Opleiding Duurzaam Gebouw :

Opleiding Duurzaam Gebouw : Hernieuwbare energie systemen Leefmilieu Brussel Biomassa, bio-warmtekrachtkoppeling en windenergie Jonathan FRONHOFFS Cenergie cvba

Doelstelling(en) van de presentatie

●

Introductie in technieken gebruikmakende van; biomassa, wkk en wind

●

Voordelen en aandachtspunten van de verschillende opties

●

Toepasbaarheid in de context van Brussel

●

Regelementaire zaken omtrent Ecodesign en EPB

2

Algemeen schema van de presentatie

Vooraf: verwarmingsinstallaties en Ecodesign 1.

Biomassa

2.

Bio-warmtekrachtkoppeling

3.

Windenergie

4.

Regelementair: EPB en Ecodesign

3

1. BIOMASSA

4

1. Biomassa ●

Biomassa = organisch materiaal afkomstig van dieren en planten ►

Houtachtige materialen: pellets/snippers (wellicht afkomstig uit afvalstromen)

►

Bio-olieën: koolzaad- / palm- / suikerbiet-

►

Reststromen: rioolslib, compost, organisch afval (gras, stronken)

5

1. Biomassa - Conversietechnieken Biomassa

Bron: ecp-biomass.eu

6

1. Biomassa – Verbranding ●

Chemische reactie: Biomassa + O2  CO2 + H2O + warmte

●

Vaak onvolledige verbranding door gebrek aan O2: ►

Vorming van CO

►

Vorming van fijnstof

Daarom: goede verbrandingscondities belangrijk (juiste luchttoevoer en schouwtrek)!

7

1. Biomassa – Uitstoot Vergelijking van emmissies van brandstoffen voor residentiële toepassingen in de stad

Bron: European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook

8

1. Biomassa – Uitstoot Vergelijking van emmissies van verschillende technieken voor residentiële toepassingen in de stad

Bron: European Environment Agency, EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook

9

1. Biomassa – Uitstoot

Bron: Presentatie S. Bram (VUB)

10

1. Biomassa – Uitstoot ●

Dus bij toepassing pelletketels of houtkachels (houtverbranding): ►

Vermindering uitstoot CO2 en vergroting hernieuwbare energie

►

Maar: › Verhoging uitstoot fijnstof PM10 › Verhoging uitstoot COV en dioxine › Verhoging roetgehalte

= invloed op de gezondheid!

11

1. Biomassa – Kosten brandstoffen Eenheidsprijs verschillende brandstoffen in BHG

Bron: Gids Duurzame Gebouwen

12

1. Biomassa – Technieken ●

Houtpelletketel 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Voorraadtank Transportschroef Invoerbuis Brandhaard Luchtinvoer Luchtuitvoer Ventilator Bedieningspaneel Toevoer koude lucht 10. Rookuitgang

13

1. Biomassa - Technieken ●

Gemiddelde investering (met installatie): ►

●

Gemiddeld verbruik pellets: ►

●

350 €/kW +/- 300 kg/jaar per kW warmteverlies

Rendement pelletketel: ►

85-92%

14

1. Biomassa - Technieken ●

Houtkachel: ►

Verwarmd direct de ruimte waarin de installatie staat (individueel systeem)

●

Rendement: 70 – 90%

●

Vermogen moeilijk regelbaar 15

1. Biomassa – Aandachtspunten verwarmingsinstallaties op hout ●

Kies de juiste houtsoort en kwaliteit (energieinhoud, waterinhoud, lengte etc.)

●

Kies voor luchtinlaat van buiten (systeem type C)

●

Goede dimensionering (kwaliteit verbranding!)

●

Ruimtegebruik; opslagruimte biomassa ►

En: toegang tot brandstof (aanvoer biomassa)

●

Asvorming (+/- 0,3 à 0,5% van input)

●

Onderhoud is cruciaal (kwaliteit verbranding!)

16

1. Biomassa – Technieken ●

Stookolie mengen/vervangen door bio-olie ►

Condensatieketels op bio-olie › Concentratie bio-olie ongeveer 20%; nog in ontwikkeling

►

Ketels op koolzaadolie

Bron: Viessmann

17

1. Biomassa – Technieken ●

Bio-vergister: ►

In stedelijke context?

18

1. Biomassa – Toepasbaarheid Voordelen: ●

Organisch materiaal

●

Bijna CO2 neutraal (door fotosynthese)

●

Gebruik van reststromen

Bron: Valblom

19

1. Biomassa – Toepasbaarheid Aandachtspunten: ●

Logistiek in Brussel: productie/distributie grondstoffen ►

Biomassa heeft ruimte nodig om te groeien

►

Bevooradingsproblematiek

►

Opslag van voorraad

●

Investering en onderhoud installaties

●

Kwaliteit van de biomassa zeer bepalend voor energie-output!

20

1. Biomassa – Toekomst in BHG Toepassingen op grotere schaal: ●

Grotere appartementsgebouwen met centrale verwarming

●

Op wijkniveau: composthoop / vergister

Bron: Matriciel

21

2. Bio-Warmtekrachtkoppeling (bio-WKK)

22

2. WKK - Principe

µ-WKK indien Pe < 50 kW Huishoudelijke µ-WKK: +/- 1kWé

11%

36% elec

100% 53% therm

●

Principe van WKK: de gecombineerde productie van twee vormen van energie (elektriciteit en “nuttige warmte”) vanuit een zelfde energiebron. Bron: Presentatie van de facilitator WKK, Seminarie “Kostenbesparingen in de collectieve huisvesting dankzij WKK”, BIM

23

2. WKK – Technieken Verschillende brandstoffen: ●

WKK op aardgas  niet hernieuwbaar

●

WKK op biomassa  wel hernieuwbaar ►

Met brandstoffen zoals voorgaand beschreven in sectie biomassa: › Bio-ölien › Pellets/houtsnippers › Maar ook: rioolslib, compost en organisch afval

24

2. Bio-WKK – Voorbeeld in BHG

●

WKK op koolzaad-olie op ‘De Zavelberg’ (collectieve huisvesting)

25

2. Bio-WKK – Vergelijking ●

Bio-WKK vergeleken met klassieke WKK: ►

Toegepaste bio-WKK’s in BHG zijn WKK’s op koolzaadolie › Voordelen: – Hogere CO2 reductie door gebruik biomassa – Daarmee ook meer GroeneStroomCertificaten (GSC) › Nadelen: – Sterk fluctuerende brandstofprijs – Hogere investering – Meer onderhoud nodig

26

2. WKK: Waar beginnen ? ●

Algemene energieaudit van het gebouw! ●

Prioriteiten! ● Indien de vervanging van de ketel voorzien is, is het meestal interessanter om direct de WKK te installeren ● De globale rentabiliteit van het project wordt verbeterd ● Mogelijkheid installatie WKK vs. REG maatregelen ● Houdt rekening met verbruik voor dimensionering ● Verlaagde warmtevraag door REG: overdimensionering ● Overdimensionering ketels: 1 vervangen door WKK ● Dikwijls een goede oplossing om plaats te maken

●

Juiste dimensionering cruciaal voor goede werking!

27

2. Begrip « correct gedimensioneerde » WKK Vaststelling :  Voor een zelfde gebouw, is het mogelijk om verschillende vermogens van WKK te plaatsen Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) - 2002

kWth 1600

1400 1200

1000 800 600

400 200 0 1

731

1461

2191

2921

3651

4381

5111

5841

6571

7301

8031

uren

28 Bron: Presentatie van de facilitator WKK, Seminarie “Kostenbesparingen in de collectieve huisvesting dankzij WKK”, BIM

2. Begrip « correct gedimensioneerde » WKK ●

Gedimensioneerd op de totale warmtevraag van de site ►

●

Rekening houdend met de eventuele vermindering hiervan door (toekomstige) REG maatregelen

Waarvan het vermogen minstens 90% van de maximale thermische productie door WKK toelaat

29

2. Micro-WKK?

●

Rendabiliteit nog niet aangetoond…voor Brussel.

●

3-24 kW Thermisch – 1 kW Elektrisch

●

+- 10.000 à 12.000 € (zonder installatie)

30 Bron: Vaillant & Remeha

2. De 6 stappen om een WKK project goed te laten verlopen : 1. 2. 3.

4.

5. 6.

Een voorstudie (COGENcalc) Een haalbaarheidsstudie (COGENsim) De beste financieringsformule kiezen (eigen middelen, banklening, derde investeerder, …) en de mogelijke investeringspremies zoeken Engineering, opstellen van de lastenboeken, plannen, vergunningen, … Vergelijking van de offertes Installatie en opvolging van de prestaties van de installatie ●

Onderhoudscontract met resultaatgaranties

Laat u begeleiden door een competent studiebureel!

31

2. bio-WKK – Toekomst in BHG ●

Houtgestookte bio-WKK? ►

Investering groot door installatie silo voor opslag biomassa

►

Resultaten nog afwachten

32

3. WINDENERGIE

33

3. Windenergie ●

Windenergie in Brussel? ►

Het is mogelijk!...maar…

Bron: Wintegrate (tijdelijke proefopstelling tweejarig onderzoeksproject aan VUB – Innoviris) 34

3. Windenergie - Toepasbaarheid Uitdagingen voor BHG: ●

●

Geschikte daken ►

Vanaf 40m hoogte

►

In Brussel +/- 50 geschikte daken

Windsnelheden t.g.v. omliggende bebouwing ►

●

Kosten installatie ►

●

Rotorhoogte 10-15 m boven het gebouw Inhuren van een kraan verhoogt kosten met +/- 33%

Gebrek aan goede technologie ►

Markt voor ‘kleine’ windturbines is nog onvolwassen

Bron: Wintegrate (resultaten) 35

3. Windenergie - Techniek ●

Verticale- en horizontale-as windturbines

●

Constante en variabele snelheid windturbines ►

Constant: rotor draait op één snelheid

►

Variabel: › Pitch-control: veranderen van hoek om op rated-power niveau te draaien › Stall-control: vaste hoek, maar snelheid en output worden constant gehouden bij hogere windsnelheden 36

3. Windenergie - Techniek ●

Wind: luchtverplaatsingen van hogere naar lagere drukgebieden veroorzaakt door zonne-instraling

●

Energieinhoud: Pwind = ½ Cp ρ V³ A Cp = 0,593 (maximaal deel van het vermogen dat aan de wind ontrokken kan worden (Bertz limiet) ρ = luchtdichtheid (kg/m³) V = windsnelheid (m/s) A = captatieoppervlak (m²)

37

3. Windenergie - Techniek ●

Windsnelheid (= afhankelijk per locatie!): ►

Plaatsing (aan de kust / in de stad)

►

Hoogte

►

Tijd (‘s nachts hardere wind dan overdag)

►

Seizoen (in winter hardere wind dan in zomer)

Probleem: meest productieve windsnelheden komen minder vaak voor

38

3. Windenergie - Techniek ●

Captatieoppervlak: ►

Hoe groter hoe ‘beter’ (energetisch gezien) › Constructief / stabiliteit › Ruimtegebruik › ..

●

Opbrengst: horizontale-as windturbine van 5 kW produceert in Brussel +/- 13.000 kWh/j

39

3. Windenergie – Toekomst in BHG ●

Situering van de turbine is cruciaal voor opbrengst! ►

●

Onafhankelijke en gedetailleerde haalbaarheidsstudies nodig

Ontwikkeling van wetgeving: ►

Haalbaarheidsstudie verplicht stellen

►

●

Eisen ‘shadow-flicker effect’

Nieuwe focus op randgebied met industrie (medium-sized wind turbines) Bron: Wintegrate 40

3. Windenergie – Toekomst in BHG ●

Technisch: andere architectuur ‘urban’ windturbines?

Bron: IbisPower

41

4. ECODESIGN & EPB

42

4. Verwarmingstechnieken en Ecodesign ●

●

Energielabels verplicht vanaf: ►

26/09/2015 voor micro-wkk installaties

►

01/04/2017 voor pelletketels

Ecodesignverordening met minimale producteisen: ►

26/09/2015 voor micro-wkk installaties › Minimum rendement tot 70 kW: 86%

►

01/01/2020 voor pelletketels

43

4. Effecten in het kader van EPB ●

Conversiefactor primaire energie: biomassa = 0,32 (ter vergelijking: factor gas = 1), maar vanaf 01/01/2016 wordt dit ook een factor 1!

●

Rendementen verwarming: ►

Rendementen WKK: › 47% voor biogas › 49% voor plantaardige olie › Elektriciteitsproductie is een plus; waardoor kleinere Cpe

►

Ketels (enkel op hout): › Verschil in verhouding onderste- en bovenste verbrandingswaarden (0,93 voor hout t.o.v. 0,9 voor gas)

44

4. Effecten in het kader van EPB ●

Conversiefactor primaire energie: ►

●

Biomassa = 0,32 (ter vergelijking: factor gas = 1), maar vanaf 01/01/2016 wordt dit ook een factor 1!

Effect op EPB-berekening: ►

Biomassaketels (enkel op hout): › Verschil in verhouding onderste- en bovenste verbrandingswaarden (0,93 voor hout t.o.v. 0,90 voor gas)

►

Bio-WKK: › Rendementen bio-WKK iets lager dan klassieke WKK › Elektriciteitsproductie is een plus; waardoor kleinere CPEwaarde

►

Wind: › Nog niet verwerkt in EPB; maar kan wel als ‘innovatief concept’ worden ingevoerd – Tenminste 8% besparing met toepassing t.o.v. niet toepassen

45

Nuttige hulpmiddellen, websites, enz. : ●

WKK-tools BIM:

http://www.environnement.brussels/thematiques/batiment/les-bonnespratiques-pour-construire-et-renover/energie/utiliser-les-sources-3?view_pro=1 ●

Infofiches:

http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Energie_ER20_part_N L.PDF?langtype=2067 http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Energie_ER12_part_N L.PDF?langtype=2067 http://documentatie.leefmilieubrussel.be/documents/IF_Prof_Energie__Winden ergie_Potentieel_BHG_NL.PDF?langtype=2067 ●

CogenCALC software

●

Verwijzingen naar EPB-berekeningen:

http://www.leefmilieu.brussels/uploadedfiles/Contenu_du_site/Professionnels/T hemes/%C3%89nergie/01_PEB_et_climat_int%C3%A9rieur/01Travaux_PEB/0 7L%C3%A9gislation/ARRETE_210213_AnnexeIX_NL.pdf http://www.leefmilieu.brussels/uploadedfiles/Contenu_du_site/Professionnels/T hemes/%C3%89nergie/01_PEB_et_climat_int%C3%A9rieur/01Travaux_PEB/0 7L%C3%A9gislation/ARRETE_210213_AnnexeX_NL.pdf 46

Om te onthouden van de presentatie ●

Brussel geeft een lastige context aan bovengenoemde technieken

●

Echter: in de juiste situaties kunnen biomassaketels, bio-WKK en kleine windturbines geschikt zijn ►

●

Haalbaarheidsstudies zeer belangrijk!

De technieken kunnen complementair ingezet worden

47

Contact

Jonathan FRONHOFFS Projectleider Energiezorg Coördinaten : 

: 02/513.96.13

E-mail : [email protected]

48