ANRE DEMONSTRATIEPROJECT: WKK IN HOGESCHOOL WEST-VLAANDEREN, DEPT. PROVINCIALE INDUSTRIELE HOGESCHOOL, KORTRIJK J. Desmedt
VITO September 1997
2
SAMENVATTING In het kader van het Koninklijk Besluit van 10/02/1983, ter ondersteuning van REGdemonstratieprojecten, heeft de Vlaamse Gemeenschap een subsidie toegekend aan de Hogeschool West-Vlaanderen, departement Provinciale Industriële Hogeschool (PIH) te Kortrijk bij de aanschaf van een WKK-installatie met gasmotor (288 kWe/478 kWt). De subsidie bedraagt 5 MBEF, zijnde 35% van de totale kosten van de installatie. De WKK-installatie werkt parallel met het net : er wordt bijkomende elektriciteit van het net aangekocht. De warmte van de WKK-installatie wordt gebruikt in het centrale verwarmingsnet. Bijkomende warmte wordt opgewekt in aardgasketels. Op basis van enkele eindwerken werd aangetoond dat een WKK-installatie interessant zou zijn. In 1993 gaf het Provinciebestuur opdracht aan een studiebureau om de technische en economische haalbaarheid te onderzoeken. In oktober 1995 werd de WKK-installatie in dienst genomen. VITO voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit op basis van continue energiemetingen van mei 1996 tot en met april 1997. De technische prestaties van de WKK-installatie, de bereikte besparing op primaire energie, de vermindering van de CO2-emissie en de rendabiliteit werden geanalyseerd. Gedurende de registratieperiode heeft de WKK-installatie 346 MWh elektriciteit en 644 MWh warmte geproduceerd en 1.593 draaiuren gemaakt (equivalente vollasturen 1.203 uren). Van het net werd 624 MWh elektriciteit afgenomen. De aardgasketels in de stookplaats hebben 2.183 MWh warmte geproduceerd. De WKK-installatie was enkel tijdens de normale (school)uren in werking en dus niet ‘s nachts noch in het weekend. Gedurende de maanden juni, juli en augustus heeft de WKK-installatie niet of nauwelijks gedraaid. Het gemiddeld elektrisch vermogen van de WKK bedroeg 217 kW en het thermisch vermogen 404 kW. De WKK-installatie nam 36% van de totale elektriciteitsvraag en 23% van de totale warmtevraag van de campus (excl. zwembad) voor zijn rekening. Een gemiddeld elektrisch rendement van 29% en een thermisch rendement van 54% werd behaald waarmee de totale brandstofbenuttiging op 83% komt. Door de relatief hoge retourtemperaturen, de instabiliteit door de aanwezigheid van de warmtewisselaar en de sturing van de ketels werd de WKK-installatie regelmatig teruggeregeld of uitgeschakeld. Een aantal van deze problemen zijn intussen opgelost zodat de WKK-installatie vanaf november 1996 naar behoren kan draaien. Eind oktober 1996 werd immers de warmtewisselaar tussen de beide verwarmingscollectoren verwijderd wat leidt tot een verhoging van het aantal draaiuren van de WKK-installatie en een grotere hydraulische stabiliteit. De installatie haalde gedurende de registratieperiode een primaire energiebesparing van 1.313 GJ (of 35.500 m³ aardgas) en een CO2-emissiereductie van 131 ton. De jaarlijkse netto opbrengst van het project (energiekostenbesparing - onderhoudskosten) bedraagt 1,30 MBEF. De totale investeringskosten van de installatie bedraagt 14 MBEF (WKK, uitgebreide didactische uitrusting, complexe hydraulische inpassing en regeling, geluidwerende omkasting) waarvan 10 MBEF voor de WKK-installatie (excl. subsidie).
3
Indien we er vanuit gaan dat er ieder jaar een netto opbrengst van 1,30 MBEF kan gerealiseerd worden dan wordt een project zoals in deze school op 7,7 jaar terugverdiend (met subsidie : 3,8 jaar). Uitgaande van een levensduur van de installatie van 15 jaar, bedraagt het intern rendement in de situatie zonder subsidie 9,9% (met subsidie: 25,2%).
4
INHOUD
1.
INLEIDING................................................................................................................. 5
2. 2.1 2.2
TECHNISCHE BESCHRIJVING ............................................................................... 6 Elektriciteitsvoorziening.............................................................................................. 7 Warmtevoorziening ..................................................................................................... 7
3. 3.1
METING EN REGISTRATIE ENERGIESTROMEN................................................ 9 Meetschema ................................................................................................................. 9
4. 4.1 4.2 4.3
TECHNISCHE EVALUATIE................................................................................... 11 Elektriciteitsproductie................................................................................................ 11 Warmteproductie ....................................................................................................... 13 Rendementen WKK-installatie.................................................................................. 15
5.
PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-EMISSIEREDUCTIE ..................... 16
6.
ECONOMISCHE EVALUATIE............................................................................... 17
7.
BEVINDINGEN VAN DE GEBRUIKER ................................................................ 20
8.
BESLUIT................................................................................................................... 22
5
1. INLEIDING De Provinciale Campus te Kortrijk bestaat uit 3 gedeelten: - het Provinciaal Zwembad (PZ), - het Provinciaal Technisch Instituut (PTI), - de Provinciale Industriële Hogeschool (PIH). Vanaf 1 september 1995 is de Provinciale Industriële Hogeschool Kortrijk een departement van de Hogeschool West-Vlaanderen geworden. De campus heeft 627 leerlingen in het technisch secundair en 395 studenten in het hoger onderwijs (situatie 2.97). Op basis van enkele eindwerken van studenten werd aangetoond dat een WKK-installatie in de campus interessant zou zijn. In 1993 gaf het Provinciebestuur opdracht aan een studiebureau om de technische en economische haalbaarheid van een WKK-installatie in de campus te onderzoeken. In oktober 1995 werd de WKK-installatie officieel in dienst genomen. In het kader van het Koninklijk Besluit van 10/02/1983, ter ondersteuning van REGdemonstratieprojecten, heeft de Vlaamse Gemeenschap aan de hogeschool een investeringssubsidie toegekend. VITO voerde in opdracht van de Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie (ANRE) van de Vlaamse Gemeenschap een evaluatie van dit demonstratieproject uit. Van mei 1996 tot en met april 1997 werden de energiestromen in de hogeschool gemeten en geregistreerd. Op basis van deze metingen werden de technische prestaties van de WKK-installatie, de bereikte besparing op primaire energie, de vermindering van de CO2-emissie en de rendabiliteit geanalyseerd. In dit eindrapport wordt in hoofdstuk 2 een technische beschrijving van het demonstratieproject gegeven. Daarna volgt in hoofdstuk 3 het meetschema waarna in hoofdstuk 4 de meetresultaten tijdens de registratieperiode worden besproken. Vervolgens worden in hoofdstuk 5 de besparing op primaire energie en de vermindering van de CO2emissie berekend. In hoofdstuk 6 wordt een economische evaluatie van het demonstratieproject gemaakt. Hoofdstuk 7 geeft de bevindingen van de gebruiker weer. Tenslotte wordt in hoofdstuk 8 het besluit geformuleerd.
6
2. TECHNISCHE BESCHRIJVING Figuur 1 toont het inplantingsschema van de hogeschool.
Figuur 1 : schema hogeschool De WKK-installatie is uitgerust met een gasmotor van 288 kWe/ 478 kWt (MAN E2842 LE) die opgesteld staat in het labo Industriële fysica en Toegepaste mechanica van de PIH2. De WKK-installatie levert de basis van de elektriciteitsvraag van de PIH en PTI en levert warmte voor de verwarming van de lokalen. Het net levert de bijkomende elektriciteit en aardgasketels zorgen voor de bijstook indien noodzakelijk. Voor de directie van de school diende de WKK-installatie didactisch uitgerust te zijn voor de studenten. De WKKinstallatie is voorzien van bijkomende isolatie om de geluidshinder tot een minimum te beperken. De WKK-installatie werd geleverd door constructiewerkhuizen E. Van Wingen uit Evergem. De energiebalans van de WKK-installatie zoals vooropgesteld door de leverancier wordt weergegeven in bijlage 1.
7
2.1 Elektriciteitsvoorziening De PIH en PTI worden gevoed via één elektriciteits- en één gasaansluiting. De WKK-installatie met een elektrisch vermogen van 288 kWe is parallel aan het net verbonden en voorziet de gebouwen PIH en PTI van elektriciteit. De bijkomende elektriciteit wordt van het net aangekocht. De WKK-installatie wordt enkel tijdens de normale (school)uren in werking gezet dus niet ‘s nachts noch in het weekend. De WKKinstallatie wordt op de elektriciteitsvraag geregeld. Het PZ heeft een aparte elektriciteitsvoorziening en stookplaats op aardgas en wordt in dit rapport niet verder behandeld. Dit gebouw kon niet gevoed worden door de WKK-installatie omwille van bouwkundige redenen (scheiding campus en zwembad door een openbare weg). 2.2 Warmtevoorziening Figuur 2 toont het hydraulisch schema van de verwarmingsinstallatie in de campus.
Figuur 2 : Hydraulisch schema van de verwarmingsinstallatie in de campus Op de campus bevindt zich één gemeenschappelijke stookplaats. De campus heeft twee verwarmingscollectoren: één voor de verwarming van gebouwen van de PIH1+PTI in de centrale stookplaats en één voor de verwarming van gebouwen van de PIH2. De WKKinstallatie met gasmotor en condensatieketel zorgen voor de verwarming van PIH2. Deze collectoren worden hydraulisch gescheiden door een platenwarmtewisselaar. Eind oktober
8
1996 werd de warmtewisselaar tussen de beide verwarmingscollectoren verwijderd wat leidt tot een verhoging van het aantal draaiuren van de WKK-installatie en een grotere hydraulische stabiliteit. Verder is de campus uitgerust met een aardgasketel van 470 kW voor de verwarming van de PIH nieuwbouw en een aardgasketel (108 kW) voor de verwarming van de Aula. Verwarmingskring PIH2 De verwarmingskring PIH2 bestaat uit de WKK-installatie met een thermisch vermogen van 478 kW en een condenserende aardgasketel van 470 kW. De WKK-installatie en de condensatieketel kunnen nooit gelijktijdig in dienst zijn. Indien er in PIH2 onvoldoende warmtevraag is, wordt de warmte van de WKK-installatie getransporteerd naar de verwarmingskring van PIH1 + PTI. Indien deze de warmte niet kan benutten tijdens de spitsuren van het uurseizoentarief dient de warmte van de WKK-installatie weggekoeld te worden via een noodkoeler. Op het huidige ogenblik is de noodkoeler nog niet aangesloten. Buiten deze uren wordt het vermogen van de WKK-installatie teruggeregeld of zelfs uitgeschakeld indien dit onder de 30%-belasting zou komen. Het is technisch mogelijk om warmte van de condensatieketel PIH2 naar de collector PIH1 + PTI te sturen of omgekeerd (van collector PIH1 + PTI nar PIH2) doch de normale regeling laat dit niet toe. Bij defect aan de condensatieketel PIH2 en buiten de draaiuren van de WKK kan dit laatste toegepast worden. Verwarmingskring PIH1+PTI De verwarmingskring PIH1+PTI bestaat uit 4 aardgasketels met een totaalvermogen van 6570 kW opgesteld in de centrale stookplaats voor de bijkomende warmteproductie.
9
3. METING EN REGISTRATIE ENERGIESTROMEN 3.1 Meetschema Figuur 3 geeft het schematisch overzicht van de energieregistratie zoals die is geplaatst door de PIH.. Aardgas
Ketels
W5
W4 Warmtekring PIH1 + PTI
Warmtekring PIH2
W1
Condensatieketel
W2
W3
WKK-installatie
G2
Noodkoeler (*)
G3
E1
Aardgas G1
Openbaar net
E2
Elektriciteitsverbruikers
- E1 : Elektriciteitsmeter WKK - E2 : Elektriciteitsmeter aankoop net - W1 : Warmtemeter condensatieketel PIH2 - W2 : Warmtemeter WKK - W3 : Warmtemeter noodkoeler - W4 : Warmtemeter primaire kant warmtewisselaar - W5 : Warmtemeter ketels (centrale stookplaats) - G1 : Aardgasverbruik leverancier - G2 : Aardgasverbruik condensatieketel PIH2 - G3 : Aardgasverbruik WKK (*) : noodkoeler nog aan te sluiten Figuur 3 : Schematisch overzicht van de energieregistratie De vermelde meters (uitgezonderd meters W1, G1 en W5) worden in het centrale beheersysteem van de WKK-installatie om de 5 minuten gemeten en bewaard. In de centrale
10
stookplaats PIH1 + PTI werden op de 3 hoofdkringen warmtetellers geplaatst voor de interne verdeling van de verwarmingskosten maar deze worden niet uurlijks geregistreerd. De PIH stuurt maandelijks deze gegevens en de facturen van elektriciteit en aardgas naar VITO voor verwerking. Tabel 1 geeft een overzicht van de gemeten energiestromen. Tabel 1 : Gemeten grootheden Installatie WKK
Net Condensatieketel Ketels in stookplaats
Metingen Elektriciteitsproductie warmteproductie brandstofverbruik draaiuren weggekoelde warmte (*) warmte primaire kant (W4) elektriciteitsafname aardgasverbruik warmteproductie
(*) : noodkoeler werd nog niet geïnstalleerd
Eenheid kWh kWh m³ uren kWh kWh kWh m³ kWh
11
4. TECHNISCHE EVALUATIE 4.1 Elektriciteitsproductie Figuur 4 geeft de elektriciteitsproductie van de WKK-installatie en de aangekochte elektriciteit van het net weer gedurende een dag in de maanden mei en november 1996.
WKK
22:14:58
20:14:58
18:14:58
16:14:58
14:14:58
12:14:58
10:14:58
8:14:58
6:14:58
4:14:58
2:14:58
400 350 300 250 200 150 100 50 0 0:14:58
Elektrische belasting [kW]
Mei 1996
NET
WKK
22:14:58
20:14:58
18:14:58
16:14:58
14:14:58
12:14:58
10:14:58
8:14:58
6:14:58
4:14:58
2:14:58
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0:14:58
Elektrische belasting [kW]
November 1996
NET
Figuur 4 : Elektriciteitsverloop gedurende een dag in mei en november 1996 Uit figuur 4 kunnen we besluiten dat de WKK-installatie ingeschakeld wordt omstreeks 7:00 uur en uitgeschakeld omstreeks 18:00 uur. In mei is het elektrisch vermogen niet
12
constant over de dag. Er wordt elektriciteit van het net aangekocht terwijl de WKKinstallatie niet op vollast draait. In november haalt de WKK-installatie gedurende de dag een elektrisch vermogen van 270 kW terwijl het net 50 kW tijdens de stille uren en 130 kW tijdens de normale uren bijlevert. Figuur 5 geeft op de linker Y-as de maandelijkse elektriciteitsvraag (productie WKK + aankoop net) van de school weer en op de rechter Y-as het maandelijks aantal draaiuren van de WKK-installatie weer. 250
100000
200
80000 150 60000 100 40000
Draaiuren [uren]
Elektriciteitsvraag [kWh]
120000
50
20000 0
0 M 1996
J
J
A
S
WKK
O
NET
N
D
J 1997
F
M
A
Draaiuren
Figuur 5 : Elektriciteitsvraag school en aantal draaiuren Uit figuur 5 kunnen we besluiten dat de WKK-installatie gedurende de maanden juni, juli en augustus niet of nauwelijks in dienst was. Door de relatief hoge retourtemperaturen, de instabiliteit door de aanwezigheid van de warmtewisselaar en de sturing van de ketels werd de WKK-installatie regelmatig teruggeregeld of uitgeschakeld. Een aantal van deze problemen zijn intussen opgelost zodat de WKK-installatie vanaf november 1996 naar behoren kan draaien. Eind oktober 1996 werd immers de warmtewisselaar tussen de beide verwarmingscollectoren verwijderd wat leidt tot een vermeerdering van het aantal draaiuren van de WKK-installatie en een betere hydraulische stabiliteit. Tijdens de registratieperiode heeft de WKK-installatie 346 MWh elektriciteit geleverd en er werd 624 MWh elektriciteit van het net aangekocht. De WKK-installatie nam dus 36% van de totale elektriciteitsvraag van de campus (excl. zwembad) voor zijn rekening. De WKKinstallatie heeft 1.593 draaiuren gemaakt of 1.203 equivalente vollasturen (346.449 kWh/288 kW). Het gemiddeld elektrisch vermogen van de WKK-installatie bedroeg 217 kW (346.449 kWh/1.593 uren).
13
4.2 Warmteproductie Figuur 6 geeft de warmteproductie van de WKK-installatie weer gedurende dezelfde dagen/maanden als in figuur 4.
14:14:58
16:14:58
18:14:58
20:14:58
22:14:58
14:14:58
16:14:58
18:14:58
20:14:58
22:14:58
12:14:58
10:14:58
8:14:58
6:14:58
4:14:58
2:14:58
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0:14:58
Thermische belasting [kW]
Mei 1996
600 500 400 300 200 100 12:14:58
10:14:58
8:14:58
6:14:58
4:14:58
2:14:58
0 0:14:58
Thermische belasting [kW]
November 1996
Figuur 6 : Warmteproductie WKK-installatie gedurende de maand mei 1996 Het thermisch vermogen in de maand mei 1996 varieert over de dag (350 - 450 kW) als gevolg van de regeling op de elektriciteitsvraag. In november 1996 haalt de WKKinstallatie overdag een thermisch vermogen van 500 kW.
14
Figuur 7 geeft de maandelijkse warmtevraag van de school. In de periode mei 1996 tot en met december 1996 was er geen registratie van het gasverbruik van de condensatieketel (tijdens deze periode was de condensatieketel niet veel in dienst). 900000
Warmtevraag [kWht]
800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 M 1996
J
J
A
S
WKK
O
N
D
J 1997
F
M
A
Ketels
Figuur 7 : Maandelijkse warmtevraag WKK-installatie en ketels Tijdens de registratieperiode heeft de WKK-installatie 644 MWh warmte geleverd, de condensatieketel en de ketels in de stookplaats 2.183 MWh. De WKK-installatie nam dus 23% van de totale warmtevraag van de campus (excl. zwembad) voor zijn rekening. Het gemiddeld thermisch vermogen van de WKK-installatie bedroeg 404 kW (644.001 kWh/1.593 uren).
15
4.3 Rendementen WKK-installatie Uit tabel 2 kunnen we besluiten dat het elektrisch rendement van de WKK-installatie gemiddeld 29% bedraagt en het thermisch rendement 54%. De totale brandstofbenuttigingsgraad bedraagt 83%. Het elektrisch rendement werd berekend door de geproduceerde netto elektriciteit van de WKK-installatie (eigen verbruik WKK reeds afgetrokken) te delen door het brandstofverbruik van de WKK-installatie. Het lage elektrisch rendement heeft als oorzaak dat de machine relatief veel in deellast wordt bedreven. Tabel 2 : Rendementen WKK-installatie Maand Mei 1996 Juni Juli Augustus September Oktober November December Januari 1997 Februari Maart April Gemiddeld
Elektrisch rendement [%] 29 28 29 29 29 28 31 30 29 29 29
Thermisch rendement [%] 53 49 52 54 55 53 56 55 54 57 54
Brandstofbenuttiging [%] 82 77 81 83 84 81 87 85 83 86 83
16
5. Primaire energiebesparing en CO2-emissiereductie Het primaire energieverbruik en de CO2-emissie die teweeggebracht worden door de WKKinstallatie zijn gerelateerd aan het aardgasverbruik van de installatie. Er wordt uitgegaan van een CO2-emissiefactor van aardgas van 55,54 g/MJ. Voor de berekening van de aangewende primaire energie en de CO2-emissie in de situatie zonder WKK (referentiesituatie) zijn volgende uitgangspunten gedefinieerd : • de door de WKK geleverde elektriciteit wordt aangekocht van het openbare net ; de elektriciteit wordt verondersteld opgewekt te worden in centrales met een gemiddeld rendement van 44% en een gemiddelde emissiefactor van 624 g/kWh (voor berekening zie bijlage 3) ; • de door de WKK-installatie geproduceerde warmte wordt vervangen door warmte opgewekt in aardgasketels met een rendement van 85 % (onderste verbrandingswaarde). Figuur 8 toont de aangewende primaire energie en de CO2-emissie in de situatie zonder en met WKK.
6000
400 350 300
4000
250
3000
200 150
2000
CO2-emissie [ton]
Primaire energie [GJ]
5000
100 1000
50
0
0 Zonder WKK
Met WKK
Zonder
Met WKK
Figuur 8 : Primaire energie en CO2 -emissie tijdens registratieperiode Er is gedurende de registratieperiode 1.313 GJ primaire energie bespaard (equivalent aan 35.500 m³ aardgas per jaar). De CO2-emissie werd met 131 ton gereduceerd. De absolute waarden per maand zijn terug te vinden in bijlage 4. De vermelde waarden in bijlage 4 gelden enkel voor de met de WKK-installatie bespaarde energie en gelden niet als besparingswaarden voor de gehele campus.
17
6. Economische evaluatie De rendabiliteit van het project wordt berekend door het relateren van de baten aan de kosten van het project. Tabel 3 toont de kosten-baten/balans. Tabel 3 : Kosten en baten WKK-project KOSTEN ♦ ONDERHOUDSKOSTEN ♦ INVESTERINGSKOSTEN
BATEN ♦ BESPARING OP DE ENERGIEREKENING: energierekening situatie met WKK • aardgasverbruik WKK en ketels • aankoop aanvullende elektriciteit uit net β energierekening situatie zonder WKK • aardgasverbruik ketels • aankoop elektriciteit uit net
De besparing op de energierekening is de belangrijkste opbrengstenpost. In tabel 3 worden de energiekosten in de situatie met WKK, opgenomen in de energiefacturen van mei 1996 tot en met april 1997, vergeleken met de energiekosten die zouden zijn opgetreden in een situatie zonder WKK. Onderaan de tabel wordt verwezen naar de oorsprong van de bedragen. De bedragen zijn inclusief BTW (21% tijdens meetperiode). De aardgas- en elektriciteitstarieven worden in detail beschreven in bijlage 5.
18
Tabel 4 : Energierekening situatie met WKK t.o.v. situatie zonder WKK Feitelijke situatie mei 1996 – april 1997
Aankoop aardgas Aankoop elektriciteit Totaal Energiekostenbesparing a: b: c:
Situatie met WKK [MBEF] 3,50a 2,76a 6,26 1,05
Situatie zonder WKK [MBEF] 3,20b 4,11c 7,31
som maandelijkse factuurbedragen gemeten aardgasverbruik tegen tarief NH3 gemeten elektriciteitsvraag tegen tarief A-drijfkracht
De aardgaskosten stijgen van 3,20 MBEF in de situatie zonder WKK tot 3,5 MBEF in de situatie met WKK (9%). De elektriciteitsrekening daarentegen daalt tengevolge van WKK aanzienlijk : van 4,11 MBEF tot 2,76 MBEF (-33%). Uiteindelijk ligt de totale energierekening in de situatie met WKK 1,05 MBEF (-15%) lager dan in de situatie zonder WKK. In tabel 4 weerspiegelen de getallen de feitelijke situatie tijdens de registratieperiode mei 1996 – april 1997 wat betreft de aankoop van elektriciteit van het net. De tabel in bijlage 6 toont de gevraagde en aangekochte (piek)vermogens. Het is interessant om ook eens te kijken naar de energierekening indien de piekafnames buiten en binnen de piekuren met 288 kW worden gereduceerd (uitgezonderd maanden juni, juli en augustus). In tabel 5 wordt de energierekening in deze situatie weergegeven. Na aftrek van de vermeden vermogenkosten bedraagt de elektriciteitsfactuur in de situatie met WKK dan geen 2,76 MBEF maar 2,41 MBEF. De besparing op de energierekening bedraagt dan 1,40 MBEF of 19%. Tabel 5 : Energierekening situatie met WKK t.o.v. situatie zonder WKK Reductie van alle pieken tijdens piekuren in situatie met WKK
Aankoop aardgas Aankoop elektriciteit Totaal Energiekostenbesparing
Situatie met WKK [MBEF] 3,50 2,41 5,91 1,40
Situatie zonder WKK [MBEF] 3,20 4,11 7,31
We gaan bij de investeringsanalyse van het project uit van een energiekostenbesparing van 1,40 MBEF, dus bij reductie van de piekafnames tijdens en buiten de piekuren. De totale onderhoudskosten tijdens de registratieperiode bedraagt 0,1 MBEF (59 BEF/draaiuur). De jaarlijkse netto opbrengst van het project (energiekostenbesparing - onderhoudskosten) bedraagt 1,30 MBEF. De totale investeringskosten van de installatie bedraagt 14 MBEF (WKK, uitgebreide didactische uitrusting, complexe hydraulische inpassing en regeling, geluidwerende omkasting) waarvan 10 MBEF voor de WKK-installatie (excl. subsidie). Indien we er vanuit gaan dat er ieder jaar een netto opbrengst van 1,30 MBEF kan
19
gerealiseerd worden dan wordt een project zoals in deze school op 7,7 jaar terugverdiend (met subsidie : 3,8 jaar). Uitgaande van een levensduur van de installatie van 15 jaar, bedraagt het intern rendement in de situatie zonder subsidie 9,9% (met subsidie: 25,2%). Tabel 6 : Investeringsanalyse Jaarl. energiekostenbesparing Jaarl. onderhoudskosten
1,40 MBEF 0,10 MBEF
Jaarl. netto opbrengst Zonder subsidie Investeringskosten WKK Terugverdientijd Intern rendement Met subsidie (PIH) Investeringskosten WKK Terugverdientijd Intern rendement
1,30 MBEF 10,0 MBEF 7,7 Jaar 9,9 % 5,0 MBEF 3,8 Jaar 25,2 %
20
7. Bevindingen van de gebruiker Via een WKK-installatie, die in een labo geïntegreerd is, leren al onze ingenieursstudenten deze technologie van dichtbij kennen. Zij worden ervan overtuigd dat ook relatief kleine verbruikers een bijdrage kunnen leveren aan REG en tevens de belasting van het milieu kunnen helpen beperken. Indien goed gedimensioneerd en ingepast, kan WKK, ondanks de aanzienlijke investering, nog renderen ook, al is dit laatste voor de meeste gebruikers uiteraard het doorslaggevend argument. Wij waren er ons van in den beginne van bewust dat deze scholencampus, wegens de eerder geringe gebruiksduur, geen ideale plaats was om WKK toe te passen, zeker daar het Provinciaal Zwembad niet in het project kon betrokken worden. Uit een economische studie leerden wij toch dat wij de investering op een voor ons aanvaardbare termijn konden terugverdienen. Bij eventuele vervanging van het aggregaat blijft een groot deel van de installatie bovendien verder bruikbaar. Tijdens de eerste maanden van gebruik waren er ernstige problemen met de warmte-afgifte. De warmtewisselaar die geplaatst werd tussen het bestaande circuit PIH1-PTI en het circuit van de PIH2 (nieuwbouw) bleek hiervoor verantwoordelijk. Deze werd verwijderd. Daar de oude stookinstallatie van PIH1-PTI nog met (meestal te hoge) vaste vertrektemperaturen en circulatiedebieten werkt, liep de retourtemperatuur vaak te hoog op met wegregeling WKK als gevolg. Via gepaste maatregelen (seizoengebonden optimaal instellen van de vertrektemperatuur, verminderen van de circulatiedebieten en tijdig uitschakelen van de ketels) wordt vermeden dat de retourtemperatuur nog te hoog oploopt. Zodoende zal het aantal draaiuren van de WKK op jaarbasis wellicht stijgen van slechts 1593 tijdens de registratieperiode tot de destijdsvooropgestelde 2000 u. Een en ander zou moeten leiden tot een stijging van de aantoonbare netto-opbrengst naar ons streefcijfer van 1,5 MBEF. Het verlagen van de stooktemperatuur en circulatiedebieten brengt echter ook een aanzienlijke extra energiebesparing met zich mee, ook buiten de gebruiksuren van de WKK. Hiervoor diende echter niet in WKK geïnvesteerd te worden, doch deze maatregelen werden vooral uit pure noodzaak, om de WKK in dienst te kunnen houden, genomen. Naast problemen met de warmte-afgifte zijn er ook enkele problemen (met uitval) geweest, grotendeels door valse alarmmeldingen. Enkele werden veroorzaakt door defect geraakte sensoren die vitale onderdelen bewaakten, andere door voor ons minder duidelijke redenen, nog andere door niet vitale hulptoestellen, die blijkbaar ook een alarm met uitschakeling konden veroorzaken. Ook hier zijn aanpassingen gebeurd, doch de degelijkheid van de beveiliging (de machine zelf blijkt zo goed als probleemloos te werken) kan in vraag gesteld worden. Deze lijkt niet in overeenstemming te zijn met de zware economische gevolgen die een uitval met zich kan meebrengen (tot ongeveer 1000 BEF/kW x 280 kW binnen een wintermaand). Uit het voorgaande blijkt dat het nodig is om duidelijke afspraken te maken met de leverancier omtrent onderhoudstijdstippen en tussenkomsten bij problemen. In ons geval werd de leverancier, via het onderhoudscontract, ten dele mede financieel verantwoordelijk gesteld voor de gevolgen van een uitval. Dat een en ander tot discussies kan leiden nemen
21
wij erbij, doch tot op heden heeft de leverancier zich geen moeite bespaard om de installatie operationeel te houden. Ook bij onze elektriciteitsverdeler hebben wij begrip gevonden en werd een éénmalige piek, te wijten aan een uitval binnen de spitsuren, niet aangerekend.
22
8. Besluit Van mei 1996 tot en met april 1997 heeft de WKK-installatie (288 kWe/478 kWt) in de hogeschool West-Vlaanderen te Kortrijk 346 MWh elektriciteit en 644 MWh warmte geproduceerd. Er werd 624 MWh elektriciteit van het net aangekocht. De aardgasketels produceerden 2.183 MWh aanvullende warmte. De WKK-installatie maakte 1.593 draaiuren of 1.204 equivalente vollasturen. Het gemiddeld elektrisch vermogen van de WKKinstallatie bedroeg 217 kW en het thermisch vermogen 404 kW. De WKK-installatie dekte 36% van de elektriciteitsvraag en 23% van de warmtevraag van de school (excl. zwembad). De WKK-installatie was enkel tijdens de normale (school)uren in werking en dus niet ‘s nachts noch in het weekend. Gedurende de maanden juni, juli en augustus heeft de WKKinstallatie niet of nauwelijks gedraaid. Gedurende de registratieperiode haalde de WKK-installatie met gasmotor een gemiddeld elektrisch rendement van 29% en een thermisch rendement van 54% waarmee een totale brandstofbenuttigingsgraad van 83% werd bereikt. De relatief lage rendementen zijn te wijten aan het frequente deellastgedrag van de WKK-installatie. Door de relatief hoge retourtemperaturen, de instabiliteit door de aanwezigheid van de warmtewisselaar en de sturing van de ketels werd de WKK-installatie regelmatig teruggeregeld of uitgeschakeld. Een aantal van deze problemen zijn intussen opgelost zodat de WKK-installatie vanaf november 1996 naar behoren kan draaien. Eind oktober 1996 werd immers de warmtewisselaar tussen de beide verwarmingscollectoren verwijderd wat leidt tot een vermeerdering van het aantal draaiuren van de WKK-installatie en een betere hydraulische stabiliteit. De werking van de WKK-installatie resulteerde tijdens de registratieperiode in een primaire energiebesparing van 1.313 GJ (equivalent aan 35.500 m³ aardgas) en een CO2emissiereductie van 131 ton. Uitgaande van de tariefvoorwaarden geldig tijdens de registratieperiode, kan de school een jaarlijkse besparing op de energierekening realiseren van 1,40 MBEF. Bij jaarlijkse onderhoudskosten van 0,1 MBEF en een investeringsbedrag van 10 MBEF (zonder subsidie), ligt de terugverdientijd van het project op 7,7 jaar (met subsidie 3,8 jaar). Uitgaande van een levensduur van de installatie van 15 jaar, bedraagt het intern rendement in de situatie zonder subsidie 9,9% (met subsidie: 25,2%).
23
BIJLAGE 1 : ENERGIEBALANS WKK-INSTALLATIE VOLGENS LEVERANCIER
24
BIJLAGE 2 : SAMENVATTENDE TABEL TECHNISCHE PRESTATIES WKK Maand
WKK-installatie Draaiuren
mei ‘96 juni juli augustus september oktober november december januari ‘97 februari maart april totaal
[uren] 159 9 0 0 38 125 223 176 228 231 208 196 1.593
Elektriciteitproductie [kWh] 32.808 958 0 0 7.658 24.566 50.839 41.233 52.188 51.566 45.968 38.665 346.449
Warmteproductie [kWht] 59.604 1.661 0 0 13.829 45.931 94.962 76.577 95.013 95.955 86.112 74.357 644.001
Gasverbruik [kWh] 112.368 3.377 0 0 26.558 84.573 173.654 145.714 170.715 173.453 158.353 131.412 1.180.176
Elektrisch rendement [%] 29 28 29 29 29 28 31 30 29 29 -
Thermisch rendement [%] 53 49 52 54 55 53 56 55 54 57 -
Brandstofbenuttiging [%] 82 77 81 83 84 81 87 85 83 86 -
Net
Stookplaats
Elektriciteitsafname [kWh] 51.573 61.512 37.997 36.719 69.883 71.947 49.146 55.015 61.548 43.550 43.050 41.933 623.873
Warmteproductie [kWh] 146.525 14.342 56 0 83.535 150.696 187.842 320.177 672.467 289.177 196.238 122.440 2.183.494
25
BIJLAGE 3: CO2-EMISSIEFACTOR EN RENDEMENT ELEKTRICITEITSPARK De afleiding van de gehanteerde CO2-emissiefactor voor elektriciteit (624 g/kWh) en het rendement (44 %) wordt nader toegelicht. 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 g/kWh. Voor aardgas wordt verondersteld dat in 2000 het conversierendement gemiddeld 48 % bedraagt, wat leidt tot een CO2-emissie van de elektriciteitsproductie met aardgas van 420 g/kWh. Het rendement en de CO2-emissiefactor worden dan als volgt bepaald : 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 g/kWh.
26
BIJLAGE 4 : PRIMAIRE ENERGIEBESPARING EN CO2-EMISSIEREDUCTIE Tabel 7 : Primaire energie in de situatie zonder en met WKK
Mei ‘96 Juni Juli Augustus September Oktober November December Januari ‘97 Februari Maart April Totaal
Zonder WKK Elektriciteit Ketel Totaal [GJ] [GJ] [GJ] 268 252 520 8 7 15 0 0 0 0 0 0 63 59 122 201 195 396 416 402 818 337 324 661 427 402 829 422 406 828 376 365 741 316 315 631 2834 2.727 5.561
Met WKK WKK [GJ] 404 12 0 0 96 304 625 525 615 624 570 473 4.248
Besp. [GJ] 116 3 0 0 26 92 193 136 214 204 171 158 1.313
Tabel 8 : CO2-emissiereductie in de situatie met en zonder WKK
Maand Mei ‘96 Juni Juli Augustus September Oktober November December Januari ‘97 Februari Maart April Totaal
Zonder WKK Elektriciteit Ketel Totaal [ton] [ton] [ton] 20 14 34 1 0 1 0 0 0 0 0 0 5 3 8 15 11 26 32 22 54 26 18 44 33 22 55 32 23 55 29 20 49 24 17 41 217 150 367
Met WKK WKK [ton] 22 1 0 0 5 17 35 29 34 35 32 26 236
Besp. [ton] 12 0 0 0 3 9 19 15 21 20 17 15 131
27
BIJLAGE 5 : TARIEVEN 1
ELEKTRICITEIT
Situatie zonder WKK : tarief A-drijfkracht Vermogenterm (mei 1996 – december 1996)
332,0 . D. Ne
BEF/kW
Vermogenterm (januari 1997 – april 1997)
323,0 . D. Ne
BEF/kW
Proportionele term normale uren stille uren
1,855 . D . NE + 0,642 . NC BEF/kWh 0,904 . NE + 0,542 . NC BEF/kWh
Ristorno De school krijgt een korting van 10% op de factuur Meterhuur :
870 . NE
Situatie met WKK : uurseizoentarief Vermogenterm (mei 1996 – december 1996) winter tijdens piekuren buiten piekuren tussenseizoen zomer
664,0 . D . NE 132,8 . D . NE 132,8 . D . NE 116,2 . D . NE
BEF/kW BEF/kW BEF/kW BEF/kW
Vermogenterm (januari 1997 – april 1997) winter tijdens piekuren buiten piekuren tussenseizoen zomer
674,8 . D . NE 135,0 . D . NE 135,0 . D . NE 116,2 . D . NE
BEF/kW BEF/kW BEF/kW BEF/kW
Proportionele term normale uren stille uren
1,855 . D . NE + 0,642 . NC BEF/kWh 0,904 . NE + 0,542 . NC BEF/kWh
Ristorno De school krijgt een korting van 10% op de factuur Meterhuur : met :
1135 . NE
kW : maandelijks maximaal kwartuurvermogen D : 0,74 + 70/(kW + 340) (bij uurseizoentarief : kW = max (kWpiek, kWbuiten piek)) NC en NE : prijsherzieningsparameters, wijzigen maandelijks
28
bv. jan. ‘97 : NC = 0,9788 en NE = 1,1903 winter : november t.e.m. februari tussenseizoen : maart, april, september, oktober zomer : mei t.e.m. augustus normale uren: maandag t.e.m. vrijdag van 06.00 tot 21.00 (uitgezonderd feestdagen) stille uren: maandag t.e.m. vrijdag van 21.00 tot 06.00, zater-, zon- en feestdagen piekuren: maandag t.e.m. vrijdag van 07.00 tot 09.00 en van 11.00 tot 13.00 tijdens winter (uitgezonderd feestdagen) 2
AARDGAS
Situatie zonder en met WKK : tarief NH3 Vaste vergoeding
4227,67 . IGD
BEF/maand
Vergoeding voor maximum dagafname (4,377/12) . IGD . MAXDA
BEF/maand
Proportionele term 1ste schijf van 10.550 GJ/j 2de schijf (saldo)
BEF/GJbv BEF/GJbv
(238,678 . IGA ) + (11,382 . IGD) (238,678 . IGA ) + (11,382 . IGD) – 8
Meterhuur (capaciteit meter : 255 m3/uur) : 1089 . IGD met :
BEF/maand
MAXDA : maximum dagelijkse afname over een jaar IGD en IGA : prijsherzieningsparameters, wijzigen maandelijks bv. jan. ‘97 : IGD = 1,2798 en IGA = 0,5611
29
BIJLAGE 6: Maand
Mei ‘96 Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dec Jan ’97 Feb Mrt Apr
GEVRAAGDE EN AANGEKOCHTE PIEKVERMOGENS Max. gevraagd vermogen WKK+NET Normale Piekuren uren [kW] [kW] 408 229 204 245 416 444 480 488 456 456 480 472 488 464 440 432
Aangekocht max vermogen van net met WKK Normale Piekuren uren [kW] [kW] 384 229 204 245 372 444 252 212 211 190 404 216 278 252 268 328
30
REFERENTIES [1] P. Bulteel en F. Vandenberghe, Elektriciteitsproductie en CO2-emissies, Informatiedag CO2, Laborelec, Linkebeek, mei 1993
