddeld 52% gebruikt door de absorptiekoelmachine (130°C-circuit), 1% door de afname van de hotrooms en 47% door de afname van het 90°C-circuit (verwarming productiehallen). De COP (=verhouding geleverde koeling/ opgenomen warmte) of rendement van de absorptiemachine bedraagt gemiddeld 0,8. Het gemiddeld thermisch vermogen geleverd aan de absorptiekoelmachine bedraagt 181 kWth en de gemiddelde koudevraag bedraagt 146 kWkoude. De totale geproduceerde koude bedroeg 4.122 GJ. De WKK-installatie heeft een gemiddeld elektrisch rendement van 35% en een thermisch rendement van 32% wat de brandstofbenuttigingsgraad op 67% brengt (excl. gegevens maand november 1997). De vollastrendementen van de WKK-installatie liggen hoger. Het elektrisch rendement bij vollastwerking van de WKK-installatie ligt tussen 39% en 40%. De warmtekrachtverhouding is ongeveer 0,84. De rendementen en de warmtekrachtverhouding zijn relatief laag en zouden hoger liggen indien er meer warmte van de WKK-installatie zou benut worden. Het primair energieverbruik van de huidige installatie bedraagt 83.361 GJ/jaar. Het primair energieverbruik in de referentiesituatie bedraagt 120.939 GJ/jaar. Dit betekent dat 37.578 GJ/jaar bespaard werd. De CO2-emissie van de huidige installatie bedraagt 6.110 ton/jaar. De CO2-emissie in de referentiesituatie bedraagt 9.095 ton/jaar. De CO2emissie werd met 2.985 ton/jaar gereduceerd. De terugverdientijd van het WKK-project bedraagt 3,3 jaar zonder subsidie; met subsidie bedraagt deze 2,2 jaar.
22
BIJLAGE 1: MAANDELIJKSE MEETGEGEVENS WKK-INSTALLATIE Maand
S 97 O N D J 98 F M A M J J A Totaal
WKK Brandstof Diesel [GJ] 7.150 7.438 8.076 5.842 7.149 7.351 7.927 7.209 6.456 7.434 5.438 5.891 83.361
WKK Brandstof Butaan [GJ] 1.111 1.365 1.519 1.476 1.566 822 888 970 1.137 1.357 659 1.207 14.079
WKK Elektriciteitsproductie [kWh] 831.811 874.996 913.931 635.529 823.941 843.024 907.951 814.793 739.258 816.278 586.113 691.286 9.478.910
WKK Warmteproductie [GJ] 1.791 2.518 1.803 1.558 1.745 2.129 2.788 2.997 2.396 3.518 2.773 2.812 28.828
WKK Draaiuren
Net Aankoop
AKM warmte
AKM koude
Warmte Hotrooms
[uren] 720 732 717 478 616 672 723 642 625 705 560 557 7.747
[kWh] 97.944 77.289 58.454 51.356 76.979 34.651 60.812 74.560 123.157 121.048 284.340 68.203 1.128.793
[GJ] 456 467 2 63 5 295 918 419 665 688 670 457 5.105
[GJ] 349 437 278 104 8 464 491 348 349 506 451 339 4.122
[GJ] 412 786 254 316 7 73 599 653 225 473 455 430 4.683
Warmte 90°C circuit [GJ] 2 2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 6
23
BIJLAGE 2: RENDEMENT EN CO2-EMISSIEFACTOR ELEKTRICITEITSPARK De afleiding van de gebruikte CO2-emissiefactor voor elektriciteit en het rendement wordt in deze bijlage beschreven. Volgens [1] zijn de aandelen brandstof in de elektriciteitsvoorziening in 2000 als volgt : • 15,9 % steenkool • 26,4 % aardgas (voornamelijk STEG) Het rendement van een steenkoolcentrale bedraagt volgens [1] 36,5 %; dit leidt tot een CO2emissiefactor van 962 kg/MWh (CO2-factor kolen : 97,8 kg/GJ). Voor aardgas wordt verondersteld dat in 2000 het gemiddelde conversierendement 48 % bedraagt, wat leidt tot een CO2-emissie van de elektriciteitsproductie met aardgas van 420 kg/MWh. Rekening houdend met de brandstofaandelen kolen/aardgas leidt dit tot de volgende factoren: • rendement : (0,159 * 36,5 + 0,264 * 48)/(0,159 + 0,264)= 44% • CO2-factor : (0,159 * 962 + 0,264 * 420)/(0,159 + 0,264) = 624 kg/MWh
24
REFERENTIES [1] P. Bulteel, F. Vandenberghe, Elektriciteitsproductie en CO2-emissie, Informatiedag CO2, Laborelec, Linkebeek, mei 1993.
