3
SUMMARY
This report discusses the use of cogeneration in the industrial sector° In chapter 3 the application of a eogeneration unit which serves a number of nearby companies has been highlighted. From an existing database on emissions, clusters of companies were identified which met criteria on having a maximum thermal capacity of 28 MWth and being situated in an area of 4 by 4 km. A capacity of 28 MWth was considered a minimum for the use of coal fired equipment while the size of the area is set by the maximum distance steam can be transported economically. Data on the use of steam and electricity of these companies was obtained from a survey. Based on this information, 34 possible cluster locations were identified. A more detailed cheek with topographical maps reduced the number of 17 locations which are reeommended to be examined in more detail. Chapter 4 contains technical/economíc evaluations for different cogeneration units, on eoal (boiler with a back pressure turbine) and on gas (gasturbine/waste heat boiler combination). These evaluations are mainly based on data, generated by an accounting-model developed for that purpose and containing 13 different variables on technical and economic items. Effects of parameters like run-hours, steam conditions, lifetime of the installation, power demand and fuel and electricity prices have heen investigated by means of cash flows, pay-back, rentability and present value data. The results indicate that in almost all of the cases considered the gasturbine/waste heat boiler has a better earning capacity than the coal fired units. However, in the case of a rapid increase in fuel prices the coal-back-pressure option offers the better perspectives. Also the effect of economics of scale is stronger for this option. In general~ the gas-turbine option shows promising economic performance connected with a high sensitivity for fluctuations in electricity and fuel prices, whereas the coal option shows moderate economic performance and high sensitivity towards the lifetime of the installation, steam conditions and power demando Chapter 5 deals with a number of items concerning the realization of an
energy-centre. This includes logistics like the transport of coal and steam/condensate, the emission of polluting components and the organizational aspects of an energy centre. Finally, the macro-economic impacts of the introduetion of cogeneration are discussed.
KEYWORDS
Coal
Investment
Cogeneration
Life-cycle eost
Computerized calculations
Natural gas
Cost
Netherlands
Economie analysis
Pay-back period
Energy parks
Power generation
Environmental impacts
Sensitivity analysis
Feasibility studies
Steam generation
Financial incentives
Technology assessment
Industry
- 5 -
V00RW0ORD
In nauw overleg met het Ministerie van Economische Zaken is een studie verricht naar het voorkomen van lokaties waar een centraal Warmte/Krachtkoppelingssysteem (WKK) meerdere bedrijven van stoom en elektriciteit zou kunnen voorzien. Tevens is een technisch-economische evaluatie verricht van verschillende typen WKK installaties. Ten behoeve van deze studie is door het Economisch Technologisch Instituut van Zuid-Holland een enquête naar energieverbruikscijfers uitgevoerd in samenwerking met de NEOM. Tijdens diverse stadia van de studie is overleg gepleegd met deskundigen van de Vereniging Kra~htwerktuigen, Comprimo~ Brown Boveri, KrekelVan der Woerd-Wouterse, Foster-Wheeler, Esso, Tebodin en de Gasunie. We zijn de betrokkenen hiervoor zeer erkentelijk. Binnen het ESC is de gegevensverwerking met betrekking tot de inventarisatie van WKK lokaties in hoofdstuk 3 uitgevoerd door D. Gerbers. De gegevens betreffende de invloed van WKK op de nationale energievoorziening (hoofdstuk 5.4.) zijn met behulp van het model SELPE berekend door P.GoM. Boonekamp.
INHOUDSOPGAVE
BIz. 3
SUMiI~RY VOORWOORD i. SAMENVATTING EN CONCLUSIES 2. AANBEVELINGEN
12
3. WKK POTENTIEEL TEN BEHOEVE VAN ENERGIECENTRA
13
3.1. Algemeen
13
3.2. ESC-inventarisatie
13
3.3. Enquête WKK
]5
3.3.1. Opzet enquête
15
3,3.2. Resultaten enquête
17
3.4. Lokaties van mogelijke WKK centra 4. TECHNISCH-ECONOMISCHE EVALUATIE
2O 24
4ol,
Algemeen
24
4.2.
Technische uitgangspunten
25
4.3.
Bedrijfsgegevens
30
4.4.
Prijzen
32
4.5.
Investeringen
34
4.6.
Kosten overzichten
36
4.7.
Tijdreeksen
42
4.8.
Investeringssele¢tie
44
4.9.
Uitgevoerde berekeningen
50
4oi0. Standaard calculaties
52
4.11o Gevoeligheidsanalyses
67
4.11.1. Stoomconditie proces-in
67
4.11.2. Levensduur van de installatie
68
4.11.3, Brandstofprijzen
70
4.11o4. De krachtvraag
74
4.11.5. Teruglevertarieven
75
4.11.6. Bedrijfstijden
76
-8 -
4o12. Bijzondere exercities
8O
5. OVERIGE ASPECTEN
85
5oio Logistiek
85
5,1.1. Transport van steenkool
86
5.1.2. Centrale voorbehandeling van kolen
86
5.1.3. Stoom- en eondensaattransport
87
5.2. Milieu 5.2olo Algemeen
88 88
5o2.2~ Potentiëele milieu-emissies van het geënqueteerde bedrijvenbestand 5~3o Organisatie centraal WKK bedrijf
89 93
5o3~i~ Inleiding
93
5.3.2. Organisatorische opzet
93
5.4° Effecten van industriële WKK op de energievoorzienlng
97
5,4.1. Inleiding
97
5.4.2. Effecten van WKK-opties
97
5°4.3° Analyse
99
6o REFERENTIES
i01
BIJLAGEN io Warmteschema Poederkoolketel/tegendrukturbine
104
2. Kortingsregeling grootverbruikers
106
3. Kostenvergelijking voorbehandelde en onbehandelde kool tobovo een poederkoolketel 4o Berekeningen stoom- en condensaattransport
I12 113
I. SAMENVATTING EN CONCLUSIES
De geeombineerde opwekking van warmte en kracht in de industrie via Warmte/Kracht-Koppeling (WKK) biedt een belangrijke mogelijkheid om te besparen op het brandstofverbruik. WKK kan zo een substantiële bijdrage leveren aan de doelstellingen van het energiebeleid van de overheido Tevens biedt toepassing van WKK de industrie de gelegenheid via brandstofbesparing de energiekosten te drukken. Voorlopig lijkt aardgas de belangrijkste brandstof voor WKK installaties te zijn. In een aantal gevallen, namelijk bij grote installaties~ kan steenkool een goed alternatief vormen en zo een bijdrage leveren aan de uitvoering van het diversificatiebeleid van de overheid~ In dit rapport wordt naast de toepassing van WKK bij individuele bedrijven uitgebreid aandacht besteed aan de mogelijkheid om via een centrale WKK installatie meerdere~ binnen een beperkt gebied gelegen, bedrijven van stoom en elektriciteit te voorzien. Om het totale potentieel van deze optie af te kunnen schatten is in hoofdstuk 3 een inventarisatie gemaakt van in aanmerking komende lokaties voor een dergelijk centraal WKK systeem. Van drie typen WKK installaties is voor verschillende eenheidsgroottes een technisch-economlsche evaluatie verricht namelijk voor een poederkoolketel met tegendrukturbine, een AFBC ketel met tegendrukturbine en een gasturbine-afgassenketel (hoofdstuk 4). Deze evaluaties zijn uitgevoerd voor de periode vanaf heden tot het jaar 2000. Hierbij komen belangrijke knelpunten naar voren zoals kostenproblematiek (invloed WIR premies) en bedrijfseconomische aspecten, de doorleveringsproblematiek, de teruglevertarieven voor elektriciteit aan het net en de milieugevolgeno Bij de evaluaties is voor wat betreft de ontwikkeling van de energieprijzen in overleg met het Ministerie van Economische Zaken, gebruik gemaakt van het "Ongewijzigd Beleidsscenario" van dit Ministerie° In hoofdstuk 5 komen een aantal zaken aan de orde die van belang zijn bij de opzet van een energieeentrumo Aehtereenvolgens wordt ingegaan op logistieke aspecten verbonden aan het gebruik van steenkool en het transport van stoom en condensaat° Verder op de gevolgen van de hoeveelheden milieu-emmisies en op de organisatorische- en bestuurlijke aspecten die naar voren komen bij de opzet van een ~¢KK installatie als energiecentrumo
Tenslotte zijn met behulp van het energiemodel SELPE de effekten op de energievoorziening nagegaan van de inzet van een bepaald potentieel aan WKK vermogen in het jaar 2000. De belangrijkste conclusies van de studie zijn= - Naast de bekende industriële concentraties in Nederland zijn~ met de in dit rapport gedane aannamen~ zeventien lokaties ge[dentificeerd waar mogelijk eeu energiecentrum in de vorm van een WKK centrale gerealiseerd zou kunnen worden. - Uit de enquête is samen met andere informatie en gedane aannamen afgeleid dat het totale WKK potentieel plus bestaand WKK vermogen cao 3000 MWe bedraagt. Bestaand vermogen en potentieel vermogen bedragen beide cao 1500 MWeo - De verbruikscijfers van stoom en elektriciteit uit de enquête vertegenwoordigen ca~ 20% van het totale industriële verbruik. Indien deze energievormen met behulp van WKK opgewekt zouden worden~ zou geëxtrapoleerd naar 100% een maximale totale besparing van ca. 660 miljoen m3 aardgas equivalent aan primaire energie in de industrie gerealiseerd kunnen worden. - Gasturbine/afgassenketels (GT!AK) hebben qua rentabiliteit een voorsprong op kolenketel/tegendrukturbineso - Schaalvergroting heeft een zeer gunstige invloed op de rentabiliteit van tegendruk installaties terwijl bij gasturbines nauwelijks verbetering optreedto - In tijden van sterke brandstofprijsstijgingen wordt tegendruk bedrijf de WKK-optie met de betere perspectieven; zelfs bedrij~ssituaties van 4000 vollasturen per jaar worden dan rendabel. - Wanneer de teruglevertarieven gedeeltelijk of geheel op kolen worden gebaseerd treedt een forse rendementsverslechtering bij GT/AK projekten op. - Wanneer echter tot de eeuwwisseling het brandstof prijspeil zich op het huidige niveau zou stabiliseren~ betekent dat de nekslag voor warmte-krachtkoppeling op basis van kolen. Het parool is dao gasturbine toepassing. - Wanneer voor het productieproees stoom van hogere druk wordt gevraagd (boven I0 bar), ligt tegendrukbedrijf minder voor de hand. Ook dan blijkt de gasturbine het meest geëigend.
- ii i
- Bij K/W-verhoudingen van I00 kWh/ton stoom en lager behoort ee~ kolenketel/tegendruk-eombinatie tot de reële alternatieven. Daarboven zal zij op economische gronden een vergelijking met gasturbine bedrijf niet kunnen doorstaan. - Uitgaande van de verbruikscijfers uit de enqu@te~ die na. 20% van het industriële verbruik aan elektriciteit en stoom vertegenwoordigen, blijkt het emissie-niveau van S02, bij toepassing van WKK in plaats van gescheiden opwekking, na. 4000 ton/jaar lager te liggen, terwijl de NOx-emissie en de vlieg- en bodemas-produktie respectievelijk na. 1800, 3700 en 900 ton/jaar hoger zijn. Hierbij is uitgegaan van een WKK bestand bestaande uit 90% gasturbine/afgassenketels en 10% kolenketel-tegendrukturbines. - Niettegenstaande een aantal bezwaren lijkt de beste opzet voor een centraal WKK bedrijf een samenwerkingsverband tussen de betrokken bedrijven en een elektrieiteitsproduktiebedrijf, waarbij voor de verschillende aspecten betreffende de opzet, financiering en het bedrijven van de insta!latie gebruik wordt gemaakt van de specifieke voordelen die de partieipanten kunnen bieden.
- 12-
2. AANBEVELINGEN
- De mogelijke geschiktheid van de zeventien ge[dentifieeerde lokaties voor de vestiging van een energiecentrum dient door geschikte instanties nader onderzocht te worden° In dit verband kan gedacht worden aan de regionale elektriciteitsproduktiebedrijven in samenwerking met hun overkoepelend orgaan de SEP en de NEOM. Ten behoeve van een dergelijke evaluatie is bij het ESC additionele informatie aanwezig° - Uit ervaringen in het verleden is gebleken dat de realisatie van een teehnisch en economisch gezond energiecentrum stuk kan lopen op onenigheid betreffende de organisatiestructuur door een inflexibele houding van betrokkenen° Een commissie bestaande uit vertegenwoordigers van de industrie, de elektriciteitswereld en de overheid zou tot aanbevelingen voor de opzet en organisatie van energiecentra dienen te komen° Bij eventuele geschillen zou een dergelijke commissie (of een ander geschikt lichaam) een bemiddelende rol kunnen spelen. Mogelijk ligt hier een nieuwe taak voor de Commissie Warmte/Krachtkoppeling in de Industrie~ - Hoewel hier in deze studie niet verder op ingegaan is, dient overwogen te worden om een energiecentrum niet alleen stoom en elektriei= teit te laten leveren, maar ook andere ’utilities~ waar de deelnemende bedrijven behoefte aan hebben. Hierbij kan gedaeht worden aan proeeswater, perslueht e.d. - Hoewel bij de huidige prijsverhoudingen WKK op basis van gas uit rentabiliteits overwegingen de voorkeur verdient, komt WKK op kolen toch naar voren als een solide en stabiele investeringsoptie op lange termijn. Uitgaande van het diversificatiebeleid van de overheid verdient stimulering van deze ’kolen-route’ dan ook alle steun~ temeer daar investeringen in kolenketel/tegendrukturbine-combinaties meer dan bij gasturbines, een beroep doet op in het land aanwezige know-how in produktiekapaciteit. - Wanneer stimulering van WKK op basis van kolen zinvol wordt geacht, dient tenminste de ongelijkheid in korting op zelfopgewekte elektriciteit met behulp van tegendruk turbines ten opzichte van gasturbines weggenomen te worden.
- 13-
3. WKK POTENTIEEL TEN BEHOEVE VAN ENERGIECENTRA
3.1. Algemeen Om het totale potentieel van WKK in de industrie te kunnen bepalen~ is niet al~een inzicht nodig in plaatsingsmogelijkheden van installaties bij individuele bedrijven, maar ook in lokaties waar een WKK installatie meerdere kleinere bedrijven kan voorzien. In dit rapport is getracht ook voor deze laatste categorie het potentieel te bepalen. Door de Vereniging Kraehtwerktuigen is, op basis van gegevens uit 19779 een inventarisatie gemaakt van bedrijven met een warmteverbruik groter dan 40 GJ/hr en met twee- of meerploegendienst [I]o Het totaal potentieel op basis van warmte/kracht, inclusief bestaande installaties bedroeg maximaal ca. 4500 MWe op basis van STEGo Dit vermogen moet als een absolute bovengrens worden gezien. Bij toepassing van tegendrukturbines of gasturbines is het opgestelde vermogen lager° Verder kan worden afgeleid dat bijna 40% van het totale WKK potentieel in het Rijnmondgebied ligt. De Commissie Warmte/Kracht-Koppeling in de Industrie kwam in haar eerste rapport met een geschatte uitbreiding van 2000 MWe tot een totaal vermogen van ea. 3100 ~~e in het jaar 2000 [2]° Ondanks het in de laatste jaren enigszins tegenvallende uitbreidingstempo~ handhaaft de Commissie in haar tweede rapport deze 2000 MWe [3]. Een belangrijk argument hiervoor is dat de substitutie door gasturbines van de aanvankelíjk voorziene uitbreiding van WKK via wervellaagverbranding in de periode 1985 tot en met 1990~ bij dekking van dezelfde warmtebehoefte in een aanzienlijk hoger elektrisch vermogen resulteert. Een overzicht van het huidige opgestelde WKK vermogen is gegeven in tabel 3.1o
3,2. ESC inventarisatie Het uitgangspunt van de inventarisatie was om de lokaties te bepalen waar binnen een gebied van 4 km bij 4 km een stoomproduktiecapaeiteit opgesteld staat van 28 MWth (Cao 40 t/h stoom) of meer° Het kan hierbij gaan om individuele bedrijven die aan dit criterium voldoen of om meerdere bedrijven die gezamenlijk tot dit vermogen komen° De grootte van het gebied van 4 bij 4 km is gekozen met het oog op de maximale afstand
- 14 -
31/12/78 Vermogen in MW totaal opgesto vermogen provincie Friesland
31/12/81 uitsplitsing ul. 81 naar soort vermogen GT/STEG/ gasmotor -
TD
uitbreiding in 1982 per 1/05/82
Cond.
-
Groningen
144
169
94
75
Drente
12
44
34
i0
Overijssel
61
61
-
61
Gelderland
121
126
30
96
I
1
I
N-Holland
134
145
Ii
134
Z-Holland
152
265
120
145
12 GT
Zeeland
198
198
17ô
25
I0 GT
83
86
6
80
I0 GT
251
275
70
35
170
1157
1370
661
170
Utrecht
N-Brabant Limburg Totaal
539
6 GT
38 GT
Tabel 3.1.: Opgesteld vermogen van zelfopwekkers in Nederland [3]
waarover stoom nog tegen redelijke kosten is te transporteren. De waarde van 28 MWth is gekozen als het minimale vermogen van een WKK eenheid op basis van steenkool~ Installaties met een stoomproduktiecapaciteit van 3,5 MWth of minder werden buiten beschouwing gelateno Voor bedrijven met dergelijke installaties blijft ook na 1990 aardgas beschikbaar. Bovendien zijn deze bedrijven in de meeste gevallen niet rendabel aan te sluiten op een centraal WKK systeem. De inventarisatie is uitgevoerd met behulp van het bestand Emissie Registratie Luchtverontreiniging (ERL), dat door TNO in opdracht van het Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne is opgezet. Elk record van dit bestand bevat een aantal gegevens~ waarvan de volgende van belang zijn: bedrijfsnummer; bedrijfstak (SBl-code); installatiesoort; installatienummer; apparaatsoort; apparaatnummer; capaciteit per apparaat; provincie; gemeente en coördinaten per apparaat (I0 m nauwkeurig) opgegeven
in het topografische grido Met behulp van computerprogramma’s zijn uit dit bestand de industriële bedrijven geselecteerd (SBI code 20°0 t/m 39°9) waar een stoomproduktie eenheid staat opgesteld. Vervolgens is een selectie gemaakt waarbij voldaan moest worden aan de eerder genoemde randvoorwaarden met betrekking tot lokatie en vermogen (zie referentie [22] voor een gedetailleerde beschrijving)o In een coördinatenstelsel is vervolgens geheel Nederland verdeeld in vakken van 4 bij 4 kmo In elk vak is de totale stoomproduktiecapaciteit bepaald (zie figuur 3°2°)° De vakken met een capaciteit van 28 MWth of meer zijn genoteerd. Aangezien het mogelijk is dat een aantal concentraties van installaties doorsneden worden door~ het raster is dit een aantal malen over een gedeelte van de rasterafstand in verschillende richtingen verschoven. Elke beweging levert een aantal vierkanten op die aan de eisen voldoen doch gedeeltelijk over elkaar liggen. Er werd geschoven in de x-richting, y-richting en in beide richtingen tegelijkertijd. Vervolgens is weer bepaald welke installaties in de gevonden vierkanten liggen. Vele installaties blijken nu meerdere malen voor te komen. Door he~ bestand nu op bedrijfsnummer en installatienummer te sorteren kunnen dubbele noteringen verwijderd worden° Met behulp van een tot het ERL-bestand behorend bedrijvenbestand, waarop naast bedrijfsnummer ook naam, adres en plaats voorkomen, is een adressenbestand gemaakt van bedrijven~ waartoe bovengenoemde installaties behoren.
3.3. Enquête WKK
De inventarisatie met de gestelde randvoorwaarden leverde een lijst op van 483 bedrijven met een totale stoomproduktiecapaciteit van 19246 ~4th. Wanneer ook ~e bedrijven met een vermogen van 3~5 MWth of minder werden meegenomen leverde dit een lijst op van 1938 bedrijven met een totale stoomproduktlecapaciteit van 20280 ~4tho De 483 te quêtere~~ bedrijven bleken dus 95% van de totale s~oomproduktie-capaciteit te vertegenwnordigen. Van deze 483 bedrijven zljn er 471 via een vragenlijst naar stoom- en elektrieiteitsverbruik benaderdo Van 12 g~ote bedrijven zijn al ~eel gegevens bekend, zodat deze weggelaten
- 17 -
zijn. Het betreft voornamelijk aardolie raffinaderijen in het Europoortgebied aangevuld met een aantal grote bedrijven in de rest van het land. Bij de evaluatie van de clusterlokaties is wel rekening gehouden met de eventuele nabijheid van een van deze 12 bedrijven. De bedrijven zijn door het Economisch Technologisch Instituut van ZuidHolland (ETI-ZH) benaderd met een korte vragenlijst (zie figuur 3°3°)° Tijdens de voorbereidingen van de enquête bleek dat de NEOM bezig was met informatieverzameling betreffende afvalwarmteo Na overleg is besloten bedrijven, die zowel voor de NEOM als het ESC van belang zijn via ~én gecombineerde vragenlijst te benaderen. Dit betrof 254 bedrijven, de overige 217 werden uitsluitend ten behoeve van het ESC geënquêteerd.
3.3.2. Resultaten enquête Uit het overzicht van ETI-ZH blijkt dat van de 217 bedrijven die uitsluitend ten behoeve van het ESC door ETI-ZH geënquêteerd werden er 175 resteerden in verband met veroudering van het ERL-bestand. Van dit aantal hebben er 149 geantwoord. Gebleken is dat hiervan 32 bedrijven geen stoom gebruiken en dus niet relevant zijn. Er resulteerden dus 117 bedrijven. Van de 254 bedrijven die ook op de NEOM lijst voorkomen werden er 64 door NEOM zelf beuaderd. Hiervan hebben wij 30 formulieren terugontvangen, waarvan er 12 relevante informatie bevatteno De bedrijven die door NEOM benaderd zijn bevinden zich voornamelijk in het gebied ten westen van Rotterdam. De gemaakte plot van dit gebied (NI7) is dan ook niet volledig. Voor deze studie, waarbij de inventarisatie zich voornamelijk richt op niet bekende clusterlokaties~ is dit minder bezwaarlijk omdat het betreffende gebied al goed bekend is (zie bijvoorbeeld rapport ESC19 Stoomketelvervanging in Rijnmond [19]). De resterende 190 bedrijven zijn in opdracht van NEOM en ESC door ETI-ZH geënquêteerd~ Er bleken 20 bedrijven af te vallen wegens sluiting e.d. Van de resterende 170 hebben er 143 gereageerd. Van het oorspronkelijke bruto bestand van 471 bedrijven bleef dus een netto bestand van 377 bedrijven over ten gevolge van sluiting van bedrijven e.d. De totale respons van deze 377 bedrijven bedroeg 272; dit is een percentage van 72~1%o Van deze 272 bedrijven zijn de volgende geaggregeerde jaarverbruikscijfers over 1981 berekend:
- 18 -
Vraag i: Hoeveel bedrijfsaren heeft de vestiging per jaar? o~~ 6°000 uren p. jaar.
Energieverbruik in de vestiging ............................... Vraag 2: Hoeveel is bij benadering het verbruik in Uw bedrijf, per jaar bij gemiddelde produktieomstandigheden (géén pieksituaties)~ exclusief de eventuele inzet van ênergiedrager(s) als grondstof, van: 2.1.1. Eleetrieiteit: via openbare net ....................... 2.700.000 kWho door zelfopwekking .....................
2,1.2, Hoeveel is de maximale belasting van het gebruik via het openbare net ......................
2o2~io Stoom: ................................................ ~ met een stoom dr u k van o.,oooo...~..o.......o....o...ooo en een stoomtemperatuur van ...........................
-- kWho
1,200 kW.max.
36.000 ton 12 bar 187 °C
2,2.2° Hoeveel stoom heeft U zelf opgewekt ...................
36°000 ton
met een stoomdruk van .................................
12 bar
en een stoomtemperatuur van ...........................
187 °C
2.3.
Aardgas: .............................................. 4.200.000 m3
2,4.
Zware olie: ...........................................
-- ton
2.5.
Huisbrandolle I/II: ...................................
-- liter
2.6.
Steenkool: ............................................
2.7.
Afvalgas: ............................................. met een verbrandingswaarde van ........................
2,8. Afvalhout: ............................................
R’dam, 23-4-1982
Figuur 3°3° Vragenlijst
-- ton -- m~ -- GJ/m~
-- ton
-19-
Gemiddelde bedrijfstiJd bij 266 bedrijven
5.156 uur
Totaal elektriciteitsverbruik bij 264 bedrijven
4.446.479.686 kWh
via het net bij 264 bedrijven
3°425.552.285 kWh
via zelfopwekking bij 37 bedrijven
Io020.927.401 kWh 5,096 uur
Gemiddelde bedrijfstiJd van deze 264 bedrijven Totaal elektrisch vermogen bij 227 bedrijven
712o203 kW
Totaal gebruikt zelfopwekkingsvermogen bij 34 bedrijven
251.796 kW 22.067.534 ton
Totaal stoomverbraik bij 257 bedrijven Gemiddelde bedrijfstijd van deze 257 bedrijven Totaal aardgasverbruik bij 255 bedríjven
5.054 uur 1.783.501.942 m3
Totaal HBO I/II verbruik bij 76 bedrijven
6o844.357 liter
Totaal stookolieverbruik bij 50 bedrijven
202.291 ton 17 ton/hr
Gemiddelde stoomproduktie per bedrijf Gemiddeld elektrisch vermogen per bedrijf
3.305 kW
Het primaire energieverbruik voor de totale stoomproduktie bedraagt 59~I PJ. Uit het ERL bestond is afgeleid dat het totale brandstofverbruik voor stoomopwekking in de industrie 266 PJ bedraagt [23]. Het aandeel van de inventarisatie bedraagt dus ruim 20%. Het geënquêteerde elektriciteitsverbruik, 4446 GWh, bedraagt 16,4% van het totale industriële elektriciteitsverbruik van 27.152 GWh in 1981 [24]. De gehanteerde randvoorwaarden en de respons op de vragenlijst in aanmerking nemende kan gesteld worden dat de enquête ca. 20% van het industriële stoom- en elektriciteitsverbruik dekt. Met behulp van de verbruikscijfers is berekend dat wanneer alle elektriciteit die nu van het net wordt afgenomen samen met alle stoom die nu in ketels wordt geproduceerd via WKK zou worden opgewekt, dit een besparing van ruim 132 miljoen m3 aardgas equivalent per jaar zou ople-
De indeling naar stoomdruk van het stoomverbruik toont het volgende beeld:
P (bar)
Percentage van de bedrijven (%)
<3
0,8
3- 8 9-12 13-20 >20
21,0 45~3 20,6 12,3
- 20 -
Hieruit blijkt ~at 86,9% van de bedrijven vallen binnen het gebied tnssen 3 en 20 bar. Dit is een traject dat goed aansluit bij stoomdrukken die WKK installaties kunnen produceren.
3.4. Lokaties mogelijke energiecentra Aan de hand van een plot van de 272 bedrijven zijn de gebieden gelokaliseerd die mogelijk in aanmerking komen voor de vestiging van een energiecentrum~ Een overzicht wordt getoond in figo 3.4oi. en 3.4.2. Van de omkaderde gebieden werden plots van 1:50.000 gemaakt. In totaal werden 34 mogelijke nlusterlokaties ge~dentificeerd. Nadat deze lokaties met behulp van topografische kaarten op schaal 1:50.000 gecontroleerd waren, vielen er 18 af ten gevolge van ongunstige ligging met betrekking tot bebouwing~ wegen~ waterwegen, spoorlijnen e.d. De resterende 17 lokaties zouden via een nader onderzoek op hun mogelijkheden geeontroleerd dienen te worden~ In tabel 3.2. staan deze 17 clusters vermeld met hun jaarverbruik aan stoom en elektriciteit~ Tevens is de kracht/warmteverhouding vermeld en de hoogste bedrljfstijd die binnen de clusters voorkomt. Het gaat hierbij in totaal om 41 bedrijven. In twee gevallen staat sleehts één bedrijf vermeld in tabel 3.2. In een geval is de oorzaak dat de in eerste instantie gelokaliseerde cluster K9 aan de hand van de controle met de topografische kaarten uiteenviel. Bij cluster NI7~I liggen naast het vermelde bedrijf, bedrijven in de buurt waar geen vragenformulier van terug is ontvangen maar waarvan bekend is dat ze tesamen aan de gestelde randvoorwaarden voldoen.
7151
O00"O00"~VL
OEL’TE~
OO~
000"000"17
O00"~OZ
000"L06"~£
000"~01
000"000"g~
000"~91
0008
000"000"071
000"00~
0009
O00"OOZ°~£
060°171
09Z8 OOgg 0008 0007
~I~
E g
LI 91
I
OOZ8
III
000"000"IL
000"079
~
II
09L8
Z~I
000°~9~’7£
O00"LZ~
Z
Ol
0008
gll
000"000"79
O00"£L~
I
6
000"007"68
~L~’96£
Z
8
0018 0008
08[
O00"O0~’~Zl
000"869
7
L
OOZ8
991
000"~~~
~
9
00~~
9~I
000"0~7"88 000"00£’7g 000"009"77
000"0~~
O00"ZOS"Z£
08~’£9£
O08L
O00"O00"L~
O00"OlZ
0009
000"008"6L
008"89L
£
I
098~ 0009
06
000"L5£
~!naq/~A °~~~aI~ ~!n~qaaAmoo~s
Ie~u~v aa~snlD
Figo 3.4° deel I
-23-
Fig.3.4o deel 2 Overzicht van mogelijke clusterlo~~t~es
TECHNISCH-ECONOMISCHE EVALUATIE
4.1. Algemeen In dit hoofdstuk wordt voor verschillende typen WKK-installaties die bij een energiecentrum of individueel toegepast kunnen worden~ een technisch-economische evaluatie uitgevoerd~ De hier volgende beschouwing is voornamelijk bedrijfseconomisch van aard en wordt voorafgegaan door een korte, meer technisch georienteerde inleiding. De economische evaluaties zijn gebaseerd op cijfermateriaal dat bijna steeds is geproduceerd door een reken-model dat speciaal ten behoeve van de voorliggende studie is ontwikkeld en op een eletronisch rekentuig (CYBER) is geimplementeerd (FORTRAN)o Middels een beschrijving van dit model zullen de diverse aspecten van de studie de revue passeren° 0nderstaand schema kan daarbij dienst doen als een globale schets. De hierin genoemde onderdelen zullen tevens dienen als ’hoofden’ voor de gehanteerde paragraaf-indeling.
Scematische weergave technisch/economische evaluatie
- 25 -
* Technische uitgangspunten
: - typen warmte-kracht installaties - stoomcondities - warmteschema’s
* Bedrijfsgegevens
cases - eoncrete bedrijfssituaties - kracht-warmte verhouding
* ~rijzen van energiedragers
: - brandstofprljsontwikkeling ¯ olie ¯ gas ¯ kolen - elektriciteitsprijzen ¯ toelevering ¯ teruglevering
* Investeringsbedragen
¯ - ketels - turbines - overige investeringen
* Kostenoverzichten
¯ - vaste en variabele kosten - kapitaalslasten, verbrandingskosten en elektriciteitsrekening
* Tijdreeksen
: - plot-routine - relatieve ontwikkeling
* Investeringsselectie
: - cash flow - pay-back - interne rentevoet - economische levensduur - W.I.R./gigantenregeling
* Evaluatie der resultaten
- uitgevoerde berekeningen ¯ standaard berekeningen ¯ gevoeligheids analyses ¯ bijzondere exercities
4.2° Technische uitgangspunten
De evaluaties zijn verricht voor drie typen WKK-installaties: I. Poederkoolketel met tegendrukturbine. 2. AFBC-ketel met tegendrukturbine. Bij deze twee installaties wordt kolen als ondervuring gebruikt, 3. GasturOine met afgassenketelo
~ 26 -
Daartegenover staan drie situaties van gescheiden opwekking~ waarbij alleen de stoom in eigen bedrijf wordt opgewekt terwijl alle elektriciteit wordt ingekocht: - Poederkoolketel - AFBC-ketel - Gasketel De warmte-kracht installaties zijn onderling vergeleken, terwijl ook steeds een vergelijking gemaakt is met een "inkoop situatie" voor de betreffende variant. De STEG-opt~e verdient vanait besparingsoogpunt de voorkeur boven de gasturbine en de tegendrukturbineo De grotere besparing van de STEG is echter sterk afhankelijk van het gewenste temperatuurniveau, Bovendien biedt de STEG weinig flexibiliteit in de bedrijfsvoering met als voornaamste kenmerk een sterk dalend rendement bij deellast. Mede gezien de hogere investering zal daarom hij toepassing van gas als brandstof in de meeste gevallen voor de gasturbine optie worden gekozen. De STEG is daarom verder niet in bes~houwing genomen~ Bij de evaluatie van de gasturbine/afgassenketel is uitgegaan van een situatie waarbij de afgassenketel niet bijgestookt wordt, Voor één geval is echter het effect van bijstoken nagegaan (zie bijzondere exercities blz~ 78)~ De evaluatie heeft zich met het oog op het doel van de studie, namelijk de energievoorziening van grotere bedrijven en energiecentra, gericht op de grotere vermogens. In tabel 4.4. op blzo 28 wordt een overzicht getoond van de berekende cases. Hierbij is uitgegaan van zogenaamde "groene weide" projecten° In verband met het algemene karakter van de studie is niet ingegaan op het verloop van afname karakteristieken van stoom en elektriciteit in de tijd (belasting/duur curves). In eoncrete gevallen dient deze problematiek echter in de evaluatie betrokken te worden, Bij warmte-kracht-koppeling op kolen wordt in een ketel d.m.v, verbranding van kolen, water verhit tot stoom met een hoge druk en temperatuur bv. 80 bar/500 °C. Deze stoom wordt door een tegendrukturbine geleid en expandeert tot de stoomcondities zijn bereikt die nodig zijn voor het produktieproces, bvo i0 Bar/200 ~C, De hoeveelheid opgewekte elektricite¤t is dan afhankelijk van:
- 27 -
a. De stoomdruk voor de turbine - 40 bar - 80 bar en b. De stoomdruk na de turbine (de zogenaamde tegendruk) 3 bar 6 bar - i0 bar - 20 bar N.B. De aangegeven drukken zijn in beschouwing genomen. Onderstaande tabel geeft de hoeveelheid opgewekte elektriciteit aan per ton stoom per uur bij de verschillende stoomcondities, waarbij uitgegaan is van licht oververhitte stoom.
STOOMCONDITIES
na turbine (proces-in) bar(0) 3 6 i0 20
voor turbine 80 bar(0)
40 bar(0)
0,159 0,129 0~I00 0,070
0,105 0,083 0,065 0,035
Tabel 4.1.: MWe per ton stoom/uur bij een tegendrukturbine Voorts levert de WK-installatie een hoeveelheid warmte in de vorm van stoom die de turbine uit komt en het produktieproces in gaat° De warmte inhoud (MWth) is nu weer afhankelijk van de stoomconditie:
stoomconditie proces-in bar(0)
3 6 I0 20
warmte-inhoud MWth/ton stoom per uur
0,662 0~669 0,683 0,691
Tabel 4.2.: Warmte-inhoud stoom
- 28 -
De gegevens in tabel 4.1. en 4.2. zijn berekend met behulp van stoomtabellen en Mollier-diagrammen. Een rekenvoorbeeld is in bijlage 1 te vinden° Hieronder is op eenvoudige wijze een warmte-kracht situatie op kolen in beeld gebracht, uitgaande van één ton stoom per uur~
Figuur 4.1. WKK installatie op basis van steenkool In het geval van warmte-krachtkoppeling op gas wordt lucht onder druk gebracht m.bov, een compressor tot bijvoorbeeld 16 bar/300 °C en daarna in een verbrandingskamer geleid. Hierin wordt gas met een deel van de samengeperste lucht verbrand waardoor in eerste instantie temperaturen ontstaan van ca. 1400 °C, die echter door de overmaat lucht worden verlaagd in temperatuur tot een mengsel van rookgas en lucht van circa 16 bar/900
Figuur 4.2. Schema verbrandingskamer gasturbine De lucht heeft derhalve een tweeledige functie - levering van zuurstof voor de verbranding van het gas - koeling van het verbrande gas Het lucht/rookgas mengsel wordt door een turbine geleid en expandeert. Na de turbine heeft het mengsel nog enige overdruk en een temperatuur van bv. 500 °C. De warmte, die nu nog in dit mengsel aanwezig is, wordt
- 29 -
gebruikt om in een afgassenketel water in stoom om te zetten die nodig is voor het produktieproces. De hoeveelheid warmte die de geproduceerde stoom vertegenwoordigt is afhankelijk van de stoomcondities, zie tabel 4.2. De hoeveelheid elektriciteit die wordt geproduceerd is eveneens afhankelijk vae de òenodigde stoomcondities (tabel 4.3.).
Stoomconditie proces-in bar(0)
Electriciteits-opwekking MWe per ton stoom/uur
3
0,370
6
0,380
10
0,400
20
0,440
Tabel 4.3, : Mw per ton stoom!uur bij een gasturbine e
Hieronder is op schematisch wijze een gasturbine/afgassea ketel In beeld gebracht, uitgaande van één ton stoom per uur. Ook hier is weer sprake van een vraag naar stoom van i0 bar ten behoeve van het produktie-proces, zodat eenvoudig een vergelijking kan worden geraakt met de warmte-kracht situatie op kolen zoals geschetst in figuur 4.1.
SCHOORSTEEN
ELEKTRICITEIT 0,4 MWe (KRACHT)
PROD PROCES STOONI 10b~r/200°C
Figuur 4.3. Gasturbine-a~gassenketel installatie
STOQN1 0,683 NW~h
- 30 -
4°3. Bedrijfs__gegevens De berekeningen concentreren zieh in eerste instantie rond een viertal standaard cases welke gedefinleerd worden door een bepaalde vraag naar stoom en elektriciteit. Deze cases zijn genummerd I, II~ III en IV (zie tabel 4.4.). De minimale stoomcapa~iteit van 40 t/h in ease I is gebaseerd op een steenkool gestookte AFBC ketel gecombineerd met een tegendrukturbine~ In deze case I is de poederkoolketel niet meegenomen, daar de minimum capaciteit waarbij poederkoolketels worden toegepast ea. 70 t/h stoom bedraagt° Voor deze vier genoemde cases impliceert de kracht-warmte verhouding dat bij toepassing van ~~K op kolen (dus tegendruk-bedrijf) een deel van de elektri¢itei~ moet worden ingekoeht, terwijl bij toepassing van WKK op gas (dus gasturbine-bedrijf) elektriciteit aan het openbare net wordt teruggeleverdo Dit wordt veroorzaakt door het feit dat bij gasturbîne-bedrijf ongeveer vier maal zoveel elektriciteit wordt geproduceerd als hij tegendrukbedrijf uitgaande van dezelfde stoomvraag~ Hierop zal aanstonds worden terug gekomen. Voorts zijn een drietal eases doorgerekend waarbij stoom- en elektriciteitsvraag ontleend zijn aan praktijk cases. Deze gegevens zijn verstrekt door de Vereniging Kraehtwerktuigen, die in het kader van een opdracht van het Ministerie van Economische Zaken een aantal gedetailleerde bedrijfscases op toepassing van warmte-kraeht-koppeling evalueerde [26]. Dit zijn de eases V, VI en VII. Zoals hiervoor reeds werd opgemerkt produeeert een gasturbine aanzienlijk meer elektriciteit dan een tegendruk-turbine (Cfo fig. 4~i~ en figo 4.3.)o Wanneer bij het produktie-proees stoom nodig is van i0 bar(0)/200 °C dan is de K/W-verhouding bij toepassing van: - een gasturbine
: 400 kWh/ton stoom
- een tegendrukturbine : I00 kWl~/ton stoom Een bedrijf za! in het algemeen geneigd zijn een WKK-systeem toe te passen met een K/W-verhouding die overeenkomt met de K/W-verhouding van haar energie-vraag. Dienovereenkomstig zou men dan ook verwachten dat in een situatie van ~lage~ elektriciteitsvraag WKK op kolen en in een situatie van ~hoge~ elektricteitsvraag WKK op gas als de meest gunstige optie ~aar voren zal komen~
- 31 -
Dit werd onderzocht door de cases I en IV met een lage en een hoge variant door te rekenen (zie tabel 4.4.).
CASE
Warmte vraag (Dw) Elektr,vraag (Dk) K/W verhouding t/h stoom
kWh/ton stoom
I
40
I0
250
II
80
25
313
III
120
35
292
IV
160
50
313
V
160
12
75
Vl
120
16,5
138
VII
45
5,5
122
Laag (Kolen) I
MW e
Hoog (Gas)
Laag (Kolen)
40 40
160
4,1
I00
16,4
400
16,0
I00
63,8
400
IV Hoog (Gas)
160
Tabel 4.4.: Cases WKK evaluatie
De bezettingsgraad van de beschouwde installaties kan worden gevarieerd door verandering van het aantal bedrijfsuren die jaarlijks worden gedraaid in vollast. Er werden berekeningen gemaakt met 2000, 4000, 6000 en 8000 vollast uren per jaar. Daarbij is gebleken dat bij bedrijfstijden onder de 4000 uur warmtekracht-koppeling minder interessant is, ook al daar men dan buiten de vigerende ko~tingsregeling voor grootverbruikers komt te vallen. Derhalve werd 6000 vollast uren steeds als normtijd gehanteerd. Dit komt overeen met een bedrijfstijd van 8000 uur onder normale operationele omstandigheden, waarbij de installatie op 75% van zijn maximum vermogen draait.
- 32 -
4°4° Prijzen Hieronder volgt een uiteenzetting over de gehanteerde prijzen van de e~ergiedragers en de elektriciteitstarieveno Voor het vaststellen van de toekomstige brandstofprijzen is in overleg met het Ministerie van Economische Zaken gebruik gemaakt van door het Ministerie opgestelde scenario’s. In deze scenario’s is verondersteld dat de invoerprijs van ruwe olie in de periode 1980-1985 met 4% per jaar stijgt en in de periode 1985-2000 met 2%. Uitgaande van een dollarkoers van i$ = f. 2,50 resulteren de volgende prijzen:
S/barrel f.o. bo 1980
32
1985
39
1990
43
2000
52,5
Hieruit is de stookolleprijs berekend. Onzekerheid toaoW de ontwikkeling van de relatie olieprijs/kolenp~ijs, heeft ertoe geleid drie prijspaden te kiezen met een kolenprijs van respectievelijk 50, 60 en 70 procent van de stookolieprijs. Het aardgasprijspad is conform het EZ-scenario betreffende aardgasprijzen voor grootverbruikers. Tabel 4.5. toont voor de verschillende jaren de prijzen van primaire energiedrage~s.
(Po) Stookolie (1%S) f./GJ
50%
(Pk) Kolen f./GJ (cif haven) 70% 60%
(Pg) Gas f./GJ
1982
13,06
6,53
7~84
9~14
12,89
1985
14,65
7,32
8,79
i0,26
15,83
1990
16,01
8,00
9~61
11,21
17~09
2000
19,23
9,62
11,54
13,46
20,06
Tabel 4.5.: Prijzenpad ene~giedçagers (guldens 1980)
- 33 -
De ontwikkeling van de openbare elektrieiteitstarieven is gerelateerd aan het olieprijsseenario. Het gehanteerde elektriciteitsprijspad is opgenomen in tabel 4.6. Het is gebaseerd op een jaarlijkse stijging van de elektriciteitsprijs van een half procent van de basisprijs 1982o Om de gevoeligheid van de elektriciteitstarieven te bepalen zijn ook twee prijspaden in beschouwing genomen waarbij de kWh prijs respectievelijk i% en 0% per jaa~ stijgt°
gemiddelde prijs in ct/kWh bij afname van: [min kWh] 0-I
~-I0
10-70
70-200
> 200
1982
24,3
20,6
16,5
14,5
13,8
1985
24,6
20,9
16~7
14,7
14,0
1990
25,2
21~4
17,2
15~I
14,4
2000
26,4
22,4
18,0
15~8
15~0
Tabel 4.6°: Prijzenpad elektriciteitstarieven (ct/kWh), (guldens 1980)
Bij de bepaling van het kWh tsrief in de berekeningen, is rekening gehouden met de geldende kortingsregeling voor g~ootverbruikers van elektriciteit. Ook bij de vaststelling van de aardgastarieven in het geval van WKK op gas is rekening gehouden met deze regeling° De regeling is beschreven in de circulaire EZ 441, d.d. 13 juli 1982, die als bijlage 2 opgenomen is. In geval van teruglevering van elektriciteit aan het net is uitgegaan van de in het eerste rapport van de Commissie Warmte/Kraeht in de Industrie vermelde vergoedingsregeling [2]. Deze vergoeding bestaat uit: - een vaste vergoeding voor het opgestelde ve~mogen. - een vergoeding voor de gebruikte b~andstof, welke gevonden wordt door een brandstofverrekenprijs te vermenigvuldigen met de b~andstoffaktoro Onde~ de brandstoffaktor wordt verstaan de hoeveelheid b~andstof die in een centrale ~odig is om i kWh elektriciteit op te wekken. Als brandstoffaktor is 8,7 MJ/kWh aangenomen°
- 34 -
Rekening houdend met een groter aandeel van steenkool in de toekomstige centrale elektriciteitsopwekking zijn ook enige teruglevertarieven gebaseerd op kolen in het model gelmplementeerd: Io Vermogenvergoeding i fo 92,50/kWe Brandstofverrekenprijs o.b~w 50% gas en 50% olieo 2. Vermogenvergoeding : f~ 150~--/kWe Brandstofverrekenprijs oobov~ 50% olie en 50% koleno 3o Vermogenvergoeding : fo 200~--/kWe Brandstofverrekenprijs oob,v. 100% kolen~ De brandstofverrekenprijs is gekoppeld aan de gekozen brandstofprijs ontwikkeling° Bij het deel van de brandstofverrekenprijs welke op kolen is gebaseerd is steeds gerekend met een kolen-olie pariteit van 0,6~ Naast de berekeningen op basis van de bovenstaande prijspaden zijn de berekeningen ook uitgevoerd voor actuele prijzen van energiedragers (4e kwartaal 1982)~ Hierbij is aangenomen dat deze prijzen voor de ge~valueerde periode constant zijn° Uitgegaan is van de volgende prijzen (4e kwartaal 1982): stookolie~ i% Si fo 528,5/ton of fo 12,8/GJ (prijs december 1982, Krachtkroniek 72) aardgas
: zone d (10-50 mln m3) : 39~71 ct!m~ of fo 12,55/GJ zone e (> 50 mln m~) : 38,49 ct/m~ of f. 12,16/GJ
kolen
: 50, 60 en 70% van de stookolieprijs
elektriciteit
: tabel 4.6, ; jaarlijkse prijsstijging : 0%
Omdat met toekomstige inflatievrije ~rijzen van energiedragers gewerkt wordt~ is in afwijking van de gebruikelijke nominale rente een reële rente van 5% aangenomen.
4.5o Investeringe__n In tabel 4.7. zijn de specifieke investeringen voor de verschillende installaties vermeld~ De investeringsbedragen omvatten de totale kosten van levering~ installatie en inbedrijfstelling inclusief de kosten van bijbehorende voorzieningen~ projectkosten, systeeminpassing en de kosten van gebouwen (1980 prijzen). Deze bedragen zijn vastgesteld na overleg met verschillende deskundigen van Comprimo~ Vereniging Krachtwerktuigen en Foster~ Wheeler.
- 35 -
Installatie
Capaciteit (CR)
Prijs per vermogenseenheid (PR)
AFBC 80 bar, 500 °C
80 t/h
f. 570/kWth
Poederkool 80 bar, 500 °C
150 t/h 5 MWe
f. 480/kWth f~ 900/kWe
TegendrukTurbine Gasturbine Afgassenketel i0 bar, 200 ~C
Schaalcoëff. (B) 0,6 0,6 (excl. FGD,* inclo maalappo) 0~7
20 MW
f. 900/kW
e 40 t/h
e f. 150/kWth
0,85 0,85
* FGD: Flue Gas Desulfurization Tabel 4.7.: Specifieke investeringsbedragee
De investering in de poederkoolketel is exclusief een rookgasontzwavelingsinstallatie. Uitgegaan is van de beschikbaarheid vsn laagzwavelige steenkool (< 0,9% S) zodat aan de gestelde emissienormen voldaan wordt. De bedragen moeten als indikatief beschouwd worden. De investeringen zullen pe~ installatie en per toepassing kunnen variëren. Vooral in het geval van AFBC installaties zijn er nog te weinig gebouwd om een nauw.’keurig bedrag te kunnen opgeven. Voor de berekeningen in het kader van dit onderzoek zijn ze echter bruikbaar. Voor andere capaciteiten worden de investeringsbedragen van de installaties aangepast met de formule: Hierin is: C = vermogen actuele installatie CR = vermogen referentie installatie P = prijs pec kW actuele installatie PR = prijs per kW referentie installatie B = schaalcoëfficiënt Om op eenvoudige en overzichtelijke wijze de totale investeringen in een installatie vast te kunnen stellen zijn bovengenoemde prijzen en ~elaties omgevormd tot de volgende formules:
~K IK = ~K CK
- 36 -
De investering in een ketsl (IK) is afhankelijk van de schaal¢o~ffi~ient (~K), van de capaciteit in tonnen stoom per uur (CK) en van de faktor ~Ko Deze varieert met: - de soort ketel (AFBC, poederkool of afgassan)
- de stoomconditie (3 bar, 6 ba~, I0 bar, 20 bar~ 40 bar, 80 bar)~
cient (~T)~ van de capaciteit in MWeturbine (CT) en van (IT) de faktoris afhankelijk van de schaalcoëffieT. Deze De investering in een
varieert met:
- de soort turbine (tegendruk- of gasturbine) ITOT = IK + IT + I0
De totale investering (IToT) is gelijk aan de investering in de ketel plns die in de turbine plus de overige investeringen (Io) in met name infrastructuur en milieu° I0 voor een kolentoepassing bedraagt 20% en voor een gastoepassing 5% van de investering in ketel en turbine tesameno In tabel 4.8° zijn voor enkele stoomcondities (3 bar en I0 bar) en voor een aantal vermogens (40 t/h, 80 t/h, 120 t/h en 160 t/h) de investeringsbedragen voor de verschillende onderdelen van de installatie terug te vinden. Bij tegendruk-bedrijf werd steeds uitgegaan van een stoomeonditie van 80 bar turbine-ln.
4°6. Kosten overzichten Met behulp van een eom~uterprogamma zijn kostenberekeningen gemaakt voor de eerder genoemde cases. Deze berekeningen lopen parallel met de kostenverdeling zoals ~angetroffen kan wordén in bijlage 9 van het eerste rapport van de commissie WKK in de industrie [2]° Ten behoeve van de inziehtelijkheid worden de kosten op twee wijzen gegroepeerd: I° systematisch in : - vaste kosten - variabele kosten
- 37 -
2. funktioneel
: - kapitaalslasten - elektriciteitsrekening - verbrandingskosten
In figuur 4.5. is een en ander in een schema weergegeven.
KAP]TAALSLASTEN
VASTE KOSTEN
KAP~TAALS LASTEN
SUPPLETIEOPENBAAR NET
RESERVESTELLING
ELEKTRICiTEITSREKENING
SUPPLETIEOPENBAAR NET
VARIABELE KOSTEN
BRANDSTOFKOSTEN VERBRANDINBSWATER/KALK/ ASAFVOER
Figuur 4.5. Kostenindelingen
- 38 -
Vermogen Stoomprodo Ton/uur
Stoomeonditie p~oces-in
3 bar
Investering x f. 106 Type installatie Ketel Turbine Overig Totaal AFBC AFBC/TD Gas-ketel Gasturbine!AK
21,9 24,9 4~0 4,0
AFBC AFBC/TD Gas-ketel Gasturbine/AK
22,2 24,9 4~I 4,1
Poederkool Poederkool/TD Gas-ketel Gasturbine/AK
35,8 40,9 6~8 7~2
Poederkool Poederkool/TD Gas-ketel Gasturbine/AK
36~4 40~9 6~9 7,4
Poederkool Poederkool/TD Gas-ketel Gasturbine/AK
45,6 52,2 9~2 I0~2
Poederkool Poederkool/TD Gas-ketel Gasturbine/AK
5,3
4,4 6,1 0,2 0,9
26,3 36,3 4,2 18~8
4,4 5,8 0,2 0,9
26~6 34~5 493 19,9
7,2 9,9 0~3 1,6
42,9 59,5 7,1 33,9
7,3 9,4 0,3 1,7
43~7 56,6 7~3 35,9
35,4
9,1 12,7 0,5 2,3
54,7 76,4 9,6 47,9
46~5 52~2 9,4 10,4
8,3 37~9
%3 12~I 0,5 2,4
55,8 72,6
Poederkool Poederkool!TD Gas-ketel Gasturbine/AK
54,2 62,0 11,4 13,0
14,1 45~3
10,8 15,2 0,6 2,9
65,1 91,3 12,0 61,2
Poederkool Poederkool/TD Gas-ketel Gasturbine!AK
55,2 62,0 11,7 ].3,3
10,2 48,4
ii,i 14,4 0,6 3,1
66,3 86,6 12,2 64,8
13,9
40 t!h i0 bar
3 bar
3,8 14,9
8,7 25,1
80 t/h
I0 bar
3 bar 120 tih 10 bar
3 bar 160 t/h I0 bar
6,3 26~8
11,5
50,7
Tabel 4.8.: Investerings5edragen bij diverse vermogens en stoomeondities
- 39 -
Bij de berekening der kapitaallasten is voor de vaststelling van het annuïteitenbedrag steeds gerekend met een reële rentevoet van 5% en een economische levensduur van I0 jaar. Dit laatste houdt in dat de installatie na i0 jaar door een identieke wordt vervangen. Voorts zijn in de kapitaallasten opgenomen de kosten van bediening en onderhoud, alsmede die van grondhuur en verzekering. De grootte van de installatie wordt afgestemd op de stoomvraag, zodat de elektriciteitsproduktie bij een WK-installatie steeds is gebaseerd op de stoombehoefte van het bedrijf. Dimensionering van de WK-installatie geschiedde zodanig dat zonder bijstook aan de stoomvraag kon worden voldaan. Bij de vaststelling der investeringen is uitgegaan van de veronderstelling dat voo~ het wa~mte-krachtbedrijf geen bestaande voorzieningen aanwezig zijn; de zogenaamde ’groene wel’ situatie. Het rekenmodel dat is ontwikkeld ten behoeve van de kosten-analyse~ verzorgt onder meer de produktie van cijfermateriaal over het verloop van de in figuur 4.5. genoemde kosten per jaar, in de periode 1985 tot en met 2000 (zie tabel 4.9.). Voor een bepaalde bedrijfssituatie met een WK-installatie worden op verzoek de jaarlijkse kostensoorten berekend bij drie verschillende elektriciteitsprijspaden (1,2 en 3) en, indien van toepassing bij drie verschillende K/O-pariteiten (50%, 60% en 70%). Bij de aanvang van het programma~ dat via de terminal interactief kan worden benaderd voe~t men een aantal gegevens in. In te voeren gegevens: - De stoomvraag van het bedrijf in tonnen per uur (Dw) - De elektriciteitsvraag van het bedrijf in MWe (Dk) - De soort WK-installatie; te weten - AFBC/Tegendruk - Poederkool/Tegendruk - Gasturbine - Sto0mconditie turbine-in (BAR-IN) in bar (o) - Stoomconditie turbine-uit (BAR-UIT) in bar (o) - Aantal vollast uren per jaar (DRAAIUREN) in aantallen - De annuïteit - Het Elektriciteitsprijs-scenario = Het Brandstofprijs-scenario
~ (SCE.EL)
: (SCE.BR) - Het teruglevertarief voor elektriciteit : (TERUGoLEV)
199~ I~T, VAST
17,81 17.81 ii
Tabel 4.9.: Voorbeeld output kostenove~z~cht
- 41 -
De geproduceerde gegevens worden opgeslagen in een bestand zodat zij met name opnieuw kunnen worden gebruikt bij berekening van pay-back periode, interne rentevoet en contante waarde. Het rekenmodel biedt de mogelijkheid op alle hierboven genoemde invoer gegevens een wijde variatie van data in te voeren en de resultaten te vergelijken. Overigens zij terloops opgemerkt dat het model weliswaar is toegesneden op de grootschalige WKK problematiek, maar op een dusdanige wijze gedimensioneerd is dat vergelijkingen ten behoeve van anderssoortige energietechnologieën eveneens mogelijk zijn. In voorkomende gevallen zal het dan ook zeker nuttig zijn het model in andere richtingen aan te wenden. Voor één bepaalde bedrijfssituatie worden twee verschillende WI
- brandstofkosten (x f. 106) - elektriclteitsrekening (x f. 106) - totale kosten (x f. 106) kan op eenvoudige wijze een kostenvergelijking worden gemaakt. Tevens is het verloop der kosten in de tijd te zien daar de bedragen van zowel 1985 als 2000 zijn opgenomen.
- 42 -
Dw : 40 t/h Dk : i0 MWe
Lev.duur : i0 jr Rente
~ 5%
Bedrotijd : 6000 uur
PBR : stijgend
Stoomcond.: i0 bar(0) Trf : O/G
[Kap.Lst~ Brnd S. ~t Elekr. Totaa! Poederk.ketel 1985 55~8 2000 Gas-ketel
0,0
1985 9,9
2000
0,0
2000 Gasturbine
12~0
50~7
48,0
23,0
33,2
66,8
2997
30,3
62,4
37,9
33,2
72,9
21,3
23,0
58,1
27,9
24,6
66,3
57,7
-/-14,5
52~8
73,5
-/_17~5
65~6
1398
1985 2000
30,8 59,0
1,9
Poederk./T~D. 1985
7276
17,6 10,6
9,6
Tabel 4o10o Kostenve~gelijking
4o7~ Tijdreeksen Het rekenmodel beschikt over de mogelijkheid om via het aanroepen van een ~plot-routine’~ de belangrijkste gegevens van tabel 4,9, in grafische vorm weer te geven (zie figuur Op verzoek worden over een periode van 16 jaar de ontwikkeling van de volgende kosten in de tijd in beeld gebracht: - Suppletie kosten openbaar net - Brandstofkosten - Totale variabele kosten - Totale vaste kosten Ook nu weer voorzover van toepassing bij de d~ie gekozen elektriciteitsprijspaden en de drie gegeven K/O-pariteiten,
- 43 -
20
m 22
1986 ’68 90
92
94
’95 ’96 ’2000
1986 "ga
’90
’92 ’94
’96
’98 ’2000
EL PRJJSPAD ~ INSTALLATIE POEDERKOOL / TE}
~.
STOOMVRAAG : 120 t/h (DW)
BEDRUFSTIJD
6000 UUR VOLLAST 10JR/5%
KRACHTVRAAG: 35 MWe(DK}
PROCES IN BRANDSTOFPRIJS
10 BAR 2% STIJGING pER JAAR
Figuur 4.6. Kosten in miljoenen guldens
Voorts worden de kostenbedragen uit tabel 4.9~ door het rekenmodel op funktionele wijze samengevoegd tot de drie kostensoorten, - kapitaal - verbranding - elektriciteit en uitgedrukt in % van de totale kosten (100%), zodat de relatieve ontwikkeling van de kosten in de tijd ten opzichte van elkaar wordt aangegeven° De cijfers zijn ook hier in grafische vorm gepresenteerd door middel van ’staaf diagrammen’ waarbij de breedte van de staaf een tijdsperiode van 16 jaar omvat. Op deze wijze wordt de relatieve ontwikkeling der kosten in de tijd in beeld gebracht (tabel 4.11o)o
- 44 -
Tabel 4.11. Kosten in % van totale kosten
4.8. Investeringsselectie ~~ te onderzoeken of investeringen in duurzame produktiemiddelen de moeite lonen wordt vaak een drietal bedrijfseconomisehe kengetallen gehanteerd, - Pay-back periode (PB) - Interne rentevoet (IRV) - Contante waarde
(CW)
De kengetallen vormen een maatstaf voor de beoordeling van de rentabiliteit van een investeringsprojeet en vormen een hulpmiddel bij het kiezen uit alternatieve investeringsmogelijkheden. Deze drie kengetallen worden berekend op basis van de jaarlijkse kasstroombedragen welke zich normaliter over de gehele levensduur van de i~stallatie uitstrekken. De terugverdientijd laat zien hoe lang het duurt voordat het ge~nvesteerde bedrag weer in de kas is teruggestroomd. Het kengetal gaat geheel voorbij aan de grootte van de investering en aan de opbrengsten in de periode na het terugverdienstijdstip.
- 45 -
EL,P~~SP&~ i
¢
ELoPRYSP&D 2
m
EL,PRYSP&D 3
Tabel 4o12o Voorbeeld output investeringsseleetie
De voordelen van het kengetal zijn gelegen in de eenvoud van berekening en de duidelijkheid van voorstellingo Bij de berekening van de interne rentevoet en de contante waarde worden wel alle kasstroom bedragen gedurende de hele levensduur in de beschouwing betrokken. Eveneens wordt het moment waarop de bedragen in de tijd worden ontvangen in de berekening verdisconteerdo De gró~é van de investering in kwestie kan uit de interne rentevoet in het geheel niet worden afgelezen en uit de eontante waarde slechts zeer ten dele. Berekening der beide kengetallen is minder rechtlijnig dan die van de terugverdientijd. Hieronder wordt een uiteenzetting gegeven hoe het rekenmodel de kengetallen precies berekent, waarbij tabel 4o12o als leidraad dienst doet. Voor een nadere beschouwing van de begrippen kasstroom~ terugverdientijd, interne ~entevoet en contante waarde zij verwezen naar [28] hoofdstuk 6.
- 46 -
Het onderhavige investeringsproject is steeds een WKK-installatie
(WKK)~ - AFBC/T.D. - Poederkool/T.D. - Gasturbine/afgassenketel De WKK-installatie wordt om een jaarlijkse ’Cash-flow’ (CHF) te vinden gerelateerd aan een inkoop-situatie (INK) waarbij in eigen bedrijf alleen de stoom wordt opgewekt middels een ketel en alle elektriciteit van het openbaar net wordt betrokken. - AFBC ketel - Poederkoolketel - Gasketel Links boven de uitdraai staat vermeld om welke installaties het gaat, de overige gekozen invoergegevens zijn eveneens bovenaan de uitdraai terug te vinden. Onderaan wordt de aanschafwaarde van de installaties vermeld=
I = IK + IT ITOT = I + I0
IK = investering I = investering T I0 = investering Voor wat betreft
in de ketel in de turbine in de infrastructuur deze laatste investering is steeds gerekend met I0 =
0,2 x I bij kolen-opties en I0 = 0,05 x I bij gas-opties. Tevens wordt onderaan vermeld met welke WIR-premie werd gerekend. De analyse-periode valt uiteen in - bouwperiode - exploitatie periode Als bouwperiode is steeds de eerste drie jaar aangehouden waarin het totale investeringsbedrag als volgt wordt besteed: jaar i : 20% (1983) jaar 2 : 50% (1984) jaar 3 : 30% (1985)
- 47 -
De exploitatie begint op 1 januari van jaar 4 en kan varieren van I0 jaar tot maximaal 16 jaar. De jaarlijkse bedragen zijn de totale kosten bedragen zoals die zijn berekend in de kosten overziehten (tabel 4.9.). Deze gegevens waren tesamen met de investeringsbedragen (I en ITOT) in een bestand opgeslagen dat nu ten behoeve van het investeringsselectie programma wordt geraadpleegdo In de bouwperiode (eerste drie jaren) is: WI<X= investering in WKK-installatie (20%, 50%, 30%) INK = investering in ’INKOOP’-installatie (20%~ 50%, 30%) CHF = kasstroom~ (= INK - WKK), Cash-flow BEL = betaalde vennootsehapsbelasting (= NIHIL) In de exploitatie periode (resterende jaren) is: WKK = totale kosten van de WKK-installatie IN-K= totale kosten van de ’INKOOP’-installatie BEL = 0,48 x (INK - WKK) CHF = (INK - WKK) - BEL + AFSCHRIJVING WKK INK~ (IToT - IToTJ AFSCHRIJVING = LEV. DR. De afschrijving is dus lineair. De drie kengetallen (PB, IRV en CW) worden met behulp van de gevonden jaarlijkse eash-flow-bedragen (CHF) berekend. De terugverdientijd wordt gevonden door PB op te lossen uit de vergelijking: PB Z CHF > 0 t=l t waarin: PB = pay-back periode in jaren CHFt = eash-flow in jaar t. De interne rentevoet wordt gevonden doo~ IRV op te lossen uit de vergelijking: N CHF t E t=l (i + IRV)t
- 0
- 48 -
Tabel 4.13.: Pay-back~ interne rente en ~ontante waarde
- 49 -
bouwperiode + exploitatieperiode (jaren)
waarin: N CHF IRV
t
kasstroom in jaar t rente x/100%.
De eontante waarde wordt gevonden door CW op te lossen uit de vergelijking:
N CHF CW--
t
t=l (i + r)t waarin: N
= bouwperiode + exploitatieperiode (jaren)
CHF = Cash-flow in jaar t t = disconteringsvoet (staat steeds tussen haakjes achter CW r vermeld!)
CW
= contante waarde in miljoenen guldens.
Een en ander wordt wederom berekend voor de drie gekozen elektriciteitsprijspaden en de drie gegeven K/O-pa~iteiten. De drie kengetallen worden voor diverse bedrijfssituaties, electriciteitsprijzen en K/Opariteiten in overzi~htstabellen bijeengebracht (tabel 4.13.). Deze tabellen worden tenslotte nog in grafiek gebracht waardoor veranderingen van de kengetallen ten gevolge van de wijziging in bepaalde belangrijke variabelen aanschouwelijk gemaakt worden (zie figuur 4.7.). De gearcee~de lijn in fig. 4.7. geeft een veronderstelde minimum terugverdientijd van 2 jaar aan.
- 50 -
DW! 40 t/h
~t4sr : POEDER /ID
BAR IN : B0 LEV.DUUR; 10JR
DRAAI-UREN : 5000
%
ELECTRPRIJSPAD [2}
Figuur 4.7, : Verloop interne rente en pay=back periode 4.9. Uitgevoerde berekeningen Met behulp van het rekenmodel zijn een groot aantal berekeningen uitgevoerd. Hieronder zal worden aangegeven welke dat zijn geweest. Allereerst werden een aantal standaard berekeningen uitgevoerd op de cases I tot en met VII, gekarakteriseerd door onderstaande variabelen met hun waarde: - Stoomdruk proces-in : i0 bar(O) - Bedrijfstijd : 6000 uren vollast - Economische levensduur : 10 jaar - Rente : 5% reëel - Brandstofprijzen : stijgend - Teruglevertarieven : 50% olie/50% gas - Evaluatieperiode : 1985 tot en met 2000. Uit de standaard berekeningen kan ~eeds de gevoeligheid in de rentabiliteit van WKK-projecten worden vastgesteld voor: I. De elektriciteitsprijsstijging 2o De K/O-pariteit
- 51 -
3. De omvang van de stoomv~aag. Aanvullend daarop zijn echter nog berekeningen uitgevoerd om de gevoeligheid voor een aantal andere variabelen te testen. Daartoe werden de volgende variabelen beurtellngs gewijzigd terwijl de overige variabelen op de standaardwaarden werden gehouden. Io
Stoomdruk proces-in : 3 bar(O)
2.
Stoomdruk proces-in : 20 bar(0)
3.
Bedrijfstijd : 4000 uren vollast
4o
Bedrijfstijd : 8000 uren vollast
5~
Economische levensduur : 15 jaar
6o
Brandstofprijzen : constant
7o
Krachtvraag (Dk) : laag (K/W-verhouding : I00 kWh/ton stoom)
8~
Krachtvra~g (Dk) : hoog (K!W-verhouding : 400 kWh/ton stoom)
9,
Teruglevertarief : 50% kolen/50% gas
i0. Teruglevertarief : 100% kolen Deze berekeningen werden gedaan voor twee cases: Case I
: Dw = 40 t/h stoom Dk = i0 MWe
Installaties : AFBC ketel inkoop Gas ketel AFBC/T.D.
WKK
Gasturbine/AK Case IV
: Dw = 160 t/h stoom Dk = 50 MWe
Installaties : Poederkool ketel inkoop Gas ketel Poederkool/T. D. WKK Gasturbine/AK Tenslotte werden een aantal bijzondere exercities uitgevoerd. Van de clusters die uit de landelijke enquête gegevens zijn samengesteld is er een doorgerekend op toepassing van warmte-kracht. De cluster is als volgt gedefineerd: - Warmtevraag (Dw) : 116 t/h -" Krachtvraag (Dk) : 21MWe = Stoomconditie turbine-in : 80 bar(o) - Stoomconditie proces-in : 20 bar(o)
- 52 -
- Bedrijfstijd ~ 6000 uur - Levensduur : i0 jr - Brandstofprijzen : stijgend - Teruglevertarief : 0/G Voor de periode 1985 tot en met 2000 werden de jaarlijkse kosten berekend alsmede de interne rente~ de terugverdientijd en de contante waarde der verschillende projecten° Dit werd ook gedaan bij een constante brandstofprijs-ontwikkelingo Voorts werd voor deze cluster berekend hoe de kostensituatie zich wijzigt indien binnen de kortingsregeling voor industriële grootverbruikers van elektriciteit een vergoeding zou worden ingebouwd voor de kilowatt-uren die zijn geproduceerd door een WKK-installatie met kolen als brandstof. Eveneens werden berekeningen gemaakt voor een gasturbine/afgassen ketel combinatie met bijstook in de afgassen ketel. Er wordt dan geen elektriciteit meer teruggeleverd, zodat het bedrijf geheel onafhankelijk van het openbare elektriciteitsnet kan produceren~ Dit wordt in de praktijk als gunstig ervaren~ 4o10o Evaluatie der resultaten Alle tabellen met absolute kostenbedragen, zijn afgeleid uit de kostenoverzichten van het rekenp~ogramma. Zij zijn allen gegeven bij elektriciteitsprijspad 2 en K/O-pariteit 0,6~
- 53 -
Case I: Dw : 40 t/h
Lev. duur: i0 jr
Bedr.tijd : 6000 uur
Dk : I0 MWe
Rente
Stoomcondo: i0 bar(0) Trf : O/G
INSTALLATIE~J~~~R
: 5%
INVESTERING ELEKTR. x fo 106 Prod.(MW)
AFBC ketel
BEDRAGEN x f. 106 KapoLsto Brnd. St. Elek~. Totaal
1985
26,6
0,0
1985
4,3
0,0
1985
34,6
4,0
19,9
16,0
2000
21,9
7,8
11,6
24,4
10,2
10,8
21,8
12,9
ii,6
25,3
7,3
7,4
21,2
9,4
7,9
23,9
6,6
2000 Gasturbine/AK 1985
10,8
0,8
2000 AFBC/T.D.
6,0 5,1
2000 Gas=ketel
PBR " stijgend
19,8
18,2
25,1
22,1
3,8
Bij deze kleine case is een wervelbedketel (ÁFBC) toegepast als kolenketel. Bij de gasturbine-optie is de elektriciteitsrekening negatief ten gevolge van het feit dat de overtollig geproduceerde elektriciteit aan het openbare net wordt teruggeleverd, waarvoo~ een vergoeding wordt ontvangen, Vanzelfsprekend staat daartegenover dat de brandstofkosten (Brnd. St~) veel hoger zijn. De gasturbine is de voordeligste optie. De gasketel is in 1985 net iets goedkoper dan de AFBC-ketel maar in 2000 duurder.
- 54 -
Case II: Dw : 80 t!h
Lev.duur : i0 jr
Bedrotijd : 6000 uur
Dk : 25 MWe
Rente
Stoomeond.: i0 bar(0)
: 5%
INSTALLATIE
PBR : stijgend Trf : O/G
f. I0~ x f. i06 ~ IKap.Lst. Brnd. St. Elekr. Totaa~~,
Poederk.ketel 1985 43,7 2000 Gas-ketel
0,0
1985 7,3
0,0
2000
2000
8~0
10,7
Gasturbine/AK 1985
2000
35,9
32,0
22,9
43,0
15,4
24,7
48,4
20,4
22,9
44,7
25,8
24,7
51,9
14,3
17,7
42,7
18,7
18,9
49,3
1,4
Poederk./T.Do 1985
56~6
11,8
8,3
38,5
37,1
49,0
46,0
6,8
De toegepaste kolentechniek is nu een poederkool-ketel. De eerste twee installaties vertegenwoordigen de inkoopsituaties~ respectievelijk op kolen en op gas. Dit kan worden afgelezen uit het feit dat de elektriciteitsproduktie nul en de elektriciteitsrekening ’hoog’ is en voor beiden gelijk. De gasturbine is de voordeligste optie. De inkoop-situatie op basis van kolen (poede~kool-ketel) is in 1985 reeds beter dan de inkoop-situatie op basis van gas (gasketel) en is nauwelijks slechter dan het tegendruk-bedrijfo
- 55 -
Case III: Dw :120 t!h Dk : 35 MWe
~
Levoduur : i0 jr
Bedr. tijd: 6000 uur
Rente
Stoomcond.: I0 bar(O)
: 5%
[
INVESTERING
TIE JAAR~
ELEKTR, Prod.(MW)
1
PBR : stijgend Trf : O/G
BEDRAGEN x f, 106
Kap.Lsto Brnd, St, Elekr. Totaal
._x f. 106 Poederkoketel 1985
2000 Gas-ketel
55,8
0,0
1985
9,9
0,0
1985 72,6
12,0
Gasturbine/AK 1985 48,0
2000
59,0
23,0
33,2
66,8
29,7
30,8
62,4
37,9
33,2
72,9
21,3
23,0
58,1
27,9
24,6
66,3
13,8
2000
50,7
30,8
1,9
2000 Poederko/T.D.
17,6 10,6
57,7
52,8
73,5
65,6
9,6
De gasturbine is nog steeds de meest aantrekkelijke optie do¢h in het jaar 2000 komen de totale kosten van het tegendruk-bedrijf bijna langszijm De poederkoolketel blijft op geringe afstand volgen. De gas-ketel is verreweg de minst aantrekkelijke optie.
- 56 -
Case IV: Dw :160 t/h Dk : 50 MWe
Lev.duur : i0 jr Rente
: 5%
Bedr. tijd: 6000 uur Stoomcondo: I0 bar(0)
PBR : stijgend Trf : O/G
BEDRAGEN x~ Kap~Lst~ Brnd. Sto Elekro Totaal
I Poederk~ketel 1985
2000 Gas-ketel
66~3
0,0
1985 12,3
0,0
2000
16,0
Gasturbine/AK 1985 2000
78,0
30~6
45~4
88,6
39,7
42,0
84,0
50,5
45,4
98,2
28,4
32,5
77,3
37,1
34,9
88,4
16,4
2000
64,8
42,0
2,3
Poederko/T.Do 1985 86,6
23,4 12,6
76,9
71,9
98~i
89,8
12,3
In 1985 is toepassing van een gasturbine/afgassenketel combinatie f. 5,4 mln voordeliger dan toepassing van een poederkoolketel met een tegendruk-turbine. In 2000 is de laatste combinatie echter f 1,5 mln pe~ jaar goedkoper dan een gasturbineo Het beeld dat bij tijdsvoortsehrijding de gasturbine optie doo~ het tegendrukbedrijf wordt ’ingehaald~ vindt zijn oorzaak voornamelijk in de stijgende brandstofprijzen~ Bij tegendruk-bedrijf vormen de brandstofkosten ± 62% van de totale kosten. Terwijl dit percentage bij de gasturbine op i 85% ligt. De nadelige effecten van prijsstijging werken derhalve bij de gasturbine sterker door. In onderstaande tabel 4o14.a is voor de cases I tot en met IV op basis van het cijfermateriaal uit de kostenoverzichten berekend welk deel der totale kosten wordt veroorzaakt door brandstofkosten en welk deel door kapitaalkosten. Daartoe werd berekend welk deel van de elektriciteitsrekening in beslag wordt genomen door brandstofkosteno Bij tegendrukbedrijf werd op basis van door de elektriciteitsprodueenten gehanteerde kWh-prijzen voor grootverbruikers [29] een gemiddeld brandstofaandeel berekend en gehan-
- 57 -
teerd als verbijzonderingsmaatstaf. Bij gasturbinebedrijf is voor dat doel gebruik gemaakt vsn de brandstoffactor van 8,7 MJ/kWh en gemiddelde olie- en gasprijzen over de periode 1985 tot en met 2000.
Gastu~bine
Vermogensgrootte
Tegendruk-bedrijf Kap. Lst
Brndst~kstn
KapoLst
Brndst.kstn
40
0,16
0~84
0,40
0,60
80
0,15
0~85
0~38
0~62
120
0,14
0,86
0,36
0764
160
0,13
0,87
0~34
0,66
t/h-stoom
Tabel 4.14oa: Verdeling de~ totale kosten in Kapitaalslasten en Brandstofkosten (decimaal)
Terugkomende op de kostenoverzichten en de vergelijking der installaties komt tevens naar voren dat naarmate de capaciteit g~oter wordt de GT/AK eveneens door de PK/TD ingehaald wordt. De belangrijkste oorzaak hiervan is gelegen in het feit dat bij het bouwen van grotere installaties bij kolenketels en tegendruk-turbines grotere schaalvoordelen kunnen worden bereikt dan bij gasturbines en afgassenketelso Daar komt nog bij dat bij kolentoepassing een groter deel der kosten in beslag wordt genolnen door de kapitaalslasten dan bij gastoepassing het geval is (tabel 4.13o)o Ter verduidelijking treft u voor de vier behandelde capaciteiten en de vier installaties in tabel 4o14o een overzicht aan van het verloop der gemiddelde totale kosten. De drie cases V tot en met VII welke aansluiten bij eoncrete praktijk-° situaties onderscheiden zich van de eerste vier cases ondermeer door hun veel lagere K/W-verhouding (zie tabel 4.4.). Deze verhouding beweegt zich bij de drie cases rond de i00 kWh/ton stoom. Deze W/K-verhouding slnit aan bij de kolen/T.D.-optie zodat de verwachting gerechtvaardigd lijkt dat deze W~dl-optie hoge ogen za! gooieno
Capaciteit (ton!uur stoom)
Installatie
40 t/h
80 t/h
120 t/h
Poederkool ketel
23~2
45,7
62,9
83,3
Gas ketel
23~6
48,3
67,7
91,1
Poederkool/T.D.
22,6
45~5
62~2
82,9
Gasturbine/A.K~
20,2
41~6
59,2
80~9
160 t/h
Tabel 4.14. Gemiddelde totale kosten in miljoen guldens 1985-2000
Case V: Dw :160 t/h
Lewduur : I0 jr
Dk :12,0 MWe Rente
ATIE
JAAR]
: 5%
INVESTERING
Bedrotijd : 6000 uur
PBR : stijgend
Stoomcondo: I0 bar(0) Trf : O/G
ELEKTR~ I I
BEDRAGEN x fo I06 Totaal
x fo 106 Prodo(MW)i [Kap. Lsto BrndoSt. Elekro Poederk.ketel 1985
66,3
0,0
2000 Gas-ketel
1985 2000
12,3
Poederk./T~D. 1985
86,6
16,0
64,8
64,0
12,6
48,6
30,6
13,5
56,7
39,7
12,6
56,6
50,5
13,5
66,3
28,4
42,0
37,1
49,9
16,4
2000
76,9
Gasturbine!AK 1985 2000
23,6 12,6
12,3
98,1
De K/W-verhouding is hier het laagst; kleiner dan i00 kWh/ton stoom. Zelfs de kolen/ToDo-installatie produceert nu overtollige kWh’s die aan het openbare net worden teruggeleverd zodat ook hier de elektriciteitsrekening negatief wordt. De poederkoolketel/tegendruk-turbine komt als meest gunstige optie naa~ voren, zodat hier inderdaad aan de verwachting wordt voldaan°
- 59 -
Case VI: Dw :120 t/h
Levoduur : i0 jr
Bedrotijd : 6000 uur
Dk :16,5 MWe
Rente
Stoomcond~~ i0 bar(0) Trf : O/G
: 5%
PBR : stijgend
~STERING
ELEKTRo ~~ ¯ 106 Prodo(MW)__IKap~Lst" Brnd. St¯ Elekr,
Poederkoketel 1985
55,8
0,0
1985 9,9
Poederk./T.D. 1985
12,0
44,4
23,0
17,4
51,0
29~7
16,2
47,8
37,9
17,4
57,1
21,3
6,3
41,3
27,9
6,6
48~3
13,8
2000 Gasturb~ne/AK~1985
50,7
16,2
1,9
2000
72,6
17,6
I0~6
2000 Gas-ketel
~T°taal
48,0
57,7
39,7
73,5
48,3
9,6
2000
De K/W-verhouding is 138 kWh!ton stoomo Ondanks de lage K/W-verhouding is de gasturbine de meest gunstige installatie° Zij is gemiddeld fo 800°000,-- per jaar goedkope~ dan tegendruk-bedrijf, De omvang van de stoomvraag (120 t!h) komt overeen met die uit case III zodat een vergelijking voor de hand ligto De krachtvraag (Dk) bij die case is ruim 2x zo groot zodat ook de K/W-verhouding ruim 2x grote~ is (292 kWh!ton). Ook bij case III was de gasturbine ruimschoots het beste alternatief; daar wordt in vergelijking met tegendruk-bedrijf per jaar gemiddeld f. 3.000.000,-- goedkoper geproduceerdo
- 60 -
Case VII: Dw : 45 t/h
Levoduur : i0 jr
Bedrotijd : 6000 uur
Dk : 5,5 MWe
Rente
Stoomcondo: I0 bar(0) Trf : O/G
~ 5%
PBR ° stijgend~~ ~
INSTALLATIE
Poederk.ketel 1985 28,6 2000 Gas-ketel
0,0
6,7
7
18,8
8,8
I
21,3
11,5
6,7
19,1
14,5
7,1
22,5
8,1
1,7
16,8
10,6
1,8
19,4
22,3
"/-i0,3
16,2
28,2
-/_13,2
19~2
5,4
1985
4,7
0,0
0~9
2000 Poederk./ToD. 1985 37,1
7,0
2000 Gasturbine/AK 1985 2000
22,0
18,0
4,2
De K/W-verhouding komt uit op 122 kWh/ton stoomo Ook hier is ondanks de lage K!W-verhouding de gasturbine de meest aantrekkelijke optie. Uit tegendruk-bedrijf is echter een goede tweede en gemiddeld slechts f. 400o000,--per jaar duurdec. De beste ’inkoop’-situatie (AFBC-ketel) levert gemiddeld per jaar fo 2 mln meer kosten opo Voor de cases I tot en met Vll werden terugveçdientijd, interne ~entevoet en contante waarde berekend. Tabel 4.15. toont een overzicht van de kolen/T.D.-optie~ die steeds wordt vergeleken met het basis alternatief. Voor dit basis-alternatief werd in alle gevallen de gas-ketel gekozen. Overige ~andvoorwaarden: - Stoomconditie proces-in : 80 bar(0) -Levensduur : I0 jaar -Brandstofprijzen : stijgend -WIR-premie : 27% - Bedrijfstijd : 6000 uur .... - Terugleverta~ief : 50% olie en 50% gas.
- 61 -
ton)
0.7
0.5
0~6
0.7
0.5
0.6
0 7
K/O-pariteit
1 2 3
6,8
8,5
*
6,5
2,5
*
-/_ 3,4 -/_ 6,8 -/_ 10,2
6,7
8,3
*
0,5
3,0
*
-/_ 3,0 -/_ 6,4 -/_ 9,7
6,6
8,1
*
7,0
3,5
*
-/_ 2,6 -/_ 6,0 -/_ 9,5
6,0
7,6
*
8,5
4,5
*
-/_ 1,7 -/_ 8,4 -/_ 15,1
5,9
7,4
*
9,0
5,0
*
-/- 1,0 -/_ 7,7 -/_ 14,4
5,8
7,2
9,7
9,5
5,5
0,5
-/- 0,3 -/_ 7,0 -/_ 13,7
5,2
6,6
9,2
11,5
7,0
1,0
4,2 -/_ 6,8 -/_ 16,0
5,1
6,5
8,8
12,0
7,5
2,0
5,2 --/_ 4,9 -/_ 15,0
3
5,0
6,3
8,4
12,5
8,0
2,5
6,3 -/_ 3,8 -/_ 14,0
1
4,7
6,0
8,4
13,5
8,5
2,5
10,7 -/_ 2,8 -/_ 16,2
4,6
5,9
8,1
14,0
9,0
3,5
12,0 -/_ 1,4 -/_ 14,9
3
4,6
5,7
7,8
14,5
19,5
4,0
13,4 -/_ 0,I -/_ 13,5
1
3,7
4,5
5,1
19,0
14,5
i0,0
26,9
13,5
0,0
3,7
4,4
5,6
19,5
15,0
i0,0
28,2
14,7
1,3
3
3,6
4,4
5,4
19,5
15,5
10,5
29,4
16.0
2,5
1
4,6
5,7
7,5
14,0
9,5
4,5
4,6
5,6
7,3
14,5
i0,0
4,5
5,5
7,1
15,0
10,5
5,0 6.0
5,5
6,6
8,3
10,5
6,5
2,5
0~6 -/_ 3,2 -/_ 7,0
5,4
6,5
8,1
10,5
7,0
3,5
1,1 -/_ 2,7 -/-
5~4
6,4
7~9
ii,0
7,5
4,0
1,5 -/_ 2,2 -/_ 6,0
40
10
250
1 Il 2
80
25
313
3
1 III 2
IV 2
2.
V1 2
120
160
160
120
35
50
12
16,5
292
313
75
138
3
i VII 2 3
45
5,5
122
installatie: AFBC/poederkool Bar-in : 80 Lev. Duur: i0 jr. Basis : Gas-ketel Bar-uit: I0 W.I.R, % : 27%
Tabel 4~15.: Pay-back, IRV, eontante waarde
9,8 -/_ 0,3 -/_ 10,4 10,9 12,1
0,8 -/_ 9,3 2,0 -/_
Draai-uren: 6000 Prijzen
: stijgend;O/G
8,2
6,5
Wanneer bij de terugverdien-tijd een asterix (*) vermeld staat treft men deze ook aan bij de interne rentevoet~ De investering is dan verliesgevend; de terugverdientijd is langer dan de levensduur van de installatie en de interne rentevoet is negatief. Uit het overzicht kan de gevoeligheid voor: - de steenkoolprijs - de elektriciteitsprijs - de capaciteit van de installatie worden afgeleido Investeringen in WKK-installaties op basis van kolen zijn sterk gevoelig voor stijgingen van de kolenprijs. Ter illustratie een voorbeeld°
K/0-pariteit
0,5
0,6
0,7
Case III
~ IoR,V~
Dw : 120 t/h Dk : 35 MWe
12%
7,5%
2%
Wanneer de kolenprijs stijgt wordt de rentabiliteit van een investering in tegendrukbedrijf slechter. De gevoeligheid ten aanzien van de elektriciteitsprijs-ontwikkeling is geringer en tegengesteld.
Elekt riciteitspri jspad
1
2
3
Case III K/O-pariteit 0,6
IoRoVo
7%
7,5%
8%
Wanneer de elektriciteitsprijs stijgt, wordt de ~entabiliteit van het WKK-project beter~ Vergelijking van de I.R.V. in de cases I tot en met IV geeft een indruk van de gevoeligheid van investeringen in WKKprojecten voo~ de grootte van de installatie. Uit de gegevens blijkt
- 63 -
dit bij vergroting van de capaciteit de rentabiliteit aanzienlijk verbetert~
Capaciteitsgrootte (case) K/O-pariteit 0,6
Elektr.prijspad 2 IoRoV~
3%
5%
7,5%
9%
De hiervoor geschetste verbanden zijn in figuur 4.10 grafisch weergegeyen. In de drie grafieken wordt op de positieve Y-as de interne rentevoet in % afgezet en op de negatieve Y-as de terugverdientijd in jaren~ In grafiek I is voor case III~ op de positieve X-as de K/0-pariteit en op de negatieve X-as het elektriciteitsprijspad afgezeto In ~rafiek 2 is, voor elektriciteitsprijspad 2~ op de positieve X-as de capaciteitsgrootte en op de negatieve X-as de K/O-pariteit afgezet. In~rafiek 3 is, voor K/O-pariteit 0,6, op de positieve X-as de capaciteits-grootte en op de negatieve X-as het elektriciteitsprijsscenario afgezet. Ook het eijfermateriaal van de gasturbine~ die onmiddellijk hierna de revue passeert is in grafiek 3 opgenomen (zie gestippelde lijnen) zodat tegendruk-bedrijf en gasturbine-bedrijf met elkaar vergeleken kunnen worden° Voor de gasturbine met afgassenketel werden eveneens voor de eases I tot en met Vll de waarden berekend van de terugverdientijd, de interne rentevoet en de contante waarde, die zijn weergegeven in tabel 4.16. De dríe selectie-kriteria werden wederom berekend door de totale jaarlijkse kosten van de WKK-situatie te vergelijken met de situatie van gescheiden opwekking op basis van gas. De overige randvoorwaarden waaronder de berekeningen werden gemaakt zijn de zelfde als die bij de WKKopties op basis van kolen, met uitzon4ering van de WIR-premie waarvoor nu 30% werd aangenomen. De K/O-pariteit is niet van invloed op de rentabiliteit van gasturbine projecten, zodat wat deze variabele betreft niet drie, zoals bij het
- 64 -
tegendruk-bedrijf, doeh steeds een waarde resulteert.
% GRAFIEK
%
GRAFIEK 2
20
GRAFIEK 3
~2
(/0
PEL
K/O
JAREN
,7 .6 5
40 80 120 160
JAREN
40 80 120 160
3ASEN
Figuur. 4.10.
"Lezing" van de grafieken brengt in elk geval twee aspecten duidelijk in beeld: - Schaalvergroting heeft op het rendement van gasturbine-projecten een licht negatief en op dat van de tegendruk-projeeten een sterk positief effect (grafiek 3). - Wanneer een pay-back periode van 3 jaar als minimale financieringsnorm zou worden gehanteerd (gearceerde balk) valt geen der beschouwde WKK-situaties binnen de gestelde norm. In tijden van laag-conjunctuur of wanuee~ men zich anderszins voor stagnerende bedrijvigheid en slinkende winstmarges geplaatst ziet, zal ten gevolge van de zich verslechterende liquiditeitspositie, eeu terugverdientijd van 3 Jaar of korLet als onwrikbaar selectiekri~erium voor mogelijke iuveste~ingen k~~nneu worden gehanteerd. Investeçings-opties in een wacmtek~acht installatie met weliswaa~ aanzienlijke intecue ~entevoeten, zullen in zo’n situatie dan toch als onaanvaardbaar te~zijde worden geschove~,
- 65 -
~
v. (z)tc.~#. (x f. io~) K/O-paritelt 1
I
II
3,9
17,0
4,1
3,7
18,5
5,1
3
3,5
20,0
6,1
i
3,9
16,5
7,5
3,7
18,0
9,9
3
3,5
20~0
12~3
I
4,0
16,0
9,1
3,7
18,0
12,4
3,5
20,0
15,7
4,1
15,5
10,2
3,8
17,5
14,8
3,6
19,5
19,3
4,2
16,0
11,6
4,1
16,5
12,8
3
4,1
17,0
14,1
1
4,1
16,0
9~i
4,0
17,0
o10,8
3
3,9
18,0
12,4
1
4,5
14,0
2,6
4,4
15,0
3,2
4,3
16,0
3,8
2
2
III 2
40
80
120
i0
25
35
1 IV 2
160
50
i 160
V 2
Vl 2
120
VII 2
12
16,5
45
3
5,5
Installatie: G.T.
Bar-in : I0
Levo Duur: i0 jro
Draai-uren: 6000
Basis
Bar-uit: I0
W.I.Ro % ~ 30%
Prijzen
: Gas-ketel
: stijgend O!G
Tabel 4.16.: Pay-back, IRV, contante waarde
- 66 -
Evenals bij WKK op basis van kolen heeft een stijging van de elektriciteitsp~ijzen een positieve invloed op de rentabiliteit van gasturbine projecten ten opzi~hte van geseheiden opwekking, een voorbeeld mage ook hier een en ander verduidelijken:
Dw : 120 t/h
Elektriciteitsprijspad
I.R.V.
1
2
16%
t8%
3
-20%
Case III/
\
Dk : 35 MWe
Opmerkelijk genoeg heeft het groter worden van de op te stellen capaciteit een licht negatieve invloed op de rentabiliteit ten opzichte van gescheiden opwekkingo
Capaciteitsgroote (case)
I.R.V.
I
III
18,5%
18,5%
IV
Elektriciteitsprijspad 2
17,5%
Er zijn hiervoor twee belangrijke oorzaken aan te duiden. I. Bij vergroting van capaciteit levert de gasketel meer schaalvoordelen dan de gasturbine/afgassenketel combinatie. De kapitaallasten dalen bij de gasketel de~halve relatief sneller dan bij de gastu~hine. 2o Bij grotere bedrijfsomvang is bij gescheiden opwekking de hoeveelheid ingekochte elektriciteit groter, waardoor ten gevolge van het schijventarief, wat door de openbare elektriciteitsvoorziening gehaateerd wordt, een lagere gemiddelde kWh-prijs ~esulteert. Hierdoor wordt de cendementsgrondslag van de warmtekracht toepassing ve~smald.
- 67 -
Wanneer tenslotte een vergelijking wordt gemaakt tussen WKK met gas en WKK met kolen blijkt dat bij een K/O-pariteit van 0,6 in alle gevallen de gasturbine/afgassenketel combinatie de meer gunstige optie vertegenwoordigt. Onder de gemaakte veronderstellingen is zelfs bij een K!0-pariteit van 0~5 WKK op kolen slechts in één geval (case V) rendabeler dan de gasturbine° 4oli. Gevoeligheidsanalyses Werd hiervoor de invloed nagegaan van - de elektriciteitsprijs - de K/0-pariteit - de eapaciteitsgrootte op het rendement van WKK-installaties~ in de nu volgende bladzijden, zullen de resultaten aangaande de invloed van - stoomeonditie proces-in - levensduur - brandstofprijzen - krachtvraag - te~uglevertarief = bedrijfstijden op het rendement van WKK-projecten worden gepresenteerd. Steeds worden de waarden van de drie selektie-kriteria gegeven in case I en case IV bij elektri¢iteitsprijspad 2.
Naarmate de conditie van de stoom, die voor het produktieproces benodigd is, aan hogere eisen moet voldoen wat betreft druk (en temperatuur) nemen de rentabiliteitskansen bij investeringen in kolen-tegendruk-bedrijf duidelijk af en die in gasturbine bedrijf toe, zij het in zeer geringe mate (zie tabel 4o17.)o Deze tegengestelde invloed treedt op doordat bij tegendruk-bedrijf ten gevolge van de geringere drukval in de turbine, minder elektriciteit wordt geproduceerd~ De gasturbine moet echter, uitgaande van een bepaalde warmtevraag, groter worden gedimensioneerd wanneer men in de afgassen ketel~ zonder bijstook (!)~ rijkere stoom wil kunnen produceren° Bij gasturbine bedrijf wordt meer elektriciteit geprodueeerdo De gevoeligheid is echter minimaal° In het
¯ Case (tD~h)
Dk
$cònO]nì
PAY-BACK (JR)
I.R.V. (%)
--C.W. (x f. 106)
K/O-pariteit I
2
40
i0
AFBC/ T.D.
I
2
40
10
Gasturhine/ A*K.
IV
2
160
50
Poederkool/ T.D.
IV
2
160
50
Gasturbine/ A.K.
5,6
6,7
8,2
I0,0
6,5
3~0
i0 bar 6,7
~ bar
8,3
*
6,5
3,0
*
-/_ 3,0 -/_ 6,4 -/
20 bar
9,3
*
5,0
1,0
*
-/I 4,4 -/_ 7,7 -/_ 10,9
7.3
0,4 -/~ 3,2 -/_ 6,7
3 bar
],7
18,5
4,8
i0 bar
3,7
18,5
5,1
20 bar
3,6
19,0
5,7
3 bar 4,1
5,0
6,4
17,0
12,5
7,5
21,8
10 bar 4,6
5,9
8,]
14,0
9,0
3,5
12,0 -/_ 1,4 -/_ 14,9
20 bar
6,5
9,2
12,5
7,5
1,0
7,0 -/- 5,5 -/- 18,6
5,0
7,8 -/
9,7
3 bar
3,9
17,8
12,7
I0 bar
5,8
17,5
14,8
20 bar
3,6
[8,5
18,]
6,4
Tabel 4.17o: Investeringsselectie-kriteria bij varierende stoomconditie
algemeen kan gesteld worden dat in bedrijfssituaties waarin hoogwaardige stoom voor het produktieproces vereist wordt warmtekrachtkoppeling op basis van gas verreweg het meest voor de hand ligt.
4.11.2. Levensduur van de installatie Resultaten van berekeningen met een levensduur van i0 jaar en 15 jaar zijn terug te vinden in tabel 4.18. Verlenging van de levensduur tot 15 jaar heeft verbetering van de interne rentevoet en verslechte~ing van de te~ugverdientijd tot gevolg; zowel voor de kolen als voor de gasoptie. Het feit dat de twee selec tie-kriteria in tegengestelde richting werken duidt erop dat de som der verdisconteerde cash-flows weliswaar groter is geworden (wat ook af te lezen valt uit de cijfers voor de contantewaarde)~ doch dat opbrengsten in de ’eerste jaren’ lager zijn. Dit laatste nu wordt veroorzaakt doo~ het belasting-effect. Daar het jaarlijks afschrijvingsbedrag dat op lineaire wijze wordt vastgesteld daalt, stijgt de fiscale winst en daarmede het jaarlijkse bedrag dat aan vennootschapsbelasting met worden afgedragen. De jaarlijkse cash-flow daalt doch strekt zich over een langere periode uit°
- 69 -
PAY-BACK (JR)
LR.V. (%)
duur 0°7
~~~0.5 0°6
0.5
0.6 ~ ~0"7
0.7
K/O-pariteit I
2
40
I0
2 AFBC/T.Do I
2 2
IV
2 2
IV
2 2
40
i0
Gasturbine/AoKo
160
50
Poederkool/T.D.
160
50
Gasturbine/A.Ko
*
6,5
3,0
*
10,0
6,5
2,5
-/- 3,0 -/- 6,4 -/- 9,7
lOjr 6,7
8,3
15ir 7,2
9,0
10ir
3,7
18,5
5,1
15jr
3,8
20,5
7~9
12,1
0,I g/_ 4,2 -/_ 8,5
10jr
4~0
5~9
8,1
14,0
9,0
3~5
12,0 -/- 1,4 -/- 14,9
15ir
4,8
6,2
8,7
16~5
12,0
6,5
24,8
7~7 -/_ 9,5
10jr
3,8
17~5
14,8
15jr
3,9
19,0
22~9
Tabel 4.18.: Investeringsselectie-kriteria bij varierende levensduur
Twee aspecten zijn hier nog vermeldenswaardig: I~ Vaststelling van het jaarlijkse afschrijvingsbedrag op duurzame produktiemiddelen wordt veelal gezien als een administratieve formaliteit en ook het feit dat in deze rapportage zonder argumentatie een eenvoudig lineair patroon werd gepostuleerd doet dit wellicht vermoeden, Men zij echter van het tegendeel overtuigd, Zorgvuldlge vaststelling van het jaarlijke afschrijvingsbedrag~ welke een weerspiegeling dient te zijn van de waardHdaling, is van essentieel belango Omdat de waardedaling in belangrijke mate be~nvloed wordt door de jaarlijkse produktie en ook deze over de gehele levensduur constant verondersteld is~ sluit de gekozen afschrijvingsmethode in dat opzicht goed aan. 2= Het onderscheid tussen technische- en economische levensduur welke bij de inleidende beschouwing van dit hoofdstuk werd gemaakt is evenmin academisch van aard° Het onderscheid tussen beide begrippen wordt niet altijd even duidelijk aangebracht~ terwijl dit toch de kern van de investeringsproblematiek raakt= De technische levensduur wordt uitsluitend bepaald door de ’intrinsieke kwaliteiten~ van de
- 70 -
machine, die bij de fabrikant meestal vrij nauwkeurig bekend zijn. De levensduur ligt daarom ook binnen zekere grenzen vast. De economische levensduur wordt in belangrijke mate mede bepaald door de waarde ontwikkeling van andere produktiemiddelen; door faktoren derhalve die buiten de machine liggen. Haar lengte is daardoor veel minder voorspelbaar en aan grote onzekerheid én plotselinge fluktuatie onderhevigo Verlenging van de levensduur met 5 jaar zonder dat enige andere variabele zich wijzigt is daarom verdedigbaar. Voor een analyse waarbij wijziging van de levensduur meer in samenhang met andere variabelen wordt gezien zij verwezen naar pagina 76 waar de invloed van bedrijfstijden behandeld is.
Wanneer men veronderstelt dat vanaf 1985 de ontwikkeling der brandstofprijzen een constant in plaats van een stijgend beeld zal gaan vertonen betekent dat de nekslag voor investeringen in WKK op kolen en een aanmerkelijke verbetering van het rendement op gasturbine projecten (zie tabel 4o19o)o De rendementsverbetering van de gasturbine vindt zijn oorzaak in het feit dat de brandstof de belangrijkste kostenfaktor vertegenwoordigt. De kolenoptie verdwijnt uit beeld omdat tegendrukbedrijf wordt vergeleken met gescheiden opwekking op basis van een gasketelo
- 72 -
Dw : 40 t/h
Lewduur : i0 jr
Bedr, tijd: 6000 uur
Dk : I0 MWe
Rente
Stoomcond.: i0 bar
AFBC ketel
: 5%
1985 26,6
0,0
1985 4,3 2000
0,0
4,0
Gasturbine/AK 1985 16,0
10,6
21,0
5,3
10,6
21,0
8,1
10,6
19,6
8,1
10,6
19,6
6,4
7,3
20,3
6,4
7,3
20,3
6,6
2000
19,9
5,3
0,8
1985 34~6
: constant BR Trf : O/G
5,1
2000 Gas-ketel
P
15,7
14,9
15,7
14~9
3,8
2000
Tabel 4°20.: Kosten bij constante brandstofprijzen
In de tabellen 4.20~ en 4o21o (resp° case I en case IV) is het verloop van de belangrijkste kostenbedragen voor de vier installaties weergegeven° Vergelijking van deze bedragen met de uitkomsten van de standaard berekeningen laten duidelijk zien dat de beide gasopties in veel sterkere mate profiteren van het gestabiliseerde brandstofprijspad (zie pago 34) dan de WKK-optie op kolen. In case I is gescheiden opwekking met een gasketel zelfs goedkoper dan WKK op koleno
- 73 -
Dw :160 t/h Dk : 50 MWe
Lev. duur: i0 jr Rente
INSTALLATIE J~~
: 5%
Bedr.tijd : 6000 uur
PBR : stijgend
Stoomcond~: I0 bar(0) Trf : O/G
BEDRAGEN x f. I0~
INVESTERING ELEKTRo
x fo I0~ Prod~(MW) ~
~
Kap~LSto, Brnd. St. Elekr. Totaal
Poederk.ketel 1985 66,3
0,0
2000 Gas-ketel
1985 12,3
0,0
2,3
2000 Poederko/T.Do
1985 86,6
16,0
2000
2000
64,0
41,3
74,4
20,5
41,3
74,4
31,2
41,3
74,9
31,2
41,3
74,9
24,8
32,1
73,3
24,8
32,1
73~3
60,6
-/_15,5
57,4
60,6
-/_15,5
57,4
16~4
Gasturbine/AK 1985 64,8
20~5 12,6
]2,3
Tabel 4.21.: Kosten bij variërende brandstofprijzen
Vergelijking van de kostenbedragen met die uit de standaard case, waar de brandstofprijzen een stijgend verloop hebben tot 2000 maakt al snel duidelijk dat de constante brandstofprijzen een sterker positief effect hebben op de gas-opties dan op de kolen-optieSo Tabel 4.22. toont voor de beide case (I en IV) met hoeveel % de gemiddelde totale kosten van elk der vier beschonwde installaties dalen ten gevolge van de brandstofprijs-stabilisatle.
- 74 -
Installaties
Daling der totale kosten in % case I
case IV
8,0
ii,0
17,0
18,0
Kolen-ketel/ToDo
8,0
II,0
Gasturbíne/AoK.
26,0
29,0
Kolen-ketel Gas-ketel
Tabel 4.22.: Kostendaling in %
Het postuleren van een constant brandstofprijspad tot 2000 is mede ingegeven door recente prijsontwikkelingen op de oliemarkt waarbij de p~ijs van een vat ruwe olie gedaald is van $ 34.-- naar ca. $ 29~--. Constante brandstofprljzen op middellange termijn hebben overigens ook repereussles voor de ontwikkeling van de elektriciteitsprijzen; daarmee is hij de ealculaties rekening gehouden.
4.11o4~ De kraehtvraag Twee situaties werden doorgerekend. Een met lage kçachtvraag, die aansluit bij WKK op kolen en een met hoge krachtvraag, aansluitend bij WKK op gas. Het zal geen verwondering wekken dat bij verlaging van de krachtvraag het rendement van kolen ~~IK-opties verbetert en dat van gasturbineprojecten verslechtert, terwijl vergroting vanzelfsprekend het tegendeel veroorzaakt (zie tabel 4.23.). Bij de grotere eases neemt de gevoeligheid van de gasturbine voor veranderingen in de k~achtvraag sterk af terwijl deze bij tegendruk-bedrijf wel blijft bestaan. Onder de gemaakte veronderstellingen kan worden gesteld dat bij K/Wverhoudingen van de vraag boven i00 kWh/ton stoom de gasturbine steeds de betere WKK-optie iso Onder deze verhouding komt WKK op kolen in aanmerking.
- 75 -
ton)
I
2
2
0.7
0.~
0.6
0.5
0.6
0,7
40
4 I0
i00 250
5,5 6,7
6,5 8,3
8~0 *
10>5 6,5
775 3,0
375 *
0~9 -/_ 2,5 -/_ 5,9 -/_ 3,0 -/_ 6,4 -/_ 9,7
T.D.
16
400
7,7
9,9
*
4,0
0,0
*
-/_ 5,3 -/- 8~7 -/_ 12~0
4
i00
AFBCI
I
0,6
40
4,6
14,0
2,4
Tabel 4o23.: Investeringsselectie-kriteria bij variërende kraehtvraag
WKK-opties op basis van kolen hebben een lage elektriciteitsproduktie zodat teruglevering aan het openbare net welhaast nimmer voorkomt° Het gevoeligheidsonderzoek beperkt zich hier dan ook tot de gasturbine. Wanneer de teruglevertarieven gedeeltelijk (K/G) of geheel (K/K) op kolen worden gebaseerd treedt een forse rendementsverslechtering bij gasturbine-projecten op (zie tabel 4.24.). De gevoeligheid is bij grote bedrijfsomvang iets geringer dan bij kleine omvango De rentabiliteit blijft echter steeds redelijk op peil. In case I en IV blijft de interne rentevoet beter dan die van de kolenoptie, waar de waarden op respectievelijk 3% en 9% liggen (zie tabel 4.15. pag. 61). In case V en VII echter wordt de interne rentevoet slechter dan die van de kolen-ketel/tegendrukturbine, zij wordt zelfs negatief° Dit wordt veroorzaakt door het feit dat bij de cases V en VII de K/W verhouding aanzienlijk lager is dan bij de cases I en IV~ waar dus veel minder kWh’s aan het openbare net worden teruggeleverd.
- 76 -
Het teruglevertarief
Case
DW
Dk
Trf
°
PAY-BACK (,IR)
(x fo 106)
K/O-parlteit I 2 40
IV 2
V
i0
160
2
160
Vll 2 45
50
[2
5°5
O/G
3,7
18,5
5,1
K/G
4,3
15,0
2,9
K/K
5,0
12,0
i,I
O/G
3,8
17,5
14,8
K/G
4,2
15,0
9,7
K/K
4,7
13,0
5,4
O/G
4,2
16,0
K/G
6,9
6,0
"/- 6,1
K/K
*
*
-/- 22,1
O/G
4,5
14,0
2,6
K/G
6,4
7,5
-/_ 1,3
K/K
*
*
-/- 5,2
11,6
Tabel 4~24o: Investeringsselectie-kriteria bij variërende teruglevertarief
Wanneer men het rendement van investeringsprojecten gaat onderzoeken bij va~ië~ende bedrijfstijden, wordt de problematiek van de levensduur van de installatie weer opportuun. In een der paragrafen hiervoor, die speciaal daarover handelde werden twee installaties met verschillende levensduur (i0 jaar en 15 jaar) doch met overigens exact identieke kenmerken in een exact identieke bedrijfssituatie met elkaar vergeleken (zie tabel 4.18.). Hier nu, wordt veronde~steld dat tussen bedrijfstijden en levensd~~ur een negatieve causaliteit bestaat. Wannee~ derhalve de installatie jaarlijks minder uren draait wordt verondersteld dat de levensduur langer wordt. De volgende drie situaties zijn doo~ge~ekend.
- 77 -
I
Bedrljfstijd (uren/jaar) Levensduur
(jaren)
Annuïteit
2
3
4000
6000
8000
14
i0
8
0, i010
0,1295
0,1547
Investeringen in W~(-projecten vertonen een tendens om in situaties van lagere bedrijfsuren minder rendabel te zijn (tabel 4.25.)~ Bij kleine bedrijfsomvang is dlt sterke~ waarneembaar dan bij groter omva~g~ Voorts wijzen de berekeningen uit dat WI
Bedrijfsuren K/O-pariteit
Dw : 160 t!h
0~5
0,6
0,7
4000
12~0
8~5
5,0
6000
14,0
9,0
3,5
Case IV
Dk : 50 MWe
Pel: 2
Interne rentavoet (%) van Poederkool/T.Do-project
Het in grafiek uitzetten van bijvoorbeeld de eontante waarde gegevens uit tabel 4.25~ brengt deze grotere gevoeligheid bij hogere bedrijfsuren duidelijk in beeld, zie figuur 4o11. De oorzaak is gelegen in het feit dat bij een hoog aantal bedrijfsuren een grote~ deel der totale kosten in beslag wordt genomen door de brandstofkosten zodat stijging van deze kostenfaktor e~nstigere gevol~ gen heeft voo~ het jaarlijkse netto exploitatieresultaato
- 78 -
K/o PARITE~T
-20 URE~ò00
-15 5000 40
o~
0,5 0,6 0,7 £,~’~,9 4.0
800~0:00~
~,~~K/o PARITEIT
5
-19 ~ -45
Figuur 4.11. Voor alle duidelijkheid zij vermeld dat de lijnen in figuur 4oli~ onder de x-as slechts theoretische waarde bezitten~ daar negatieve rentevoeten per definitie geen betekenis hebben. Voorts zou men ook k/o pariteiten boven 0,8 als onrealistisch kunnen aanmerken; het gaat echter om het beeld,
- 79 -
2
4O
2 3
6000 6,7 8,3
2
2
8000 5,5
40
i0
GASTURBINE
2
160
50
0,5
0,9 -/- 3,6 -/- 8,1
3,7
18,5
3,5
20,0
6,1
2,8 2,7
25,0 26,5
9,5 10,8
2,6
5,1
6,1
7,6
12,0
8~5
4,5
5,4 -/_ 5,6 -/_ 12,5
4000 5,1 5,0
6,0 5,9
7,4 7~2
12,0 12,5
8,5 9,0
8,0 5,5
6,4 -/- 2,6 -/_ 11,6 7,3 -/_ 1,7 -/_ 10,6
4000
6000
3 2 2
6~0
6000
I
2 3
10,4
~ -/_ 5,0 -/_ 6,4 -/_ 9,7
14,5
8000
50
9,4
3,0
4,4
3
2 160 3
6,9
6,5
4000
3 2
*
8000
4,2
15,0
9,7
4,0 3,8
16,5 18,0
12,8 16,0
4,1 3,8
15,5 17,5
10,2
3,6
19,5
19,3
3,5
18,5
15,7
5,3
21,0
21,6
3,1
~3)0
27,6
14,8
Tabel 4.25.: Investeringsselectie-kri~e~ia bij variërende bed~ijfstijd
- 80 -
Voor wat betreft de invloed die de diverse variabelen op het rendement van zowel gasturbines als kolentegendruk-projenten hebben geeft tabel 4.26. tenslotte een optisch ove~zichto
GASTURBINE/AK
KOLEN/T.D.
Gevoeligheid Groot
Normaal
Gevoeligheid Klein
Variabele
+
Stoomconditie
+
Levensduur
-/_
-/+ -/-
Brandstofp~ijs +
Elektr~p~ijs
+
Teruglevotarief +
+
Capaciteit +
+
+
G~oot Normaal Klein
+
Krachtv~aag
-/-
Bedrijfstijd
+
: positieve samenhang
-/- : negatieve samenhang
Tabel 4.26,: Gevoeligheid van het rendement van WKK-projecten
4,12. Bijzondere exercities De gegevens van de nluster die werd doorgerekend op toepassing van warmte-k~acht staan hieronder nogmaals weergegeveno - Warmtevraag (Dw) : 116 t/h - Krachtvraag (Dk) : 21MWe - Stoomconditie turbine-in : 80 bar - Stoomconditie proces-in : 20 bar - Bedrijfstijd : 6000 unr - Levensduur : 10 jaar - Terugle~erta~ief ~ O/G Alle berekeningen werden gemaakt zowel voor stijgende als voor constante b~andstofprijzen.
- 81 -
K/O-pariteit
4,9 6,4 8,8 13,0
8,0
2,0
6,1 o/_ 3,4 -/_ 12,9
116
con- 7,0 116
116
21
9,8
*
tent 6,9
9.4
*
6,7
9,1
*
7,9
*
*
tant 7,7
* *
* *
5,5
0,0
*
-/_ 7,0 -/_14,6 -/_ 22,2
6,0
0,5
*
6,5
1,5
*
-/_ 6.3 -/_13,9 -/_ 21,5 -/_ 5,8 -/_13,2 -/_ 20,7
3,5
*
*
4,0 4,5
* *
* *
21
3 PEODERK./T.D.
2 3
con-" 116
21
3
7,6
3
2
3,7
19,5
15,4
ton-
3,5
20,0
16,0
tant
3,4
21,0
18,0
stij-
5,1
14,0
2~7
4,5 4.1
17,0
4,9
21.0
7,0
3,2 2,9
28,0
13,8
29,5
16,8
GASTURBINE/AK ZONDER
3 1 2
116
21
i 2
116
21
gend
3 2 3 Z 3
GASTURBINE/AK MET 116
21
tant
Tabel 4.27.: Pay-back, interne ~entevoet en contante waarde van een energiecentrum voor cluster nro 7
- 82 -
Vier warmte-kracht toepassingen werden in besehouwing genomen: - AFBC ketel/tegendrukturbine - Poederkoolketel/tegendrukturbine - Gasturbine zonder bijstook - Gasturbine met bijstook Tabel 4°27 geeft een overzicht van de drie selectie kriteria in alle genoemde constellaties. Toepassing van gasturbines verdient de voorkeur boven warmte-kraeht koppeling op basis van kolen~ Alleen bij een K/O-pariteit van 0.5 of lager worden de kolen-opties enigszins concurrerend met de gasturbine/ AK toepassingo Bij vergelijking van de kolen-opties onderling komt wervelbedverbranding steeds iets gunstiger uit de bus. De beide gasturbine opties ontlopen elkaar niet veel wat betreft het interne rendement° De contante waarden liggen zonder bijstook op een hoger niveau ten gevolge van de hogere investeringen. In een situatie zonder bijstook bedraagt de totale investering ca. f. 50 min terwijl men in een bijstook situatie met een investering van ca. fo 30 mln kan volstaan. Behalve het feit dat men in een bijstook situatie niet meer afhankelijk is van het openbaar net ten aanzien van de vergoeding voor de teruggeleverde kWh’s, leveren de lagere investeringen in het algemeen een additioneel voordeel op. Tenslotte moet echter nog wel worden vermeld dat in het geval van bijstook de totale jaarlijkse exploitatiekosten ± 10% hoger zijn dan in een sitnatie zonder bijstook. In tabel 4.28 zijn de absolute jaarlijkse kostenbedragen gepresenteerd. Tot slot van dit hoofdstuk werd voor de cluster berekend welk extra nadeel warmte-kracht koppeling op kolen onde~vindt ten gevolge van het feit dat voor zelf opgewekte en gebruikte kWh’s geen extra korting via de kortingsregeling voor grootverbruikers wordt ontvangen, terwijl dit bij de gasturbine-optie in de praktijk wel gebeurt. Onderstaand overzicht geeft de gemiddelde kosten per jaar over de periode 1985 tot en met 2000°
= 83 -
Dw ~ 116 t/h Lev,duur : I0 jr
Bedr~tijd ~ 6000 uur
PBR ~ stijgend
Dk :21,0 MWe
Stoomnond.~ 20 bar(0)
Trf : O/G
AFBC/ToDo
Rente
: 5%
1985 64,3
8,1
2000 Gasturbine zonder bijstook
1985 2000
Poederko/T.D.
1985
52,7
69,0
5!~0
8,1
46,4
26,2
15,1
53,5
58,3
-/~27,0
41,2
74,2
-/_33,9
50,3
20~I
14~2
47,3
26,2
15,1
54,4
42,3
-/_ 2,9
46,2
53,5
-/_ 2,9
I0,0
1985 30,5
14,2
13,1
2000 Gasturbine met bijstook
20,1 12,2
21,0
6~8
2000
Tabel 4°28: Kosten in guldens en elektriciteitsproduktie in MWe voor cluster 7
Bedragen x f. 106
Dw : 116 t!h
Dk : 21MWe
Kap. Lst~
Brndst.
Elektr,
Totaal
Zonder korting
13,1
23,2
14,7
50,9
Met korting
13,1
23,2
13,2
49,4
Gemiddelde kosten per jaar van een Poederkool/ToDo-installatie (cluster 7)
- 84 -
Met korting komen de gemiddelde jaarlijkse kosten ea. f. 1,5 mln lager uit. Wanneer wordt uitgegaan van een levensduur van i0 jaar en een reële rente van 5% en het kostenverschil wordt contant gemaakt naar het aanvangsmoment van de exploitatie dan bedraagt de totale besparing f. 11,6 mln. Deze besparlng bedraagt ca. 16% van de totale investeringen in de installatie.
- 85 -
5. OVERIGE ASPECTEN
In dit hoofdstuk komen een aanta! zaken aan de orde die van belang zijn bij de toepassing van een WKK installatie Ooa. als energiecentrumo Ingegaan wordt op de logistieke aspecten van een kolengestookte WKK installatie en op het stoom- en condensaattransport bij een WKK installatie als energiecentrum. Verder wordt aandacht besteed aan de emissienormen waar een installatie aan dient te voldoen en san de diverse mogelijke emissies van het totale potentieel van WKK installaties in de industrie~ Vervolgens worden een aantal mogelijke opties m.b.to de organlsatorische opzet van een energiecentrum nagegaan. Tenslotte wordt ~ngegaan op de effecten van diverse WKK-opties op de algehele energievoorziening,
Aansluiting van een WKK installatie op aardgas biedt geen problemen. Wanneer steenkool toegepast wordt zal met een aantal zaken rekening gehouden moeten worden. Hieronder wordt een kort overzicht gegeven hoe en in welke vorm steenkool aangevoerd kan werden°
Steenkool zal mogelijk bij een beperkt aantal grotere WKK installaties als brandstof toegepast worden. In het navolgende zal een beknopt overzicht worden gegeven van een aantal verschillende manieren waarop steenkool van zeehavene naar de ver~ruiker getransporteerd kan worden. Door het ESC is een studie verricht [14] naar de voor- en nadelen van verschillende transportsystemen voor de situatie in Nederland. De volgende transportsystemen zijn hierbij beschouwd: vervoer per binnenschip~ trein~ vrachtwagen, transportband en pijpleidingo De voornaamste concl~sies van dit onderzoek zijn dat het specifieke Nederlandse waterwegennet het binnenschip tot het goedkoopste transportmiddel maakt voor grootschalig kolenvervoer over afstanden groter dan 30 â 40 km (figuur 5.1~). Ditzelfde waterwegnet verhoogt eveneens de aanlegkosten voor een steenkoolpijpleiding; een optie die toch al moeilijk haalbaar is in verband met de relatief geringe transportafstand in Nederland.
- 86 -
/"
Z PER TREIN (OPGAVE N.S.) PER TREIN PER VRACHTWAGEN (11} PER BINNENSCHIP (NEDSITUATIE) SLURRY TRANSPORT (10] i= STEENKOOLDOORZET(!06t/].)
TRANSPORTAFSTAND (km.)
Figuur 5.1.: Transportkosten van steenkool
Ook uit milieu-oogpunt (verkeerslawaai) verdient het binnenschip de voorkeur boven trein- en vraehtwagentransport; met één 4-baks duweombinatie per 1,5 uur wordt evenveel steenkool vervoerd als met een 2000tons trein pe~ 20 min° of 2 25-tons vrachtwagens per minuut. Voor niet per binnenschip be~eikbare g~ootverbruikers kan treintransport de aangewezen manier zijn; steenkool zal dan als bulkgoed aangevoerd worden. Voor verspreid liggende kleinverbruikers gaat het gecombineerd rail- wegvervoer per container in de toekomst wellicht de aangewezen manier van steenkoolaanvoer worden.
Naast de mogelijkheid om de steenkool bij de verb~uiker tot een stookklare vorm te verwerken, zou dit ook centraal kunnen gebeuren, waarna de stookkla~e brandstof naa~ de verbruiker vervoerd wordt. In het rapport "Kolen als stookklare brandstof voo« de Nederlandse industrie" [13] zijn de kosten bepaald voor een installatie met een capaciteit van 250.000 ton per jaa~. De voo~behandeling van poederkool
- 87 -
kost ea. f. 41 per ton en van FBC-kool ea. fo 37 per ton° Hierbij dien= en dan de kosten van vervoer van het centraal maalbedrijf naar de verbruiker opgeteld te worden° Dit vervoer dat uit veiligheids- en milieuoogpunt met gesloten silowagens nitgevoerd zal dienen te worden varieert afhankelijk van het kolenverbruik en de afstand tussen f. 25 en fo 50 per ton kolen. De totale kosten van voorbehandeling en transport komen dus globaal uit op fo 63 à f. 91 per ton kolen~ Bij een evaluatie tussen enerzijds de optie van aanvoer van stookklare hrandstof en anderzijds zelf malen~ zullen de meerkosten van de gemalen koòl afgewogen dlenen te worden tegen de lagere vaste kosten als gevolg van het niet hoeven investeren in maalapparatuur en de lagere kosten voor onderhoud en bediening. Uit de in bijlage 3 gemaakte berekening blijkt dat onder de aangenomen uitgangspunten in het geval van de kleinste poederkoolketel (80 t/hr stoom), het zelf malen aanzienlijk voordeliger is. Voor de grotere capaeiteiten neemt dit verschi! nog toe~
Met medewerking van TeOodln~ Comprlmo en Esso is een inzicht verkregen betreffende het ontwe~p en de kosten van stoom-/condensaattransport= leldingen van en naa~ een ene~giecentrum. Voór de cases I t!m IV zijn berekeningen uitgevoerd waarbij de maximale tçansportafstand als funktie van de drukval en de leidlngdlamete~ is bepaald~ Ook is het warmteverlies aangegeven als funktie van de afstand en de ísolatiedikte. De resultaten van deze berekeningen en de gehantee~de uitgangspunten zijn opgenomen in bijlage 4. De vooçnaamste resultaten zijn samengevat in tabel 5.~o Wat de kosten betreft is een opgave gedaan van de totale investering per meter pijplengte, die met de installatie van de tçansportleiding is gemoeid inclusief: - materiaalkosten - konstruktiekosten - isolatie - engineering Hierbij is verondersteld dat de helft van de leidinglengte zich onder de grond bevindt°
- 88 ~
Voor de cluster 7 (Eerbeek) is naast de technisch-economische evaluatie, ook een globale berekening gemaakt van de kosten van stoom- en condensaat-transport uitgaande van de gegevens in tabel 5.1. De aldus berekende kosten kwamen uit op f. 5~4 miljoen; dit is ca. 9% van de totale investering in het energiecentrum afhankelijk van de toegepaste installatie. Ter vergelijking bij het project energiecentrum Bergen op Zoom variee~de dit percentage afhankelijk van het concept tussen 4 en 8%.
Capaciteit
Max. tra~~sport-I) afstand in
Diameter condensaatleiding inch
Stoom
ton/uur
Diameter stoomleiding inch
40
12
1600
8
1200-1ó00
14
3000
8
1300-1700
16
6300
8
1400-1800
20
5000
10
200¢-2300
8O
120
160
Kosten Condensaat f/m
22
8500
i0
ca. 2200
24
13000
12
ca. 2500
24
6100
12
20
8700
12
Cao 2700
28
13000
12
ca. 3000
28
7500
14
30
10500
14
400-650
500-800
600-960
700-1100 ca. 4000
i) AP = 4 bar
Tabel 5.1.: Overzicht berekeningen stoom- en condensaat transport
5.2o Milieu-aspecten
Met de versoepeling van de emissienormen voor kolengestookte industriële installaties zijn enkele belangrijke knelpunten voo~ de toepassing van kolengestookte WKK installaties weggenomen. In het geval van gasturbines worden in het kader van vergunningen inzake de Hinde~wet en de Wet Luchtverontreiniging in sommige gevallen zee~ strenge eisen gesteld aan de emissie van NO (ca. 75 ppm). Deze x
- 89 -
norm is slechts m~b~vo maatregelen als stoom- of waterinjectie te realiseren. Gepleit wordt voor een versoepeling tot 150 ppm (90 g/GJ), vooral ook omdat aardgas geen emîssles van SO2 en stof veroorzaakt [31. Een kolengestookte indus~riële WKK-installatie moet voldoen aan de in de circulaire van het Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne aangegeven normen [9]° Dit betekent een maximum S02 emissie van 600 g/GJ, een maximum NO emissie van 270 g/GJ en een maximale stofuítworp X
van 20 g/GJ. Deze eisen zijn zodaníg, dat ze met een moderne poederkoolketel-tegendrukturbine met lage NO branders in combinatie met een X
filterinstallatie gehaald kunnen worden [I0]o Een S02-~nissie van 600 g/GJ komt overeen met een zwavelgehalte in de steenkool van cao 0,9%, waarbij rookgasontzwaveling overbodig iso Rookgasontzwaveling op industriële schaal zou de installatie veel te duur maken~ Ook aan de stofemíssíeno~m van 20 g/GJ is met de huidige E-filters en doekfilters te voldoen. Hierbij bieden doekfilters het voordeel van een hoog afvangrendement onafhankelijk van de toegepaste steenkoolkwaliteit~ Een nadeel van doekfilters is de beperkte levensduur van de zakken (cao 2 jaar) en het feit dat er in ons land nog weinig ervaring mee opgedaan iSo Overigens worden momenteel ook andere typen filters met zee~ hoge afvangrendementen getest o.a~ bij een kolengestookte ketel opgesteld bij een tuinder in Aalsmeer° Dit type filter is opgebouwd uit geplisseerd filtermateriaal, dat automatisch gereinigd kan worden [Ii]. Voor wat betreft de vaste afvalstoffen van kolengestookte installaties zoals vliegas, bodemas en bij AFBC afgewerkt bedmateriaal, zullen zodanige voorzieningen vereist worden dat b~j opslag en/of hergebruik verontreiniging van grond- en oppervlaktewater wordt voorkomen. Gezien de beperkte rol die steenkool als brandstof voor WKK installaties zal spelen~ wordt verder niet ingegaan op de specifieke aspecten van hergebruik van kolenreststoffeno
5°2,2° Potentiële milieu-emissies van het geënquêteerde
Met behulp van de geaggregeerde ve~bruikscijfers uit de enquête is het mogelijk de bijbeho~ende emissíes aan S02, NOx en as te betekenen. Eenzelfde herekening is uitgevoerd uitgaande van de veronderstelling
- 90 -
dat alle benodigde energie in WKK-eenheden wordt opgewekto De vergelijking tussen de twee berekeningen geeft een indicatie voor het verschil in emissie van deze twee situaties~ Uit de verbruikscijfers van de enquête betreffende elektriciteit afkomstig van het net en de hoeveelheid stoom zijn de gerelateerde hoeveelheden primaire energie berekend: 32~5 PJ ten behoeve van elektriciteitsopwekking en 59,1PJ ten behoeve van stoomproduktie. De samenstelling van het brandstofpakket voor de eentrales in 1982 is ontleend aan het Elektriciteitsplan 1987/88 [21] namelijk 23% kolen, 64% gas en 4% olieo De resterende 9% bestaat uit 6% kern en 3% hoogovengaso De bijdrage hiervan aan de totale emissie is verwaarloosd. Het aandeel steenkool bedraagt 7,5 PJ of 300~000 ton (kolen 25,1GJ/ton). Uitg~ande van de huidige situatie waarbij nog geen rookgasontzwaveling wordt toegepast levert deze hoeveelheid steenkool met een zwavelgehalte van i%~ 6000 ton S02 en 2025 ton NOx uitgaande van de norm van 270 g/GJo Met 10% as wordt 30.000 ton as geproduceerd waarvan 80% of 24.000 ton vliegas en 6000 ton bodemaso De vliegas wordt voor Cao 99,5% afgevangen zodat 120 ton geëmitteerd wordt° Het aandeel olie bedraagt 4% of 1,3 PJ. De specifieke emissiecoëffieiHnten voor SO2 en NOx bedragen respectievelijk 770 ton/PJ en 170 ton/PJ [20], zodat er i000 ton SO2 en 221 ton NOx gevormd wordt° Gas draagt voor 64% bij in de elektriciteitsproduktie; dit is 20,8 PJ. Aardgas bevat geen zwavel zodat alleen NOx gevormd wordt. De specifieke emissiecoëfficiënt bedraagt 157 ton/PJ 120]; totale NOx-emissie 3266 ton° Het primaire energieverbruik voo~ de stoomproduktie bedraagt 59,1PJo Uit de enquête blijkt dat het aandeel gas 56~4 PJ is en de rest~ 2,7 PJ, olieo De specifieke emissiecoëfficiënt voor NOx van een gasketel is i00 ton/PJ [20]° Dit levert een NOx emissie van 5640 ton. Voor olie zijn de waarden 820 ton/PJ voor S02 en 150 ton/PJ voor NOx [20]. Dit levert 2214 ton S02 en 405 ton NOx. In tabel 5.2. zijn de emissies ten gevolge van centrale elektriciteitsopwekking en eigen stoomproduktie samengevat.
= 91 -
SO2
NOx
vliegas
bodemas
elektr~opwekking
7000
5512
24~000
6.000
stoomproduktie
2214
6045
totaal
9214
11557
24.000
6°000
Tabel 5~2.: Emissies en produktie van ss ten gevolge van centrale elektr.opwekking en eigen stoomproduktie (ton/jaar)
Om dezelfde hoeveelheid elektriciteit en stoom in WKK eenheden op te wekken is 87,4 PJ in plaats van 91~6 PJ aan primaire energie nodig. Wanneer deze eenheden allemaal gasturbine/afgassenketels zouden zijn zou er, uitgaande van een specifieke NOx-emissie van 140 ton/PJ [20], 12236 ton NOx geprodueeerd worden. Uit de technisch-economische evaluatie (hoofdstuk 4) blijkt dat er een sterke voorkeur bestaat voor GT/AK-systemen. Indien aangenomen wordt dat de 87,4 PJ bestaat uit wordt met 90% gas en 10% kolen, zijn de volgende emissies berekend:
ton/jr
SO2
gas
NOx
vliegas
bodemas
11018
kolen
5220
2349
27729
6932
totaal
5220
13367
27729
6932
Tabel 5~3o: Emissie en produktie aan as van WKK opwekking
- 92 -
Bij bovenstaande berekeningen is uitgegaan van de normen voor industrieel kolengebruik, 600 g/GJ S02 en 270 g/GJ NOx~ Vergelijking van de totaal cijfers uit tabel 5.2. en 5.3. toont dat bij WKK de S02-emissie 4000 ton/jr lager is, terwijl NOx-emissie, vliegen bodemaswprodutie cao 1800, 3700 en 900 ton/jr hoger zijn. Wanneer echter geen kolen bij de WKK-opwekking gebruikt zouden worden en dus alleen gas zou worden toegepast, zou er alleen een emisie van 12235 ton
N0x plaatsvindeno Deze cijfers kunnen in tabel 5.4. worden vergeleken met de totale emissies aan S02~ NOx en stof in de industrie voor 1980 [25]°
ton
SO2
NOx
Stof
57000
35000
7100
Tabel 5.4.: Emissies industrie in 1980
Het blijkt dat bij de toepassing van ~(K het emissieniveau vergeleken met dat bij gescheiden opwekking vooral afhankelijk is van het feit of kolen of aardgas als brandstof wordt gebruikt. Bij een inzet van 90% aardgas en 10% kolen in WKK-installaties neemt, voor het besehouwde bestand, de S02-emissie af~ terwijl de emissies en produktie aan NOx, vlieg-- en bodemas toenemen met de eerder genoemde hoeveelheden. Volledige toepassing van aardgas in WKK-installaties beperkt de emissie tot alleen die van NOx op een iets lager niveau dan bij de gescheiden opwekkingo Bij toepassing van WKK wordt 32.5 PJ ten behoeve van openbare elektriciteitsopwekking vervangen. Dit kan als basislast beschouwd worden zodat Cao 600 MWe minder kolenvermogen behoeft te worden ingezet met een aanzienlijk additioneel gunstig effekt op het totale emissieniveauo
- 93 -
5.3~ Organisatie centraal WKK bedrijf 5.3.1. Inleiding Gezien de bestaande raakvlakken tussen een centraal WKK-bedrijf en stadsverwarmiug is het interessant na te gaan wat de mening is mob.t. de organisatorische en bestuurlijke aspecten van stadsverwarming en in hoeverre deze geschikt en/of toepasbaar zijn in het geval van een centraal WKK-bedrijf. De Beleidsadviesgroep Stadsverwarming (BAS) gaat in haar eindrapport [5] uit van integratie van stadsverwarming in de in het voorzieningsgebied bestaande structuur van de openbare nutsvoorzieningeno Deze opvatting wordt gedeeld door de AER in haar rapport Afval- en Restwarmte als Energiebron [6]° Teneinde de bestuurlijke problemen verbonden aan de inpassing van stadsverwarming in de bestaande nutsstructuren op te lossen is het volgens meerdere bronnen [6], [7] gewenst onderscheid te maken tussen de verschillende functies bij stadsverwarming, te weten produktie~ transport en distributie° De uitvoering van deze functies dient zoveel mogelijk geïntegreerd te worden bij bestaande nutsbedrijven.
5.3.2. Organisatorische opzet In het geval van een centraal WKK-bedrijf zijn in het algemeen de volgende mogeljkheden aanwezig: - eigen beheer van de deelnemende bedrijven; - een combinatie van de deelnemende bedrijven met een nutsbedrijf; - volledig beheer door een nutsbedrijf. De eerste samenwerkingsvorm loopt de kans voortdurend bloot te staan aan belangentegenstellingen tussen de betrokken ondernemingen die tegelijkertijd afnemer zijn en participeren in het WI
- 94 -
Wel kan het gewenst zijn, zoals referentie [7] aangeeft, een afzonderlijke rechtspersoon in het leven te roepen om de risico’s en de financiële lasten van het WKK-project af te schermen van de bestaande activiteiten van het nutsbedrijfo Bovendien biedt dit het voordeel dat meerdere instanties kunnen participeren, waardoor de risico’s worden gespreid en het financiële draagvlak wordt vergrOOto Een dergelijke constructie is bijvoorbeeld gekozen voor de stadsverwarming Almere in de vorm van de NV MESA (Maatschappij tot Exploitatie van Stadsverwarming Almere)° Hierin nemen NEOM (51%), PGEM (45%) en de ZIJP (4%) deel. De bedrijfsvoering van deze NV berust bij de PGEM, zodat geen nieuw bedrijfsapparaat gecreëerd is. Ook de AER stelt in het rapport "Gebruik van kolen in de industrie" [8] de nutsstructuur als de meest voor de hand liggende. Als voordelen worden genoemd een betere toegang tot de kapitaalmarkt en een langere periode waarover kan worden afgeschreven. In de genoemde referenties wordt tevens gepleit voor verdeling van de zeggenschap over de produktie, transport en distributie van de warmte. Hier ligt een duidelijk verschil tussen stadsverwarming en een centraal industrieel WKK bedrijf° In het eerste geval zijn duidelijk verschillende belangengroeperingen te onderscheiden die een dergelijke splitsing zinvol maken° Bij een industrieel project met een veel beperkter aantal afnemers zou een verticale integratie~ waarbij het WKK bedrijf als onderdeel van een elektriciteitsproduktiebedrijf zowel de produktie, het transport en de verdeling verzorgt, de beste oplossing bieden. Er kunnen echter ook een aantal bezwaren genoemd worden m.b.t, de samenwerking tussen een nutsbedrijf en de industrie [12]. Een eerste bezwaar van een apart energiecentrum zijn de extra kosten voor investeringen en bediening vergeleken met een nieuwe installatie die bij een bestaand bedrijf wordt opgesteld. In het laatste geval behoeft minder te worden gelnvesteerd in een stuk infrastructuur rond de installatie en behoeft minder extra personeel voor onderhoud en bediening te worden ingezet. Een mogelijkheid om dit bezwaar te omzeilen is~ het nutsbedrijf te laten investeren en een bepaalde technische inbreng te geven~ maar de installatie te situeren op het terrein van een bestaand bedrijf en het personeel van dit bedrijf de installatie te laten bedrijven. Een tweede bezwaar dat door de industrie wordt opgevoerd is de afhanke-
- 95 -
lijkheid van een andere partij voor de produktie en levering van een voor de bedrijfsvoering zo essentieel produkt als stoom. De elektriciteitsbedrijven lopen op hun beurt risico’s m.b.t, de zekerheid van afname van stoom door de bedrijven° Wanneer een bedrijf dat deel uitmaakt van een energiecentrum wegvalt~ wordt het energieeentrum geconfronteerd met een overschot aan stoomo Toch lijken deze bezwaren door goede afspraken te maken en regelingen te treffen niet onoverkomelijk voor het tot stand komen van energiecentrao Bij de opzet van een energiecentrum krijgt men ook te maken met de problematiek verbonden aan de doorlevering van elektriciteit° Men spreekt volgens rel. [3] van doorlevering van elektriciteit wanneer een bedrijf, c.q. combinatie van bedrijven of een energiecentrum~ zelf elektriciteit opwekt en (een deel van) deze elektriciteit levert aan een ander bedrijf. Deze doorlevering kan in principe plaatsvinden via het leidingennet van het openbare elektriciteitsbedrijf~ danwel via een kabel in eigen beheer° Knelpunten die zich voordoen zijn: het leggen van een eigen kabel wordt niet getolereerd op grond van het concessiestelsel; de elektriciteitsbedrijven nemen als basis voor de vergoeding voor doorlevering via het openbare net een gescheiden inkoop/verkoop-contraCto De WKK=participanten stellen zich op het standpunt dat een "transport"vergoeding voor doorlevering niet op een dergelijke kostenbenadering gebaseerd moet zijn. Een werkgroep uit de Commissie WKKII hoopt binnenkort oplossingen voor dit probleem te kunnen formuleren° Een centraal WKK-bedrijf zal aan tal van vergunningen en verordenlngen moeten voldoen° In tabel 5.5. is een lijst met de vigerende vergunningstelsels in ons land opgenomen. Welke vergunningen per installatie dienen te worden verkregen~ zal van geval tot geval moeten worden nagegaan. In refo [27] worden hiervoor richtlijnen gegeven. Een tweede belangrijk bestuurlijk knelpunt is de Wet Ruimtelijke Ordening~ Voor deze problemen lijkt een actieve rol van de provincies gcwenst. Ook het verlenen van concessies ten behoeve van stoomtransportleidingen e.d. lijkt bij uitstek een provinciale taak°
- 96 -
A. Wetten: ao bo co do eo f. g. ho io jo ko I. m. no o.
Hinderwet Mijnwet 1903 en Mijnregelement 1864 Wet verontreiniging oppervlaktewateren Wet inzake de luchtverontreiniging Wet gevaarlijke stoffen Ontgrondingenwet Kernenergiewet Wet verontreiniging zeewater Wet ehemische afvalstoffen Afvalstoffenwet Wet ruimtelijke ordening en Woningwet Wet seleetieve investeringsregeling Destruetiewet Wet op bodembescherming Wet geluidshinder
Bo Provin¢iale verordeningen: a~ bo e. d° e. fo go ho io j. ko
Grondwater verordening Industriële en ¢hemische afvalstoffen Landschapsverordeningen 0nderg~ondse lozingen Verontreiniging oppervlaktewater Waterwinplaatsen~ -gebieden Afgravingen (Limburg) Opslagplaatsen (Limburg) Mest en gier overschotten (Gelderland) Opspuitingen (Zuid-Holland) Overige ......
C. Gemeentelijke verordeningen: ao b. c. d~ eo f. go i. j. k. I.
Bouwverordening Brandpreventie en bestrijding (Buis) leidingen Destructie Gevaarlijke stoffen Keuringen Hinder Natuurbescherming Reiniging Riool Overige ......
Tabel 5o5o: Vigerende vergunningstelsels in Nederland
- 97 -
5.4. Effecten van industriële WKK op de energievoorzienin_g
Bij bedrijfseconomiseh georiënteerde studies als de voorliggende, gaat men uit van prijsverwachtingen en beschikbaarheden van energiedragers~ die ontleend zijn aan macro-economische exercities. De opgestelde procesgegevens en de resultaten van deze studie kunnen op hun beurt weer nuttige input leveren ten behoev~ van de macro-economische energiemodelleno Hierbij kan men denken aan betere processpecificaties en penetr~tiemogelijkheden van bepaalde optieso Op deze wijze ontstaat een voor de beleidsvorming nuttige wisselwerking tussen beide benaderingen. Het ligt daarom voor de hand om als aanvulling op deze studie met behulp van de bij het ESC beschikbare energiemodellen SELPE en/of SEGES, de effekten van ~
Enkele cases, met veronderstellingen ten aanzien van processpecificatie en penetratie van industriële W/K (en stoomketels), worden in het hie~navolgende onderzocht op hun gevolgen voor de Nederlandse energievoorziening in het jaar 2000 (afgeleid uit het Refe~entieseenario)o
- 98 -
De volgende cases worden onderscheiden: ao SELPE-coëfficiënten voor industriële W/K-systemen en W/K-penetratie conform commissie Tieleman/Referentiescenario. bo WKK-coëfficiëntenI) voor de W/K-systemen GT/AK en kolen-TD en voor gas- en kolenketels in de industrie~ W/K-penetratie volgens a. c. Idem b~ W/K-penetratie conform studieresultaten WKK. Case a. fungeert als de referentie-case, waartegen de andere cases worden afgezet. Case b. dient voor het analyseren van het effect van de gewijzigde coëfficiënten bij ongewijzigde W/K-vermogens. Case ¢o tenslotte gaat zowel ten aanzien van coëfficiënten als ten aanzien van W/K-penetratie en de verdeling kolen versus gasvermogen uit van gegevens uit de studie° Deze gegevens zijn als volgt afgeleid: Uit de enquête blijkt dat er een potentieel van 712 MWe WKK-vermogen bestaat. Wanneer rekening gehouden wordt met de randvoorwaarde van opgesteld vermogen > 28 MWth en het feit dat de respons op de enquête geen 100% was, lijkt een potentieel van i000 MWe redelijk. De 12 grote bedrijven die niet in de enquête meegenomen zijn hebben samen een WKK-potentieel van eao 500 MWe2)o Het opgesteld vermogen per 31/12/1981 bedroeg 1370 MWe (zie tabel 3.1.), per 31/12/1982 geschat op 1500 MWo Het totaal potentieel plus bestaand vermogen bedraagt dus ea. 3000 MWe. Hierbij is aangenomen dat er geen teruglevering plaatsvindt. Ook effekten van mogelijke groei en van besparingen zijn niet meegenomen. Uit de technisch-economische evaluatie blijkt voor vrijwel alle cases een voorkeur voor GT/AK-installaties te bestaan. Wanneer hierbij het overheidsbeleid betrokken wordt, dat uitgaat van een beperkt aantal op steenkool gebaseerde WKK-installaties~ lijkt een verdeling van 90% van het vermogen op aardgas en 10% op steenkool redelijk. De belangrijkste effecten op de energievoo~ziening worden weergegeven met behulp van onderstaande grootheden:
i) De afkorting WKK refe~eert aan de in dit rapport beschreven studie. 2) Persoonlijke mededeling
- 99 -
- TVB (Totaal Verbruik Binnenland) - Totaal kolenverbruik - Totaal verbruik van olieprodukten - Totaal aardgasverbruik - Openbaar kolenvermogen - Openbaar pieklastvermogen - Totale openbare elektriciteitslevering - Totaal kolenverbruik openbare centrales - Totaal kolenverbruik in de Industrie - Totaal gasverbruik in de Industrie. Deze gegevens zijn per case vermeld in tabel 5.6., in absolute cijfers of als mutatie ten opzichte van case a.(Referentiescenario)o Daarvòòr worden de volgende gegevens ten aanzien van industriële W/K gegeven: - vermogen GT + AK - vermogen O!G-TD - vermogen kolen-TD - vermogen rest zelfopw. - totaal W/K-vermogen = totale W/K-elektri¢iteitsproduktie - totale W/K-warmteproduktieo Tenslotte worden nog de mutaties in de uitstoot van SO2~ NOx en stof~ veroorzaakt door de gehele energievoorziening~ vermeld.
5.4.3. Analyse De verschillen tussen case e. en het referenties¢enario met WKK coëfficiënten (case bo) worden niet zozeer veroorzaakt door het totaal van het zelfopwekkend vermogen (3000 MWe versus 3100 MWe) maar vooral door de opbouw van het vermogen. Het aandeel gasgestookte installaties is duidelijk toegenomen voornamelijk ten kosten van de kolengestookte. De voornaamste effekten van case c. ten opzichte van case a. en b. zijn: - Minder warmteproduktie uit W/K-installaties, veroorzaakt door het feit dat een GT/AK-systeem een lagere W/K-verhouding heeft dan een kolen-tegendruk installatie. - Wat meer kolenverbruik bij de openbare elektriciteitsopwekking
- IO0 -
vanwege de toename van het openbare vermogen met I00 MWe. - Een duidelijk lager aandeel van kolen ten gunste van gas in de industrie, voortvloeiend uit de verdeling van de W/K-installaties. - Lagere emissies aan SO2~ NOx en stof ten gevolge van het lagere aandeel kolen.
GROOTHEID Vermogen Vermogen Ve~aogen Vermogen
case ao
GT + AGK O/G-TD kolen-TD rest z.o.
[MWe] M~~e MWe [IMWe
Totaal zelfopw, vermogen W/K-elektriciteit EPJ] W/K-warmte [ IPJ
ii00 960 900 140+
ii00 960 900 140+
2574 0 286 140+
3100
3100
3000
61,3 215 x
w.o. kolen w.o. olieprod. w.o. aardgasl
PJ PJ pj
Openb. pieklastverm. MWe Openb ¯ levering3 P Je Openbo kolenverbro [PJ J
w.o.t.b.v. W/K~]PJ Ind. gasvrbruik5 PJ w.o° t.b.v. W/K PJ Tot. input W/K PJ SO2-uitstoot NOx-uitstoot Stof-uitstoot
[i000 tonI ~i000 tonI [I000 tonJ
X X x
7235 1985 265,9 486
65,2 279
63,1 152
-I0 +31 - 1 -40
- 9 -84 - I +76
7056 2012 263,4 476
7156 2029 264,8 482
137 501 214 352
178 460 245 423
57 577 221 278
x x x
+90 + I + 2
+12 - 3 - 5
1 Inclo corr. v.d. SELPE-resultaten in verband met ontbreken ketelExcl. 1240 MW ouder "vuil" kolenvermogeno Elektriciteit uit openbare centrales, vuilverbranding, invoer of beschikbaar gesteld door zelfopwekkerso Excl. kolen ten behoeve van ind. vergassing of cokesproduktie. Incl. zelf geproduceerd chemo restgas of kolengas.
Tabel 5.6.: Effecten van W/K-cases op de energievoo~ziening in het jaar 2000
- i01 -
REFERENTIES
[I]
WarmteiKracht Potentieel bij Industriële Bedrijven in Nederland, Vereniging Krauhtwerktuigen, december 1979
[2]
Rapport van de Commissie Warmte/Kracht Koppeling in de Industrie, december 1980
[3]
Rapport van de Commissie Warmte/Kracht Koppeling in de Industrie II, juli 1982
[4]
Krachtkroniek nro 60 d.d. 18 juni 1981
[5]
Eindrapport Beleidsadviesgroep Stadsverwarmi~g, november 1980
[6]
Afval- en restwa~mte als energiebron, Advies uitgebracht aan de Minister van Economische Zaken, AER, oktober 1980
[7]
Hasselt~ mr° J.B.F. van Enkele Bestuurlijke aspecten van Stadsverwarming, Gas, ~ (1982), 244
[8]Gebruik
van kolen in de industrie, Advies uitgebracht aan de
Minister van Economische Zaken, AER, mei 1981
[9]Eisen
met betrekking tot de uitworp van luchtverontreinigende
stoffen door kolengestookte installaties, Tweede circulaire nr. 162238 Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne, september 1982 [i0] Mac~ob~anders voor poederkool met lage NO -emissie Procesteehniek, x 34 (1979), 778 [ii] Persoonlijke informatie, AMA filter Alkmaar, juli 1982
[12] Fris, ir. S.A. Energie Centrum: Optimale warmte/krachttoepassing~ Ene~giespectrum, 9 (1982), 208
[13]
Leenders, ing~ Ro en Roodhuijzen, ir. J.A.P. Kolen als stookklare brandstof voo~ de Nederlandse industrie, Vereniging Krachtweïktuigen, (1980)
[14]
Duijves, K~Ao en de Vries, C.N.Jo Steenkooltransportsystemen voor de Nederlandse situatie, ESC-WR-82-27, oktober 1982.
[15]
Boonekamp, P.G.M. Beschrijving van SELPE, een model van de Nederlandse Energievoorziening~ ESC-17, april 1982o
[i~]
Boonekamp, P.G.M.~ Koenders, N.J. en Oostvoorn, F. van. Berekeningen met het energiemodel SELPE voor het EZReferentiescenario ten behoeve van de Maatschappelijke Discussie Energiebeleid, ESC-WR-82-29, december 1982.
[17]
Oostvoorn~ F~ van~ SO2~ NOx en stof-emissies in energiemodel SELPE: Aanzet voor een geïntegreerd energie/milieumodel o
[18]
Boonekamp, P.G.Mo Effecten van enkele industriële W!K-opties op de energievoorziening~ ESC-WR-83-06, maart 1983.
[19] Wees~ F.G.H~ van. Stoomketelvecvanging in Rijnmond~ ESC-19, mei 1982. [20] Arkel~ W.G, van. Bepaling milieucëfficiënten voor SELPE; een model voor de eaergievoorziening~ ESC-82-08, maart 1982. [21] Eiektr£citeitsplan 1987/88, NV SEP, januari 1983.
[22]
Gecbers, Inventacisat[e warmte-kracht potentieel in de industrie in Nederland. Voochereldiug van een e[~quête ter bepaling van W/Kcenta, E$C-WR-82-16~ jull. [982.
- 103 -
[23] Wees, F.G.Ho van. Karakteristieken Brandstofverbruikende Installaties Nederlandse Industrie, ESC rapport versehijnt mei 1983~
[24] De Nederlandse Energiehuishouding, nr. 4, CBS, 1981. [25] Statistisch zakboek~ 1982, CBS, 1982. [26] Kolenstoken in de Industrie, Vereniging Krachtwerktuigen, maart 1983. [27] Milieuregels en Vergunningen met betrekking tot WarmteKrachtinstallaties, circulaire 148, Vereniging Krachtwerktuigen~ [281Zijpp, Prof. Drs. I van der, Administratie en bedrijfseconomische analyse. Stenfert Kroese B.V., Leiden, 1982. [29] Krachtkroniek dod~ 10-3-1983.
- 104 -
BIJLAGE 1
Berekening van het elektrischvermogen in kWe en de resterende nuttige warmte-inhoud in kWth van een kg stoom~ bij onderstaande eondities. Installatie : kolenketel!tegendrukturbine Stoomcondities: ketel-uit - 80 bar/510 °C proces-in - i0 bar/ 285 °Co
TURBINE: 0,94
80b~r/5~0
3420
ISENTROPISCHE DRUKVAL TOT 10 bor
ENTHALPIE KJ/KG ~0 b~r/285~
10 bor/210°
30t5
2880
SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN MOLLIER h.s. DIAGRAM.
In onderstaande figuur zijn de hier weergegeven enthalpie waa~den geëncad~eerd terug te vinden.
- 105 -
Warmteschema_p_e_r kg stoom/~~
SCHOORSTEEN
80 bor/510~ ~
10 bar/285° 3[~Ô15] 1/2 bar/120° 0,6986 kWth
ONTGASSER WATER 24 ~
: 3420 KJ ~C) ketël-uit leidingverleis: 20 KJ
Ais =
3400 2880
Turbine-in Turbine-uit (ideaal) i0 bar/~3~Y ~C ~10 520 KJ (isentropische drukval naar i0 bar)
Ai = qturb.XQmechoxNtandw, xN gen.~AZs qturb. : 0,74 r~necho : 0,98 (wrijving op de as)
~tandw.: 1,0 (verwaarloosbaar) : 0~96
Ai = 0,74 x 0,98 x 0,96 x ~20 = 362 KJ/kg stoom 362 3600 = 0,I kWe
0,74 x 520 = 385 + 3400 - 385 = 3015 + i0 bar/285 ~ Turblne-uit (werkelijk)
G+g= 1 (G+g) x 500 = g x 3015 + G x i00 0,8628 x (3015-100) = 2515 KJ/3600I~i- 0,6986 KWth
- 106 -
BIJLAGE 2
Ministerie van Economische Zaken
13 juli 1982
No. 441
OVEREENSTEMMING TUSSEN NEDERLANDSE~ GASUNIE EN S.E.P.: SOULAAS VOOR INDUSTRIELE AFNEMERS VAN GROTE HOEVEELHEDEN ELEKTRISCHE ENERGIE De Minister van Economische Zaken, dr. J.C. Terlouw, heeft de Tweede Kamer der Staten-Generaal een brief gestuurd over een overeenstemming die de N.Vo Nederlandse Gasunie en de N.V. Samenwerkende Elektriciteits Produktiebedrijven, (S.E.Po) hebben bereikt over een aanvullende gasÆnzet van 20 mld. m3 in de elektrische centrales. Deze meerdere hoeveelheid gas voor de centrales dient ter vervanging van olie en ter overbrugging naar de toekomstige koleninzet op voorwaarde dat hiervoor een zodanig lagere prijs zou gelden dat de centrales hiermee een beter concurrerend tarief zouden kunnen bieden aan de industriële afnemers van grote hoeveelheden elektrische energie. De minister deelt in zijn brief mee dat hij aan de N.V. Nederlandse Gasunie zijn goedkeurJng heeft verleend voor het aangaan van de overeenkomst met de SoE.Po en tevens voor een voorgesteld systeem voor warmte/kracht installaties°
De tekst van de brief van de minister volgt hierna.
- 107 -
~t----=~~
IVlinisterie van Economische Zaken
De heer Voorzitter van de Tweede Kamer der Staten-Generaal, Binnenhof las 2513 AA ’ s-GRAV~NHAGE.
13 juli 1982
extra aardgasinzet en stroomprijsproblematíek voor industriële grootverbruikers
Herhaaldelijk heb ik m±jn bezorg~~eid uitgespxoken over de ontwikkeling van de elektriciteitsprijzen voor de Nederlandse industrie en de negatieve gevolgen hier~ van voor de economische ontwikkeling en de werkqelegen~ heid. De oplossing van dit probleem die van structurele aard moet zijn, heeft dan ook mijn bijzondere aandacht. Ik ga daarop in het onderstaande nader in. Daarnaast verheugt het mij dat ik U, in aansluiting op hetgeen ik in overleg met de Vaste Ka~ercommissie voor Economische Zaken op 25 juni jl. over bovengenoemd onderwerp naar voren heb gebracht en als antwoord op mo~ ties nrs. 70 en 71 van de leden Van der Linden en Lansink en van de leden Van Aardenne en Braams 22 februari 1982, het volgende mede kan delen. Gelet op de vraag en aanbod ontwikkelingen op de gasmarkt heeft de N.Vo Nederlandse Gasunie naar mogelijk= heden gezocht om de terugloop in haar aardgasafzet te compenseren. De Gasunie heeft hiertoe de elektric±~ teitscentrales benaderd, aangezien daar de beste mo~ gelijkheden voor een additionele gasinzet op korte termijn lageno De gezamenlijke elektricititsproduktiebedrijven, samenwerkend in de N.V. Samenwerkende ElektriciteitsProduktiebedrijven, toonden zich bereid tot een addi= tionele gasinzet ter vervanging van oiie, en ter overbrugging naar de toekomstige koleninzet, op vool-waarde dat hiervoor een zodanig lagere prijs zou gelden dat zij hiermee een beter concurrerend tarief zouden kunnen bieden aan de industriële afnemers van grote hoeveelheden ele£trische energie° Dit om te voorkomen dat deze belangrijke afnemers zich gedwongen zien hun activiteiten in Nederland
- 108 -
rv;i~isterie van E¢o~o~nische Zaken
te beëindigen~ doordat de concurrent±epositie van deze bedrijven ten opzichte van het buitenland wordt aangetast door de aanzienlijk sterkere stÆjg±ng van de elektr±citeitsprijzen de laatste jaren dan in het omringende buitenland° De oorzaken van deze prijsverschillen zijn meervoudig. De belangrijkste zijn echter: een ten opzichte van het buitenland zeer duur brandstofinzetpatroon bij de elektricteits~ voorziening: circa 75% van de verbru~kte brandstof is gekoppeld aan de prijsontwikkelingen op de olieraarkt; een tarief met weinig degressie, vooral als gevolg van de hoge brandstofkosten. Dit eveneens in tegenstelling tot de belangrijkste met ons concurrerende landen. Beide partijen hebben mij bij bijgaande brieven d.d. 8 jull 1982 bericht dat zij overeenstemming hebben bereikt over een additionele gasinzet van 20 mld. m3 in de centrales in de periode tot en met 1987 wanneer de kolenom~ouw en -nieuwbouw plannen gerealiseerd zullen zijn. De Gasunie heeft erin toegestemd om de SEP periodiek een restitutie te geven welke de SEP in staat stelt om aan haar industriële afnemers van grote hoeveelheden elektriciteit, vooruitlopend op de toekomstige situatie~ een tarief te bieden dat overeenkomt met het tarief u±t een kolencentrale~ De Gasunie heeft mijn goedkeuring voor deze additionele gasinzet onder de genoemde voorwaarden gevraagd. Bij mijn beschouwing hierover - zie ook punt 5 ~ heb ik mede-betrokken dat dit niet ten koste mag gaan van de ontwikkeling van warmte/kracht. Dit is eveneens terug te vinden in het verzoek van Gasunie om goedkeuring te verlenen aan haar voorstel om voor de industriële warmte/kracht-installaties op gas tijdelijk een evenredige reductie te verlenen~ waardoor de negatieve gevolgen van de ver~ laging van de elektriciteitstarieven voor de warmte/ kracht-ontwikkeling worden gecompenseerd om te voorkomen dat deze voor Gasunie zeer aantrekkelijke en stabiele afzetmarkt zou wegvalleno De SEP heeft naast deze externe oplossing via gasinzet ook naar oplossingen gezocht met gebruik van het aan de grootverbruikers toe te rekenen voordeel uit de Landelijke Economische Optimalisatie en door een verfijning van de berekening van de brandstoffactoren in relatie tot de bedrijfstijdeno
- 109 -
Ministerie van Economische Zsk~m
t
De hoofdelementen van de overeenkomst tussen Gasunie en de SEP zien er als volgt uit:
a. Hoofdelementen ~ Er wordt voor de met gas of olie opgewekte kWh~s een korting gegeven voor bedr£jven met een ver~ bru±k van meer dan 30 mlno kWh en een bedrijfstijd van meer dan 4500 uur per jaar. De korting geldt niet voor de eerste 30 mln kWh (franchise) onder meer om tar±efbreuken te verm±jdeno Bij de huidige energiepr±jzen bedraagt de korting circa 3,7 cent per kWh. Hiernaast wordt een tamiefsverlaging aan de in~ dustriële grootverbruikers gegeven uit het voor~ deel dat behaald wordt uit het systeem van de Landelijke Economische Optimalisatie (LEO). hankelijk van het verbr~ik van de bedrijven betekent dit een additionele kort±ng van 0,4 & 0~5 cent per kWho Tevens zal~ voorzover dit ±nmiddels al niet gerealiseerd is, een korting op de brandstoffactor ingevoerd worden afhankelijk van de bedrijfst±jdo Voor een gemiddeld groo~verbruiker betekent dit circa 0,2 cent per kort±ng per kWho Het systeem gaat in per 1 juli 1982o Jaarlijks, voor het eerst in november a.s. wan= neer de gegevens over de eerste drie maanden schikbaar zijn, zal een en ander door partijen geëvalueerd worden. b. Hoofdeiementen voor warmte/kracht Parallel aan eerstgenoemde korting op de stroominkooptar±even uit het openbare net wordt een evenredige korting gegeven voor de zelfopgewekte kWh’s uit warmte/kracht~installaties op aardgaSo De korting wordt uitsluitend gegeven op de niet aan het openbaar net teruggeleverde kWh’so Deze bedraagt 11/15 x de bovengenoemde korting voor ingekochte stroom ad 3,7 cent en wordt door de Gasunie gegeven gedurende 7 jaren voor bedrijven die thans een warmte/kracht~installatie in bedrijf hebben alsmede die voor 1 juli 1987 een warmte/kracht-installatie in bedrijf hebben genomen. Deze 11/15 geeft de verhouding weer tussen de kostprijs van zelfopgewekte kWh’s en het tarief voor stroominkoopo De prijsverhouding tussen zelfopgewekte en ingekochte kWh’s blijft na kortinq dus gelijk° Er wordt eenzelfde franchise gehanteerd als voor stroominkoop~ derhalve een franchise van 30 mln~ kWh per jaar° Dit om een gelijke behandeling met stroominkoop te bewerkstelligen zodat de stimulans voor WT~K~ welke mede bepaald ~ordt door -
- Ii0 -
door de verhoud±ng tot de stroominkoopprljs, behouden blijft. Er wordt een gemeenschappelijke administratie gevoerd van zelfopgewekte en ±ngekochte kWh’s zodat voor een afnemer díe zowel stroom inkoopt als stroom zelf opwekt ~ên gemeeno, schappelijke franchise van 30 mln. kWh geldt. Ook dit systeem gaat in per i juli 1982 en zal jaarlijks~voor het eerst in november~ geëvalueerd worden° De extra gas±nzet in de centrales past in beginsel niet in het selectieve gasafzetbeleid. De ontwikke~ ling van vraag en aanbod van gase welke le±dr tot een duidelijk hogere reservepositie aan het eind van de planperiode van Gasunie, heeft echter aan~ leiding gegeven tot een herover~eging van het gas~ beleid~ waarop ik op korte termijn nader terug zal komen° Vooruitlopend hierop a~ht ik een tijdelijke extra gasinzet van 20 mldo m~ in de centrales verantwoord, gelei op de uitzonderlijke problematiek van de elektriciteitsgrootverbruikers, het grote industrie~politieke belang van het voortbestaan van deze ondernemingen en het overbruggingskarakter van de regelingen naar de koleninzet. De regeling trekt ±n wezen de toekomstige situat±e met kolen~ inzet naar voren. Deze overbruggingsregeling sluit aan op het be~ leid van de Regering dat gericht is op de volgende maatregelen om een structurele oplossing voor de aangeduide problemen te bewerkstelligen; deze maat~ regelen zijn echter niet op korte termijn te reali~ sereh. In de eerste plaats zal een oplossing gezocht moeten worden ±n het verkleinen van de enerqieafhankelijkheid van de bedrijven door energiebesparing, waaronder warmte/kracht-koppelinqo Daarnaast dienen maatregelen getroffen te worden om de elektricite±tsprijzen voor industriële grootverbruiker~ meer in overeenstemming te brengen met die in het buitenland° Primair moet daartoe het brandstofinzetpatçoon gewijzigd worden vooreerst door ombouw naar en nieuwbouw van kolencentrales en daarnaast ±s aanpassing van de tariefstructuur noodzakelijk welke gerealÆseerd moet worden in het kader van de Coconut-exercitie, waarop ik binnenkort hoop terug te komen~ op
- 111 -
Ministerie van Economis¢~a Zaken
Op grond v~n het voorgaande heb ik dan ook aan Gasunie mijn qoedkeuring verleend voor het aangaan van de overeenkomst met de S~P en voor het voorgestelde systeem voor warmte/kracht=installatieso Ik heb de SEP h±ervan op de hoogte gebracht en daarbij met name mijn waardering uitgesproken voor de inspanning die de SEP in d±t verband heeft geleverd. Ten slotte wil ik nog de volgende kanttekeningen plaatsen~ De aanpassingen bieden nog geen volledige oploss~ng voor het prijsécart met het buitenland zowel qua tar±efsniveau als qua groep afnemers die ervoor in aara~erking komen. De ontwikkeling van warmte/kracht op gas wordt gestimuleerd~ hetgeen ik uit een oogpunt van energie- en kostenbesparing zeer ge~enst acht~ maar de diversificatie naar kolen in de warmte/ kracht-sfeer wordt hierdoor geremd. Dit vind ik een ongewenste consequentie van het systeem° Ik zal dan ook de mogelijkheden om de inzet van koien in enkele grote warmte/kracht-installaties te verwezenlijken nog nagaan. De extra inzet van 20 mld. m3 geeft een uitbre±ding van 8 mld. m3 boven de eerder voorziene 12 mldo m3. Uiteraard heeft de door Gasunie te verlenen reductie gevolgen voor de Staatsinkomsten uit gas° De opbrengsten per eenheid gas worden lager, maar per saldo zullen, door de hierdoor mogelijk geworden verhoging van de additionele afzet, de consequenties van het systeem voor de Staat niet negatief zijn° DE MINISTER VAN ECONOMISCHE ZAKEN,
(w.g.)
JoCo Ter!ouw
- 112 -
BIJLAGE 3
Kostenvergelijking voorbehandelde en onbehandelde steenkool t.bov, een poederkoolketel Kolen bij verbruiker onbehandeld: f. 200 per ton waarvan f. 20 transportkosten dus Coiofo haven fo 180 per ton. Kolen bij verbruiker behandeld: steenkoolprijs haven f. 180/ton, maalkosten f. 41/ton, vervoer maalbedrijf-verbruiker f. 70/tonl), totaal f. 291/ton. Meerprijs f. 291 - f. 200 = f. 91/ton. Investering poederkoolmolens met toebehoren bedraagt ca. 14% van de totale investering van de ketelinstallatie.
Situatie voor case II PK + inkoop I
tot
I molen
f. 43,7 x 106 0,14 x 43,7 = f. 6,1 x 106
Jaarlijkse kosten bestaande uit kapitaalskosten en kosten voor onderhoud en bediening: 0,18952) x 6,1 x 106 = fo 1,16 x 106¯ Jaarlijks verbruik aan kolen van 25 GJ!ton: 54,6 MWth x 6000 h x 25 = 47174 ton/jr. Meerprijs stookklare kool: 47174 x 91 = f. 4,3 x 106 per jaar. Op jaarbasis is de optie stookklare kool voor dit geval: 4,3 - 1,16 = fo 3,14 x 106 duurder.
I) Kosten ontleend aan ref. [13I. 2) Faktor opgebouwd uit: annu~teitofaktor 0,1295 (5%, i0 ir) + kosten van verzekering (1% van de investering) en onderhoud en bediening
(5%),
113 -
BIJLAGE 4
Berekeningen stoom- en condensaattransport Bij de berekeningenI) is gebruik gemaakt van de volgende uitgangsgegevens:
Uitgangsgegevens Omgevingstempe~atuur
: I0 ~C
Warmte overdrachtscoëfficiënt lucht
: ~i = I0 W/M2K
Warmte geleidingsco~ffici~nt leiding Ruwheid leiding
: ~1 = 50 W/MK : 0,24 MM
Voor stoomleiding Dichtheid stoom bij 285 °C en i0 bar Viscositeit stoom bij 285 °C en 10 bar Warmte geleidingscoëfficiënt stoom Warmtekapaciteit stoom Compressibiliteitsfaktor stoom
: PSTM = 4,0 kG/M3 : ~]STM = 0,018 mPaoso : ~ = 0,05 W/MK STM : CPsTM = 2,16 kJ/kgK : 1,00
Kritische temperatuur stoom
374 °C
Kritische druk stoom
217,7 bar
Warmte geleidingscoëfficiënt isolatie
~. = 0,07 W/MK
Voor condensaatretourleiding Dichtheid water bij 159 °C en 6 bar Viscositeit water bij 159 °C en 6 bar
: p : 908 kg/M3 W : ~ : 0~18.10-3 kg/MS
Warmte geleidingscoëfficiënt water
: X = 0~068 W/MK
Warmte kapaciteit water
: Cp : 4,34 kJ/kgK
Warmte geleidingscoëffieiënt isolatie
: X = 0,05 W/MK i
w W
W
De berekeningen zijn uitgevoerd door Peter Bovenlande, HTS stagiair bij Tebodin, Den Haag°
Tabel i.: Algeme~e waarden voor stoomleidingen
3apacitelt
(~lhr)
lO0 mm
40
32
8O
52
Eindtemperatuur bij: 200 mm 300 mm 400 mm isolatie isotalie
Warmteverlies bij: I00 mm ~ 200 mm ~ 300 mm [ 400 mm isolatie I is o~atie 1 is olatie I isolatie
(°c)
(°c)
266
270
273
220
243
253
258
165
206
223
232
240
I 15~
! 12~ I
326
I
~
255
!
30
50
251
265
270
272
25
41
226
249
258
262
21
34
195
228
241
249
253
265
270
273
378
I
286
I
177
44
238
257
264
267
389
I
232
!
174
38
213
241
252
257
52
251
265
170
272
435
I 256
~ 192
267
448
I
~ !92
(20")
192
144
I
Kosten pe~ meter isolatie 100 mm (DF/M) (DF/M) (DE/M)
125 294 I 461
636
(22") 120
160 (3~")
700
265
316
t 481
700
340
~
510
740
365
~ 540
780
I
365
l 540
780
I
400
I
561
838
I
** Exclusief B,T,W.
- 115 -
Tabel 2.: Waarden voor condensaatretourleidingen
Capaciteit Leidingsdiameter Transport- Transport- Drukval Eindtemp. Kosten (t/hr) afstand snelheid bij 400 ~~ 40 mm AP ~inW~~mm, (m) (m/s) bar isolatie isolati~
(°C) 40
202,7
3O00
0,38
0,2
151
76
202,7
6300
0,35
0,35
142
76
202,7
12000
0,38
0,7
128
76
254,5
5000
0,48
0,35
151
78
254,5
8500
0,48
0,6
145
78
323,9 (12")
303,0
13000
0,34
0,4
135
82
323,9 (12") 323,9
303,3
6100
0,51
0,4
151
82
303,3
8700
0,51
0,6
148
82
303,3
13000
0,51
143
82
333,3
7500
0,56
0,55
151
88
333,3
10500
0,56
0,8
148
88
219,1
(8") 219,1
(8") 291,1
(8") 80
273,0
(~o") 273,0
(JO") 120
(12") 323,9
(28") 160
355,6
(:4") 355,6
(14")
PiN=6bar TIN=I59 °C Ex. BTW
83/104-PK-t
