FLEXIBILISERING INDUSTRIËLE WKK

FLEXIBILISERING INDUSTRIËLE WKK T ECHNISCHE EN FINANCIËLE MOGELIJKHEDEN VAN OPERATIONELE FLEXIBILITEIT

Datum: Opdrachtgever:

3 juni 2015 GasTerra

Internet Mail Tel Fax

www.energymatters.nl [email protected] +31 30 691 1844 +31 30 691 1765

Titel Subtitel

Flexibilisering industriële WKK Technische en financiële mogelijkheden van operationele flexibiliteit 14.603 3 juni 2015 Stijn Schlatmann Martin Horstink

Projectnummer Datum Uitgevoerd door

In opdracht van Contactpersoon

2 / 50

GasTerra Martijn Vegter

Energy Matters – 14.603 – Flexibilisering industriële WKK

INHOUDSOPGAVE Inhoudsopgave .............................................................................................................................. 3 1

2

3

4

5

Inleiding .............................................................................................................................. 5 1.1

De uitdaging voor industriële WKK........................................................................... 5

1.2

Ontwikkeling Nederlandse energiemarkt en behoefte aan flexibel vermogen ....... 5

1.3

Industriële WKK als flexibel vermogen ..................................................................... 6

1.4

Doel van het onderzoek............................................................................................ 7

1.5

Disclaimer ................................................................................................................. 7

Technische mogelijkheden t.b.v. flexibiliteit industriële WKK ........................................... 8 2.1

Flexibiliteit van bestaande industriële WKK ............................................................. 8

2.2

Technische mogelijkheden tot verbetering operationele flexibiliteit .................... 11

2.3

Installatie-specifieke analyse flexibilisering industriële WKK................................. 15

Operationele inzet-strategieën van flexibel vermogen .................................................... 16 3.1

WKK baseload ......................................................................................................... 16

3.2

WKK in deellast bedrijf ........................................................................................... 16

3.3

WKK in dag/nacht cycli – start/stop cycli ............................................................... 16

3.4

WKK flex: Toekomstige pieken en dalen - Onbalans - WKK als noodvermogen .... 17

3.5

Ketelbedrijf: Overgaan op volledige levering met stoomketels ............................. 17

Methodiek voor het waarderen van flexibiliteit in de markt ........................................... 18 4.1

Gasturbine exploitatie model ................................................................................. 18

4.2

Systeemopzetten in Nederland en uitgangspunten analyse .................................. 18

4.3

Verrekening kosten van CO2 rechten ..................................................................... 19

4.4

Marktscenarios ....................................................................................................... 19

Resultaten waarderen van flexibiliteit in de markt .......................................................... 22 5.1 KB)

Resultaten voor type kleine WKK (aeroderivative) tot ca. 10 MWe (bv. Allison 50122

5.2 Resultaten voor type middelgrote WKK (aeroderivative) GT van 10-25 MWe (bv. GE LM2500 of Siemens Trent 60) ..................................................................................... 28 5.3

Resultaten voor type grote WKK; (landbased) GT > 25 MWe (bv. GE Frame 6) .... 34

5.4

Investeringen in nieuwe flexibele WKK .................................................................. 39

6

De beleidsmatige positie van industriële WKK ................................................................. 41

7

Conclusies en aanbevelingen ............................................................................................ 42


3 / 50

A

7.1

Conclusies ............................................................................................................... 42

7.2

Aanbevelingen ........................................................................................................ 43

Toelichting op het Energy Market Forecast Model van Energy Matters .......................... 44 A.1

B

4 / 50

Regelbaarheid van centrales................................................................................... 47

Gevoerde gesprekken en literatuurlijst ............................................................................ 48 B.1

Gesprekken ............................................................................................................. 48

B.2

Literatuurlijst........................................................................................................... 48


1

INLEIDING

1.1

De uitdaging voor industriële WKK

WKK in de industrie heeft het onder de huidige marktomstandigheden zeer moeilijk. De operationele marge is flinterdun en zodra er kosten gemaakt moeten worden zoals een (major) overhaul wordt veelal besloten de WKK uit bedrijf te nemen. De afgelopen 3 jaar is daarom al zo’n 1000 MWe van de oorspronkelijk 3000 MWe uit bedrijf genomen. Ongeveer de helft is in de mottenballen gezet en de rest is definitief afgebroken. Dat de markt langdurig op dit niveau blijft is onwaarschijnlijk. Door verschillende ontwikkelingen zal de markt veranderen. Er zijn politieke ontwikkelingen met betrekking tot doelstellingen en stimulering van hernieuwbare elektriciteit en marktpartijen zelf reageren ook op de markt. Hoe de markt gaat veranderen is moeilijk te voorspellen. Het helpt daarbij om met scenario’s te werken zodat de impact van bepaalde veranderingen duidelijk wordt. De uitdaging voor WKK is om in te spelen op veranderingen in de markt. Een belangrijke ontwikkeling daarbij is dat meer hernieuwbare elektriciteitsproductie er een groter aanbod van onvoorspelbaar en niet regelbaar vermogen op de markt komt. Dit zal leiden tot grote fluctuaties in vraag en aanbod en daarmee de elektriciteitsprijs. Voor WKK is de uitdaging om daar zo goed mogelijk op in te spelen. Hoe flexibeler een WKK kan opereren, des te beter er op de markt kan worden ingespeeld. In dit onderzoek wordt allereerst nagegaan welke technische mogelijkheden er zijn om industriële WKK te flexibiliseren. Daarna wordt met verschillende marktscenario’s nagegaan wat dit betekent voor de opbrengsten en rentabiliteit van de WKK. Hierbij gedetailleerde wordt het energiemarktmodel EMF van Energy Matters gebruikt.

1.2

Ontwikkeling Nederlandse energiemarkt en behoefte aan flexibel vermogen

De Nederlandse energiemarkt maakt een transitie naar duurzame energie door. Uitgaande van de doelstellingen in het Energie Akkoord en de lange termijn doelstellingen van Nederland worden opgestelde vermogens voor duurzame energie aangegeven van 4000 MWe zon-PV en 8000 MWe wind in 2020 en 8000 MWe zon-PV en 12000 MWe wind in 2030. Dit zijn ambitieuze getallen, maar dat er een sterke groei aan duurzaam vermogen komt is vrij zeker. Ter vergelijking: op dit moment is de nachtvraag zo’n 8.000 á 9.000 MWe en de piekvraag overdag een kleine zo’n 16.000 MWe tijdens werkdagen en 12.000 á 13.000 tijdens weekenddagen. Er kunnen dus al in 2020 momenten ontstaan met veel wind en eventueel zon waarbij de landelijke vraag volledig door duurzaam gedekt kan worden. Echter zonnepanelen produceren ca. 900 vollasturen per jaar en windturbines ca. 2500 vollasturen per jaar. Dat betekent dat er vele uren zijn waarin er geen of een minimale opbrengst van zon en wind zijn. Voor deze uren zal er ‘conventioneel’ productievermogen moeten staan opgesteld. Dit vermogen zal moeten kunnen afregelen tot praktisch nul MWe bij veel duurzame opwekking en snel kunnen opregelen bij het wegvallen daarvan. De mogelijkheid om voor kortere periodes stil te staan en de snelheid van open afregelen bepaald zodoende de mate van flexibiliteit van opwekinstallaties.


5 / 50

Voor een zomerweek met relatief veel zon en wind geven onderstaande figuren het verbruik en opwek van elektriciteit weer met het huidige opwekvermogen (links) en het toekomstige opwekvermogen (rechts).

Figuur 1: Inzet van de verschillende energiebronnen in de huidige elektriciteitsmarkt en in de toekomst. 1

De figuren laten zien dat er al behoefte aan flexibiliteit bestaat en dat deze behoefte zal toenemen in de toekomst. In de huidige situatie (linker figuur) wordt vooral flexibiliteit gevraagd van elektriciteit uit gascentrales, zoals gasmotoren bij tuinders en bepaalde industriële WKK’s, om het verschil in dag - en nachtvraag, ofwel pieken dalvraag, op te kunnen vangen. Daarnaast is te zien dat er al dagen zijn waarop weinig vraag naar gasvermogen bestaat. Op dergelijke dagen zal het gasvermogen voor een belangrijk deel afgeschakeld moeten worden. In de rechter figuur is te zien dat er gedurende de week op bepaalde momenten een zeer hoge mate van flexibiliteit wordt gevraagd van het conventionele vermogen. Kolencentrales kunnen deze flexibiliteit vooralsnog niet bieden en worden zodoende een gedeelte van de tijd uit de markt gedrukt1. In bovenstaand voorbeeld in het weekend. Daarnaast is te zien dat er dagen zullen zijn waarop zelfs de must-run installaties van de industrie, gasturbines die moeten draaien om aan de stoomvraag van de fabriek te kunnen voldoen, de opgewekte elektriciteit niet kwijt kunnen op de Nederlandse elektriciteitsmarkt. Deze zullen daarom in de toekomst ook in meer of mindere mate moeten overschakelen op meer flexibel bedrijf om aan de markt te kunnen leveren.

1.3

Industriële WKK als flexibel vermogen

Onder industriële WKK wordt een combinatie van een gasturbine met een afgassenketel verstaan. De installatie verzorgt in de stoombehoefte van de bedrijfsprocessen en produceert daarbij elektriciteit. Industriële WKK bevindt zich in een moeilijke economische situatie. De spark spread2 is de laatste jaren zeer laag, waardoor must-run WKK met netlevering gedeeltelijk verlies draait. Er vinden momenteel daarom saneringen plaats van industriële WKK’s. Er is echter een flink aandeel WKK’s dat technisch gezien nog 10 tot 20 jaar door kan draaien.

1

NB. In de gepresenteerde benadering, Energy Market Forecast analyse zie ook Appendix A, is ervan uitgegaan dat kolencentrales tot circa 30% deellast kunnen terug regelen. In de benadering is het volledige kolenvermogen als één “centrale” meegenomen. In praktijk zou het echter zo kunnen zijn dat een aantal (kolen)centrales uit bedrijf gaan, waardoor er voor andere (kolen)centrales juist weer meer ruimte ontstaat. 2 De spark spread is een indicatie van de winstgevendheid van een installatie en geeft het verschil weer tussen de baten van elektriciteitsproductie en warmte en de kosten van de benodigde brandstof.

6 / 50


De industriële gebruikers van WKK staan dus voor de keuze:

Volledig saneren

Industriële WKK 2014

kleine WKK zonder netlevering

Flexibele WKK

•Terug naar boiler-only -> nu al BAU-scenario •Wegval merendeel park van 3000 MWe

•Schaalgrootte neemt af •Beperkte economische en milieuwinst

•Behoud van vermogens •Optimalisatie business case door meerwaarde flex

Figuur 2: Keuzes die industriële gebruikers van WKK kunnen kiezen.

Een gedeelte van de industriële WKK’s is in meer of mindere mate flexibel, maar is daar oorspronkelijk in het ontwerp niet op uitgelegd. Een aantal technische aanpassingen kan deze WKK’s flexibeler maken. Dit biedt kansen om industriële WKK, in een markt die steeds meer flexibel productie vermogen verlangd, toekomstbestendig te maken.

1.4

Doel van het onderzoek

Hoewel flexibele WKK een route kan zijn naar behoud van een flink deel van het bestaande WKK-vermogen in de industrie, heeft de industrie zelf nog weinig ervaring met de mogelijkheden en kansen onder de flexibiliteitsroute. Er is onvoldoende duidelijkheid over de technische mogelijkheden om WKK flexibeler te maken. Ook een beeld van de kosten en opbrengsten ontbreekt. Een degelijke onderbouwing van de mogelijkheden en kansen van flexibiliteit kan hierin een aanjagende rol hebben en het behoud van industriële WKK en de rol van aardgas daarin bestendigen. Dit onderzoek beoogd deze onderbouwing te geven.

1.5

Disclaimer

Deze studie is met de grootst mogelijk zorg uitgevoerd door Energy Matters in opdracht van GasTerra. De resultaten geven een indicatie van de technische en economische mogelijkheden om met gasturbines en -ketels in de stoombehoefte in de industrie te kunnen voorzien op basis van gestandaardiseerde cases. Aan de resultaten zijn geen rechten te ontlenen. GasTerra en Energy Matters aanvaarden geen aansprakelijkheid voor enige vorm van schade die voortvloeit uit het gebruik van de gepresenteerde resultaten. Een individuele assessment dient uitgevoerd te worden om locatie-specifieke eisen en randvoorwaarden mee te kunnen nemen in de analyse en om zodoende een uitspraak te kunnen doen aan de meerwaarde van flexibilisering van een bepaalde gasturbine/afgassenketel combinatie.


7 / 50

2

TECHNISCHE MOGELIJKHEDEN T.B.V. FLEXIBILITEIT INDUSTRIËLE WKK

Een gedeelte van de industriële WKK’s is in meer of mindere mate flexibel, maar is daar oorspronkelijk in het ontwerp niet op uitgelegd. Een aantal technische aanpassingen kan deze WKK’s flexibeler maken. Dit hoofdstuk geeft een overzicht van de mogelijkheden om industriele WKK flexibel te maken. Ten eerste zal het algemene ontwerp van bestaande industriële WKK’s toegelicht worden. Vervolgens wordt een overzicht gegeven van de technische mogelijkheden om bestaande WKK’s flexibel te maken. Het hoofdstuk wordt afgesloten met een beschrijving van een assessment waarmee bepaald kan worden of en hoe een bestaande WKK geflexibiliseerd kan worden.

2.1

Flexibiliteit van bestaande industriële WKK

Onder industriële WKK’s wordt een combinatie van een gasturbine met een afgassenketel verstaan. De installatie produceert zowel stoom als elektriciteit. De stoom wordt benut in de bedrijfsprocessen, typisch voor processen met een temperatuur tussen de 100°C en 250°C . In veel gevallen wordt de stoom met de afgassenketel op een hogere druk gebracht, waarna de stoom eerst door een stoomturbine geleid wordt en expandeert tot de benodigde druk van processtoom. Daarbij wordt eveneens elektriciteit opgewekt. Hierdoor ontstaat een STEG (Stoom en Gascentrale). De geproduceerde elektriciteit kan gebruikt worden voor eigen gebruik, echter is de elektriciteitsproductie veelal groter dan de behoefte op locatie. Een groot deel van de geproduceerde elektriciteit wordt daarom geleverd aan het elektriciteitsnet. De geproduceerde elektriciteit wordt ook wel gezien als “bijproduct”, maar moet financieel wel voldoende opleveren om de installatie economisch rendabel te maken ten opzichte van de referentie, d.w.z. stoomproductie met stoomketels en netlevering van elektriciteit. In de huidige energiemarkt zijn de elektriciteitsprijzen echter laag en levert de installatie, vooral op momenten van netlevering, geen of slechts beperkte meerwaarde ten opzichte van de referentie. Om deze reden zoekt de industrie naar mogelijkheden tot verbetering van operationele flexibiliteit. De meeste bestaande industriële WKK’s zijn ontworpen om de basislast van stoombehoefte van het bedrijfsproces te dekken. Bij het ontwerp is er zodoende van uitgegaan dat de WKK’s altijd draaien, zowel dag als nacht, en operationele flexibiliteit niet is meegenomen in het ontwerp. 2.1.1 Flexibiliteit van een gasturbine De snelheid van opstarten en open afregelen is voornamelijk afhankelijk van het type en de grootte van de gasturbine. Bepaalde turbines kunnen vanuit een koude start binnen enkele minuten vol vermogen leveren. In de Nederlandse industrie kunnen de gasturbines bij industriële WKK’s onderverdeeld worden in de volgende twee typen: 1. Aeroderivatives: dit zijn afgeleiden van turbines uit de vliegtuigindustrie met een powerturbine erachter geplaatst. Het zijn meestal 2-assige, maar soms ook 3-assige, machines. Het maximale vermogen is beperkt tot circa 50 MWe. Veelvoorkomende types aeroderivates in Nederland zijn de LM 2500 van GE en de Allison 501KB5 van Centrax. 2. Heavy duties: deze zijn speciaal ontworpen voor de zware industrie en zijn verkrijgbaar vanaf enkele MWe tot 250 MWe vermogen. Veelvoorkomende types in Nederland zijn de Siemens SGT-100 (Typhoon) en SGT-200 (Tornado) en Frame 5, 6 en 9 van GE.

8 / 50


Typische eigenschappen van de twee types worden hieronder toegelicht. Aeroderivatives Start-stop/cycli  Aeroderivatives zijn opgebouwd uit dunwandige onderdelen van lichtmetaal. Hierdoor is de gasturbine bij een koude start snel opgewarmd en zijn temperatuur- en spanningsverschillen van onderdelen in de turbine gering. Dit maakt dat deze installaties relatief snel op te starten zijn en kunnen vanaf koude toestand in 3,5 tot 10 minuten op vol vermogen draaien.  In combinatie met een afgassenketel is een aeroderivative gasturbine niet de limiterende factor voor wat betreft de opstartsnelheid, maar de ketel. De ketel moet gespoeld worden en de dikwandige onderdelen (zoals de drum) beperken de toelaatbare temperatuurstijging. Het ventileren van de ketel (5-voudig conform Gasunie/Visa-eisen) kan soms oplopen tot zo’n 25 minuten. De totale opstarttijd van een gasturbine/afgassenketelcombinatie krijgt zodoende een opstarttijd van 15 tot 45 minuten.  Met een bypassstack wordt deze beperking vermeden. De rookgassen worden via de bypass stack voor de ketel direct naar buiten geleid. Hiermee kan de gasturbine afzonderlijk van de ketel bedreven worden en zonder beperking zo snel mogelijk opgestart worden. Daarna kan het rookgas geleidelijk aan de ketel toegevoerd worden.  Voor aeroderivates heeft 1x per een dag start/stop-cyclus geen invloed op de levensduur. Bij meer start/stops moet rekening gehouden worden met extra onderhoudskosten cq verminderde draaiuren tot de volgende revisie (equivalente bedrijfsuren of een onderhoudsfactor)  Het warm houden van de turbine om opstarten te versnellen wordt in ieder geval bij de GE LM-machines niet geadviseerd, omdat dan een temperatuursverschil in de turbine ontstaat waardoor deze een ‘katterug’ krijgt (bovenkant zet uit ten opzichte van de onderkant). Daarom worden ze bij uitbedrijfname juist snel afgekoeld.  De opstartmotor zou mogelijk sneller kunnen draaien om het spoelen van de ketel te bespoedigen. De startmotor gaat tot circa 75% van het maximaal aantal toeren. Wel moet dan bekeken worden of het maximale koppel niet wordt overschreden. Regelbaarheid  Aeroderivatives zijn tijdens bedrijf snel open afregelbaar. De turndown rate bedraagt ca 20% per minuut.  Aeroderivatives zijn 2- of 3-assig (aparte as voor compressor-turbine en powerturbinegenerator) en hebben een beter deellastrendement dan heavy duty turbines.  Verschillende machines beschikken over de mogelijkheid van stoom- of waterinjectie. Dit betekend wel extra leidingwerk en de beschikking over hoge druk stoom of gedemineraliseerd water. Met stoom of waterinjectie kan een gasturbine maximaal zo’n 10% extra vermogen leveren. Ook de generator/elektrische installatie dient op dit extra vermogen ontworpen te zijn. Stoom- en waterinjectie is echter niet toepasbaar voor machines met DLE/DLN (Dry Low Emission/NOx).


9 / 50

Heavy duties Start-stop/cycli  Een heavy duty gasturbine is ontworpen op betrouwbaarheid en levensduur. Doordat gewicht bij deze machines geen ontwerpcriterium is, zijn heavy duty gasturbines met staal en dikwandige constructies uitgevoerd. Deze gasturbines zijn daarom minder flexibel dan aeroderivatives omdat rekening gehouden moet worden met een maximaal toelaatbare temperatuurstijging in verband met spannings- en uitzettingsverschillen in de installatie.  Voor heavy duty machines zijn starts/stops kritischer dan een aeroderivative en dient een onderhoudsfactor meegenomen te worden. Heavy duty machines zijn over het algemeen niet geïnstalleerd om eenmaal per dag een start/stop cycli door te maken, maar zijn daar wel geschikt voor.  Vanwege verschillen in temperatuur en uitzetting van verschillende onderdelen mag een heavy duty gasturbine bijvoorbeeld na een stop pas acht uur later weer opgestart worden om extreme slijtage in de gasturbine te voorkomen.  Full speed no load (FSNL) of core-idle is geen gunstige optie om kortstondig uit bedrijf te gaan en daarna weer snel te starten. De machine gaat terug naar halftoerental maar verbruikt dan alsnog 25-35% van het gasverbruik ten opzichte van full load condities. In deze modus kan de machine wel binnen 2 minuten weer full load leveren. Door het hoge gasverbruik zal dit maar in korte periodes renderend kunnen zijn. Regelbaarheid  Heavy duty’s zijn tijdens bedrijf eveneens snel open afregelbaar. De turndown rate bedraagt ca 5-20% per minuut afhankelijk van type en schaalgrootte.  Heavy duty turbines zijn uitgevoerd met 1 as en hebben daarom een vast toerental. De luchthoeveelheid van de compressor is daarom beperkt terug te regelen. Met variabele inlaat leidschoepen (inlet guide vanes - IGV’s) kan de luchthoeveelheid beperkt geknepen worden.  Ook heavy duty machines beschikken veelal over de mogelijkheid van stoom- of waterinjectie. Hiervoor gelden dezelfde extra voorzieningen als voor aeroderivatives en is dit alleen toepasbaar als er geen DLE/DLN wordt toegepast. Algemeen Door water of stoom in te spuiten kan extra vermogen geleverd worden met een gasturbine (niet mogelijk bij DLE (dry-low emissions) systemen). Er kan maximaal 5% van de luchtflow als stoom geïnjecteerd worden en dit kan binnen een halve minuut. In totaal kan hiermee circa 10% extra vermogen geleverd worden (2% extra vermogen per 1% stoom). Door de extra massa die door de turbine wordt geleid neemt de onderhoudsperiode wel af. Aan stoom/water injectie zit wel een onderhoudsfactor van 1,3/1,4.  DLE (dry low emissions) systemen kunnen op verschillende modi functioneren (lean burn, premix, etc). Op deellast kan het wat betreft rendement interessant zijn om een modus terug te ‘schakelen’. Operators doen dit nogal eens niet uit oogpunt van betrouwbaarheid en beperking van risico’s. Echter is dit slechts een beperkt risico als dit beheerst gebeurd en de machine goed is ingeregeld. Op dit moment zijn in Nederland circa 1/3 van de gasturbines uitgevoerd met DLE.  Op het moment dat gasturbines in deellast worden bedreven kunnen emissies problematisch worden. Bij 2-assige systemen zal de CO waarde omhoog gaan door lagere tempera-

10 / 50


tuur (NOx hierdoor juist omlaag). Afhankelijk van de brandstofefficiëntie kan ook de NOxuitstoot problemen opleveren. 2.1.2 Flexibiliteit van een afgassenketel Een afgassenketel maakt een gasturbine/afgassenketel combinatie minder flexibel om twee redenen. Allereerst moet de afgassenketel, voordat er ontsteking in de gasturbine plaatsvindt 5-voudig geventileerd worden met de luchtstroom door de gasturbine wanneer deze draait op de startmotor (conform voormalige Gasunie/Visa-eisen of NFPA-eisen). Dit kan afhankelijk van ketelvolume en volumestroom door de gasturbine oplopen tot zo’n 25 minuten. Daarnaast moet er veel massa opgewarmd worden. Vooral voor dikwandige delen zoals de drum en sommige headers kan dit niet te snel gebeuren omdat er dan grote spanningsverschillen ontstaan hetgeen kan leiden tot scheuren van leidingen of afbreken van onderdelen. Het opwarmen en ventileren van een ketel vanuit koude start duurt afhankelijk van de grootte van de afgassenketel 15 minuten tot wel ruim een uur. In de Nederlandse industrie is in het ontwerp van een industriële WKK de afgassenketel veelal direct achter de gasturbine geplaatst. Daardoor is een relatief trage combinatie ontstaan met een opstarttijd tot vol vermogen van de gasturbine van 15 minuten tot 1,5 uur. 2.1.3 Flexibiliteit van een stoomturbine In bepaalde gevallen is er ook nog een stoomturbine geplaatst. De stoomturbine vereist een minimale kwaliteit van de stoom die erin gaat. Gezien de afgassenketel relatief langzaam opgestart dient te worden duurt het even voordat stoom van voldoende kwaliteit beschikbaar is om de stoomturbine op vol vermogen te laten draaien. Gedurende deze tijd moet de stoom gebypassed worden via een reduceerklep en levert de stoomturbine geen vermogen. Daarna moet de stoomturbine geleidelijk op temperatuur worden gebracht. Bij een kleine stoomturbine van enkele MWe gaat dit betrekkelijk snel, maar bij grotere stoomturbines is de toelaatbare temperatuurstijging weer limiterend. Leveranciers hebben deze maximale temperatuurstijging (gradient) voorgeschreven en deze wordt bewaakt met temperatuuropnemer in de turbine.

2.2

Technische mogelijkheden tot verbetering operationele flexibiliteit

2.2.1 Mogelijkheden en verbeteren flexibiliteit gasturbine/afgassenketel combinatie Gegeven een bestaande gasturbine zijn de mogelijkheden tot het versnellen van de startcyclus van de gasturbine zelf beperkt. In combinatie met de afgassenketel zijn er echter verschillende opties:  Versnellen van de ventilatieperiode; Bij sommige gasturbines kan het toerental tijdens ventileren verhoogd worden met een aangepaste startmotor. Daarnaast bestaat er ruimte om eventueel het ventileren over te slaan. De vroegere Gasunie-eisen zijn inmiddels vervallen en vervangen door algemenere Europese en Amerikaanse eisen. Indien sluitend aangetoond kan worden dat er geen gevaar bestaat kan de ventilatieperiode worden overgeslagen. Geadviseerd wordt om dit met de ketelleverancier op te nemen.  Toepassen van een bypass-stack; Veel installatie zijn niet uitgevoerd met een bypass-stack (2e schoorsteen direct achter de gasturbine). Hiermee kan de gasturbine snel starten. Echter neemt een bypass-stack veel ruimte in beslag en die ruimte moet wel beschikbaar zijn. In totaal wordt het rookgaskanaal circa acht meter langer. In de meeste bestaande gevallen is dit daarom lastig inpasbaar.


11 / 50

 Indien een gasturbine in start/stop-cycli wordt bedreven moet er wel een alternatief aanwezig zijn voor de stoomproductie. Dit kan enerzijds met een aparte gasgestookte ketel. Een alternatief is om de ketel met koudluchtbedrijf uit te voeren. Dat wil zeggen dat er een bijstookbrander is geplaatst en dat met aparte ventilatoren verbrandingslucht wordt toegevoerd. Echter, om het vereiste niveau van NOx-emissies (vanaf 2016) te halen is dan wel rookgasrecirculatie nodig. Bestaande installaties met koudluchtbedrijf hebben veelal geen rookgasrecirculatie omdat aanvankelijk deze optie alleen als back-up voor de gasturbine was voorzien. Voor permanente inzet zal dan alsnog rookgasrecirculatie toegepast moeten worden.  Indien een ketel is uitgelegd voor koudluchtbedrijf met bijstookbranders, kan de gasturbine na een stop weer in bedrijf komen via de bypass-stack en vervolgens ‘vliegend’ overgaan op de ketel. De stoomproductie blijft dan ononderbroken.  De (bijstook)brander kan snel inkomen (< 1 minuut), omdat deze zo ontworpen is dat deze moet bijkomen bij een trip van de gasturbine. Dus het snel verlagen van de load van de gasturbine zal geen probleem hoeven op te leveren voor continue stoomlevering. Om echter de bijstookbrander direct te starten na een stop van de gasturbine en de gasturbine weer de load over te laten nemen na een stop van een brander, beide zonder een dip in de stoomproductie, dien je een bypass-stack aan te brengen.  Een rookgasklep in de schoorsteen kan toepast worden om na een stop ‘natuurlijke’ trek door de warme ketel te vermijden en de ketel daarmee gedurende langere tijd warm te houden. Deze kleppen worden automatisch bediend maar kunnen ook worden open geblazen (zelf openend). Er zijn kleppen beschikbaar voor rookgaskanalen tot 7 meter diameter. Bij nieuwe ketels zijn dergelijke kleppen meestal standaard.  Met geavanceerde spanningsmonitoring kan de daadwerkelijke van ketel en stoomturbine geoptimaliseerd worden. Deze monitoring dient uiteraard in overleg met leverancier en conform leveranciersspecificaties uitgevoerd te worden.  Er bestaat enige conservatisme over wat de ketels aankunnen wat betreft de vermoeiingsspanning en hierdoor blijft de flexibiliteit vooralsnog ook beperkt benut. Bij de bundels en headers is er over het algemeen voldoende ruimte gelaten voor spanningscycli. Veel hangt af van het verbindend leidingwerk, in hoeverre hierin voldoende ruimte voor expansie is opgenomen.  Ook is het nog mogelijk om de dikwandige gedeeltes van de afgassenketel actief warm te houden door stoom toe te voeren middels sproeisystemen tijdens een (kortstondige) stop, zodat een meer warme start-up cyclus ontstaat. Ter verbetering van het deellastgedrag zijn ook een aantal aanbevelingen te doen:  Indien nog niet toegepast, kunnen op de gasturbine variabele inlaat schoepen (variable IGV) worden overwogen om het deellastrendement te verbeteren.  Indien een bijstookbrander wordt toegepast kan bij deellast van de gasturbine de stoomproductie gedeeltelijk door de bijstookbrander worden overgenomen. Dit kan uiteraard binnen zekere grenzen. Het totale vermogen inclusief bijstook neemt af omdat de totale lucht/rookgashoeveelheid afneemt. Ook de emissies, die zowel van de gasturbine in deellast als de bijstookbrander afhangen, zullen een grens stellen. 2.2.2 Mogelijkheden en verbeteren flexibiliteit stoomturbine Indien een stoomturbine is gekoppeld aan de installatie, ligt een (klein) deel van flexibiliteit ook bij de stoomturbine. Voor het sneller in bedrijf nemen van een stoomturbine is span-

12 / 50


ningsmonitoring een mogelijkheid, die samen met de leverancier moet worden uitgewerkt. Gezien het beperkte vermogen van de stoomturbine ten opzichte van de gasturbine is de invloed van deze optie beperkt. 2.2.3 Start en stop procedures Op het moment dat gekeken wordt om de installatie flexibeler in te zetten is het raadzaam om samen met de leveranciers van de sub-installaties de mogelijkheden te onderzoeken om automatische start-up en shut-down procedures te verbeteren. Op deze manier kunnen er vaak nog onnodige tijdsvertragingen uit het proces gehaald worden, waardoor starts en stops sneller maar ook betrouwbaarder worden.  Zo is het bijvoorbeeld bij meerdere start/stops per week belangrijk om ook de stop goed uit te voeren. De superheater dient langzaam afgekoeld te worden en gestopt te worden op maximale druk. ‘Thermal quenchen’ kan namelijk optreden als de gasturbine direct afgeschakeld wordt en koude lucht bij het uitlopen van de gasturbine door de ketel stroomt. De superheater wordt dan tijdelijk een condensor. Dit kan voorkomen worden door de gasturbine 5 minuten op full speed no load (FSNL) of net iets daarboven te laten staan.

Figuur 3 – Mogelijke verbeteringen om een gasturbine, afgassenketel en stoomturbine te flexibiliseren.3

2.2.4 Nieuwe ontwikkelingen voor flexibilisering: Power2Heat/Pressure/Gas/Storage Ook kan er voor gekozen worden om buiten de industriële WKK een installatie te plaatsen waarmee flexibiliteit aan de industriële WKK toegevoegd wordt. De ontwikkelingen zijn relatief nieuw, maar technisch goed uitvoerbaar. Hier worden enkele interessante technische ontwikkelingen belicht. In het vervolg van de rapportage zullen deze technieken echter niet verder beschouwd worden. Power2Heat De NEM groep heeft een elektrische stoomgenerator in ontwikkeling waarmee oververhitte stoom geproduceerd kan worden. Het systeem kan geretrofit worden op een bestaande instal3

Operational flexibility enhancements of combined cycle power plants; dr. N. Henkel, E. Schmid & E. Gobrecht; Siemens AG; October 2008.


13 / 50

latie. Door toevoeging van een elektrische stoomgenerator bij een industriële WKK ontstaan meerdere operationele modi: 1. Gas --> stoom + elektriciteit (conventioneel). Interessant bij hoge elektriciteitsprijzen. 2. Gas --> stoom. De geproduceerde elektriciteit van de gasturbine wordt via de elektrische stoomgenerator omgezet in stoom. Door de gasturbine in deellast te bedrijven, kan de stoomproductie gelijk blijven. 3. Elektriciteit --> stoom. De gasturbine en afgassenketel staan uit en er wordt stoom geproduceerd door elektriciteit in te nemen en om te zetten in stoom in de stoomgenerator. Interessant bij lage elektriciteitsprijzen. Power2Pressure Dow in Terneuzen heeft een ontwikkeling om bij lage elektriciteitsopbrengsten op de markt elektriciteit te benutten om lagedruk reststoom weer nuttig te maken door deze stoom te comprimeren met een elektrisch aangedreven compressor. Op deze wijze verlaagt men de stoomvraag en wordt het overschot aan elektriciteit op efficiënte wijze benut voor het terugwinnen van stoom. Je zou dit ook als een open warmtepomp kunnen beschouwen. Voorwaarde is uiteraard wel dat er reststoom (≥100°C) beschikbaar is. Power2Gas Door middel van elektrolyse kan van elektriciteit waterstofgas geproduceerd worden en eventueel met een methanisatiestap opgewaardeerd worden naar aardgaskwaliteit, dit principe staat ook wel bekend als Power2Gas. De interesse in Power2Gas is groot, omdat hiermee momentane overschotten van duurzame energie uit wind en zon (tijdelijk) opgeslagen kunnen worden en eventueel in het gasnet kan worden ingevoed. Het plaatsen van een Power2Gas installatie bij een industriële WKK zorgt voor een grote mate van flexibiliteit van zowel het elektriciteitsnet als ook van de industriële WKK. Tevens zal hiermee de inzetbaarheid, en daarmee ook de economische haalbaarheid, van de Power2Gas installatie kunnen toenemen ten opzichte van een installatie op een “willekeurige” locatie. De volgende modi zijn denkbaar: 1. Overschot van duurzame energie uit wind en zon wordt omgezet in gas en tijdelijk op locatie opgeslagen of wordt, na methanisatie, op het gasnet gezet (conventioneel). Aangezien de industrie zelf meestal ook een CO2-bron is, zal de eventuele methanisatiestap relatief eenvoudig ingepast kunnen worden. 2. Op momenten dat door duurzame energie de elektriciteitsmarkt onder druk staat, kan de geproduceerde elektriciteit van de industriële WKK omgezet worden in gas. Hiermee blijft de stoomproductie van de installatie op pijl. 3. Op momenten dat duurzame energie wegvalt wordt op locatie met de industriële WKK elektriciteit en stoom geproduceerd met het opgeslagen gas. Gezien het opgeslagen gas een groen karakter heeft, zal ook de geproduceerde elektriciteit en stoom hiermee deels vergroend worden. PowerStorage Highview Power Storage heeft een systeem ontwikkeld waarmee op grote schaal elektriciteit opgeslagen kan worden met gebruik van standaard industriële componenten. In het concept wordt vloeibare lucht gebruikt als opslagmedium (Liquid Air Energy Storage – LAES). Op momenten dat bijvoorbeeld de geproduceerde elektriciteit te weinig oplevert op de markt kan met elektriciteit lucht vloeibaar gemaakt worden en wordt de vloeibare lucht opgeslagen in cryogene opslagtanks. Vervolgens kan de vloeibare lucht weer omgezet worden in elektriciteit door de vloeibare lucht op te warmen naar omgevingstemperatuur, waardoor de lucht weer

14 / 50


gasvormig wordt en hierbij uitzet in volume, en te laten stromen door een turbine. Het bedrijf claimt een opslagrendement van het systeem van circa 60%. Systemen met een vermogen van 50 MWe en een opslagcapaciteit van 200 MWh bestaan tot de mogelijkheden.

Figuur 4: Highview's concept van grootschalige elektriciteitsopslag.4

Mogelijk dat het potentieel van voorgaande technieken in de Nederlandse (chemische) industrie groot is, in de orde van vele honderden MW. Voorgaande technieken hebben hun eigen investeringen en kenmerken en worden buiten beschouwing gelaten in dit onderzoek.

2.3

Installatie-specifieke analyse flexibilisering industriële WKK

Om te bepalen of een bestaande industriële WKK met bovengenoemde technische mogelijkheden ook daadwerkelijk geflexibiliseerd kan worden zal een installatie-specifieke analyse moeten plaatsvinden. Het huidige ontwerp van een installatie bepaalt namelijk in grote mate welke technische mogelijkheden toepasbaar zijn. In deze analyse zal gekeken moeten worden naar:  het huidige ontwerp van de installatie, inclusief operationele eisen en beperkingen van de installatie;  het huidige draairegime van de installatie, zoals start/stop cycli en deellastmodi;  ontwikkeling van een nieuw eisen- en wensenpakket voor de gewenste toekomstige bedrijfsvoering van de installatie;  technische en economische haalbaarheid van de gewenste bedrijfsvoering van de installatie. Uit de analyse ontstaat een installatie-specifiek maatregelenpakket, waarmee de installatie in meer of mindere mate flexibeler kan opereren.

4

www.highview-power.com


15 / 50

3

OPERATIONELE INZET-STRATEGIEËN VAN FLEXIBEL VERMOGEN

Door de industriële WKK te flexibiliseren ontstaan verschillende operationele inzet-strategieën voor deze installaties. Afhankelijk van de uiteindelijke systeemopzet, gewenste bedrijfsvoering en mogelijk financiële voordeel dat flexibiliteit oplevert (Hoofdstuk 5) kan een keuze gemaakt worden voor de inzet van de industriële WKK. In dit hoofdstuk zullen de belangrijkste inzetstrategieën kort toegelicht worden.

3.1

WKK baseload

De industriële WKKs zijn veelal geplaatst om in de basislast stoomvraag te produceren en daarbij elektriciteit op te wekken, waarbij het overschot aan elektriciteit aan het net wordt geleverd. Dit is jarenlang een economisch interessante manier geweest om stoom voor de productieprocessen te produceren, maar staat de laatste tijd onder druk door de lage spark spread. Daarnaast zien bedrijven de basislast aan stoomvraag afnemen door onder andere efficiëntieverbeteringen in productieprocessen en afnemende productie door de economische crisis. Hierdoor zijn bepaalde installaties enigszins over-gedimensioneerd geraakt. In dergelijke situaties kunnen bedrijven met een WKK onderzoeken of ze in de nabije omgeving stoom af kunnen zetten om zodoende de oude inzetstrategie te behouden.

3.2

WKK in deellast bedrijf

Ook kan er voor gekozen worden de WKK in deellast te bedrijven. Dit gaat ten koste van het elektrisch rendement maar kan variabel een voordeel opleveren. Om het tekort aan stoom te compenseren kan een aparte stoomketel geplaatst worden. Indien bijstookbranders geplaatst zijn, kan er ook voor gekozen worden om het vermogen van de gasturbine op een bepaald niveau te houden en (kortstondige) fluctuaties in de stoomvraag op te vangen met de bijstookbranders. Er zijn bij deellast bedrijf in hoofdzaak twee strategieën. Men gaat terug in deellast waarbij men de elektriciteitsproductie beperkt tot de vraag op het eigen terrein, of men gaat zo ver mogelijk terug als dat economisch optimaal is. Dat laatste kan betekenen om tijdelijk op minimumlast van de gasturbine te draaien. Bij het in deellast bedrijven van een gasturbine en/of bijstookbrander zijn de emissies, vooral CO, een aandachtspunt. Ook moet gelet worden op het elektrisch rendement, bij een te laag elektrisch rendement (<30%) zal de vrijstelling van energiebelasting op het aardgasverbruik van de WKK komen te vervallen.

3.3

WKK in dag/nacht cycli – start/stop cycli

Een derde mogelijkheid is om op momenten dat de elektriciteitsprijs laag is, en hierdoor de sparkspread laag, de gasturbine uit bedrijf te nemen. Historisch gezien zijn dit de nachtelijke uren en in het weekend, maar door meer duurzame productie kunnen deze momenten in de tijd verschuiven. Dit kan overigens alleen indien er op een alternatieve wijze stoom geproduceerd kan worden, zoals koudluchtbedrijf van de afgassenketel. Op het moment dat de afgassenketel warm (gehouden) is kan de gasturbine relatief snel bijkomen. Wel dient rekening gehouden te worden met minimale stilstand van de gasturbine. Bij heavy duty machines wordt geadviseerd dit niet binnen 8 uur te doen, zie ook paragraaf 2.2. Tevens dient rekening gehouden te worden met de emissie-eisen bij koudluchtbedrijf.

16 / 50


3.4

WKK flex: Toekomstige pieken en dalen - Onbalans - WKK als noodvermogen

De WKK kan ook als flexibel regelvermogen ingezet worden. Hiervoor is wel een bypassstack noodzakelijk en koudluchtbedrijf gewenst. In deze opzet is de combinatie gasturbine met afgassenketel zeer flexibel, zeker als het gaat om een aeroderivative gasturbines (binnen 15 minuten). In een dergelijke systeemopzet zal het mogelijk zijn om flexibel vermogen in te zetten op de day-ahead en intraday markt of onbalans op de elektriciteitsmarkt op te vangen. Ook is het wellicht mogelijk de WKK bijvoorbeeld als (afregeld) noodvermogen aan te bieden. Praktisch gezien kan dit door op momenten van stoomproductie de gasturbine compleet af te schakelen en over te gaan op koudluchtbedrijf. Men dient op dit moment echter dit noodvermogen wel te kunnen garanderen. Dergelijke risico’s kan men met een ‘aggregator’ proberen in een pool van aanbieders te verlagen. Op momenten dat de gasturbine afgeschakeld staat kan men deze direct starten door de afgassen via de bypassstack af te voeren. De (koude) afgassenketel kan eerst opgewarmd worden door deze in koudluchtbedrijf op te starten en vervolgens overgezet worden op de afgassen van de gasturbine.

3.5

Ketelbedrijf: Overgaan op volledige levering met stoomketels

Om bovenstaande opties te vergelijken zal ook gekeken worden naar een situatie waarbij de stoom wordt geproduceerd met gasketels.


17 / 50

4

METHODIEK VOOR HET WAARDEREN VAN FLEXIBILITEIT IN DE MARKT

4.1

Gasturbine exploitatie model

Om de meerwaarde van flexibilisering te kunnen bepalen is het gasturbine-exploitatie-model van Energy Matters gebruikt. Met dit model is het mogelijk om de verschillende inzetstrategieen en marktscenario’s technisch en financieel door te rekenen voor stoominstallaties, zoals gasturbines/afgassenketelcombinaties, gasketels en elektrische stoomgeneratoren. Per inzetstrategie en marktscenario wordt op uurbasis berekend welke installatie op de productiesite economisch het voordeligst is om stoom te produceren. Afhankelijk van technische randvoorwaarden van de installatie, zoals bijvoorbeeld minimale stilstandtijd, wordt vervolgens beoordeeld of deze installatie ook daadwerkelijk kan worden ingezet. Op basis van de operationele inzet van de installaties volgen hieruit de jaarlijkse kosten voor een bepaalde gasturbine. Met behulp van economische parameters kan daarna een netto contante waarde berekening uitgevoerd worden om zo ook de effecten op lange termijn mee te nemen in de analyse, zoals bijvoorbeeld tussentijdse investeringen voor revisies. De resultaten kunnen vervolgens gebruikt worden om een uitspraak te doen over onder andere de meerwaarde van flexibilisering van een gasturbine ten opzichte van stoomketelbedrijf.

4.2

Systeemopzetten in Nederland en uitgangspunten analyse

Zoals ook al aangegeven in hoofdstuk 2 zijn er grote verschillen in grootte van industriële WKKs in Nederland. Voor drie verschillende systemen zal een technisch economische analyse gemaakt worden. Het gaat om de volgende typen: 1. Kleine WKK; (aeroderivative) GT tot ca 10 MWe (bijv. Allison 501-KB). 2. Middelgrote WKK; (aeroderivative) GT van 10-25 MWe (bijv. GE LM2500 of Siemens Trent 60) 3. Grote WKK; (landbased) GT van >25 MWe (bijv. GE Frame 6) Bij elk type wordt ervan uitgegaan dat de afgassenketel direct achter de gasturbine geplaatst is, de afgassenketel geen bijstookmogelijkheid heeft en nog niet op koudluchtbedrijf kan functioneren. Daarnaast wordt ervan uitgegaan dat er op grond van redundantie reeds een backup-ketel aanwezig is. Vanwege de huidige functie als backup-ketel heeft deze een relatief lage efficiëntie (85%, geen economiser). In het geval wordt overgegaan tot flexibele(re) operatie van WKK of volledig ketelbedrijf zal de back-up ketel geüpgraded worden ten behoeve van een hogere efficiëntie en het behalen van de emissienormen. In geval van flexibele operatie (inzetstrategie 4) wordt een bypassstack tussen de gasturbine en afgassenketel geplaatst, zodat elektriciteits- en stoomproductie worden ontkoppeld. Tevens wordt de afgassenketel voorzien van een bijstookbrander ter grootte van de benodigde stoomcapaciteit, verbrandingsluchttoevoerkanalen en ducting voor rookgasrecirculatie, t.b.v. emissienormen, zodat de afgassenketel ook op koudluchtbedrijf kan functioneren. In geval dat wordt overgaan op volledig gasketelbedrijf (inzetstrategie 5) zal de afgassenketel worden omgebouwd tot koudluchtbedrijf. Een bypassstack komt in deze strategie te vervallen. Voor bovenstaande aanpassingen worden er investeringskosten meegenomen, daarnaast worden kosten in rekening gebracht voor het flexibel opereren van de WKK (cycling kosten) en

18 / 50


wordt flexibiliteit gewaardeerd op de markt (“bonus” op geproduceerde elektriciteit van €5/MWh bij WKK flex optie en €2,5/MWh bij WKK in dag/nacht bedrijf). Ook wordt onderscheid gemaakt tussen de regelbaarheid van de verschillende typen industriële WKKs. In alle analyses wordt ervan uitgegaan dat de (stabiele) stoomproductie van de “huidige” baseload WKK maatgevend is voor de benodigde stoomproductie in de verschillende inzetstrategieën. De geproduceerde elektriciteit van de WKK wordt in alle gevallen op het net gezet. Netlevering is in de regel minder gunstig dan het zelf benutten van de geproduceerde elektriciteit, doordat variabele transportkosten en energiebelasting op elektriciteit niet worden meegenomen in de berekening. Deze methode is daardoor gunstig voor de ketelbedrijf optie. Daar staat echter tegenover dat grote elektriciteitsafnemers relatief weinig belasting betalen en sinds medio 2014 in aanmerking komen voor een volume korting op de kosten voor aansluitcapaciteit van elektriciteit. Bij stabiele afname kan deze korting oplopen tot 90%. Deze korting is over het algemeen flink hoger bij ketelbedrijf dan bij WKK-bedrijf.

4.3

Verrekening kosten van CO2 rechten

Industriële locaties met een warmtekrachtcentrale vallen vrijwel altijd onder het Europese CO2 emissiehandelssysteem (ETS). De totale kosten van CO2 rechten voor een locatie (inrichting) worden bepaald door de allocatie methodiek die per bedrijf en per sector kan verschillen. Het wel of niet draaien met een WKC bepaalt niet de hoeveelheid rechten die een inrichting krijgt toebedeeld. Daarom wordt in dit onderzoek uitgegaan van het principe van ‘oppertunity cost’ waarbij verondersteld wordt dat voor de gehele CO2 emissie de kosten van certificaten in rekening worden gebracht. Immers, indien de WKC niet zou draaien zou men deze rechten kunnen verkopen, zelfs als men deze vrij verkregen heeft. Hetzelfde geldt uiteraard voor het gasverbruik van een aardgasgestookte stoomketel in de referentiesituatie.

4.4

Marktscenarios

Voor de verschillende inzetstrategieën worden de kosten en baten van de verschillende type WKK’s op uurbasis berekend met een marktprijsscenario. In de analyse worden voor drie verschillende marktscenario’s de opties doorgerekend. Het gaat om de volgende drie marktscenario’s: 1. Business as usual (BAU) scenario: Dit scenario omschrijft de huidige markt, waarin gemiddeld genomen de marginale kosten van kolencentrales in de daluren en van gascentrales in de piekuren prijsbepalend zijn. Voor conventionele centrales is de huidige markt moeilijk doordat veel centrales slechts de marginale kosten terug verdienen. 2. SER EA 2020 scenario: In dit scenario worden de ambities uit het SER Energieakkoord voor 2020 voor het vermogen duurzame energie en uit bedrijf nemen van oude kolencentrales meegenomen. De effecten hiervan op de prijsvorming op de elektriciteitsmarkt worden middels het Energy Market Forecast-model meegenomen. Dit marktscenario zal ook voor conventionele centrales moeilijk zijn, doordat veel centrales ook in dit scenario op relatief veel momenten op marginale kosten draaien en het aantal draaiuren terugloopt. 3. Herstel elektramarkt scenario In dit scenario wordt uitgegaan van herstel van de elektramarkt, waarbij gascentrales prijsbepalend zijn bij een hogere CO2-prijs. Dit scenario beschrijft een gezonde energiemarkt, omdat deze elektriciteitsprijzen op een voldoende niveau zijn om conventio-


19 / 50

nele centrales rendabel te kunnen laten draaien, dat wil zeggen ook de kapitaalslasten worden terugverdiend. 4.4.1 Toelichting marktscenario’s In deze paragraaf worden de scenario’s nader toegelicht. 1. Business as usual (BAU) scenario: In dit scenario wordt uitgegaan van een prijsniveau van 2014, met andere woorden de APX-prijzen 2014 op uurbasis, TTF-prijzen 2014 en het CO2-prijsniveau van 2014. 2. SER EA 2020 scenario: In dit scenario wordt gebruik gemaakt van het Energy Market Forecast model (EMF) van Energy Matters. Met het EMF model kunnen de effecten van bijvoorbeeld het SER energieakkoord op de toekomstige elektriciteitsmarkt inzichtelijk gemaakt worden. Middels historische verbruiksdata van TenneT, klimaatdata van het KNMI, vermogensinschatting voor de verschillende productie-eenheden (bijvoorbeeld van het SER energieakkoord) en specifieke eigenschappen van de productie-eenheden wordt op uurbasis beoordeeld welk vermogen ingezet zal worden (merit order). Op basis van deze merit order ontstaat een prijscurve op uurbasis voor elektriciteit. (zie voor een verdere toelichting van het EMF model Appendix I). In deze analyse wordt gebruik gemaakt van de ambities uit het SER Energieakkoord voor 2020 voor het vermogen duurzame energie. Voor de gasprijs wordt uitgegaan van een gelijkwaardig niveau als voor 2014. De CO2-prijs zal enigszins stijgen tot €10/ton. Om de zichttermijn beperkt te houden is uitgegaan van 2020. Uiteraard zal de verdere doorgroei van hernieuwbare elektriciteit na 2020, zoals ook in het SER EA afgesproken, een verdere behoefte aan flexibel vermogen betekenen. 3. Herstel elektramarkt scenario In dit scenario wordt uitgegaan van herstel van de elektramarkt, waarbij gascentrales prijsbepalend zijn bij een hogere CO2-prijs. Voor de elektriciteit wordt uitgegaan van prijzen op de APX van 2008 en voor gas een vaste prijs van € 28/MWh. De gemiddelde prijzen voor gas en elektriciteit in de drie scenario’s zijn in onderstaande tabel weergegeven. Marktscenarios

1 BAU (2014 levels) 2 SER EA 2020 3 Herstel elektramarkt

Gemiddelde gasprijs (€/MWh) € 20,41 € 20,41 € 28,00

Gemiddelde elektraprijs (€/MWh) € 41,18 € 43,08 € 70,09

Gemiddelde CO2prijs (€/ton) € 7,00 € 10,00 € 20,00

Tabel 1 - Vergelijking van de gemiddelde prijzen van de verschillende marktscenario's

De volatiliteit van de elektriciteit verschillen bij de drie marktscenario’s. In onderstaande figuur is de volatiliteit van de verschillende marktscenario’s uitgezet voor een bepaalde periode. De volatiliteit voor het scenario waarin de elektramarkt herstelt is het grootst. Ook in het SER EA scenario neemt de volatiliteit van de elektriciteitsprijzen toe ten opzichte van het BAU scenario. Deze volatiliteit heeft direct impact op de marginale stoomkosten van de WKK. In het geval van flexibele WKK wordt met de inzetstrategie getracht om binnen de technische mogelijkheden van de installatie de momenten met een hoge marktprijs zo veel mogelijk te benutten.

20 / 50


Figuur 5 - Volatiliteit van de elektriciteitsprijzen in de verschillende marktscenario's, weergegeven voor een willekeurige periode van ruim een maand


21 / 50

5

RESULTATEN WAARDEREN VAN FLEXIBILITEIT IN DE MARKT

5.1

Resultaten voor type kleine WKK (aeroderivative) tot ca. 10 MWe (bv. Allison 501-KB)

5.1.1 Uitgangspunten en benodigde aanpassingskosten voor de kleine WKK In onderstaande tabellen staan de technische en financiële uitgangspunten voor het type kleine WKK. De elektrische efficiëntie in vollast ligt al tegen dicht tegen de 30% aan, maar deze installaties kenmerken zich door de flexibiliteit die ze kunnen bieden, zowel het regelgedrag als de opstartsnelheid zijn gunstig. Door de kleinere systeemopzet zijn de investeringen relatief hoog, zie Tabel 2. Om de back-up ketel om te bouwen, zodat deze aan de emissie-eisen voldoet en de efficiëntie te verhogen, zijn de kosten een kleine 0,5 M€. Aanpassingen aan de HRSG naar koud lucht bedrijf (FAM) kosten een kleine 3 ton. Het toevoegen van een bypassstack tussen de GT en een HRSG voor een dergelijke installatie komt neer op circa 1,5 ton, er vanuit gaande dat dit qua ruimte mogelijk is en geen aparte aanpassing aan gebouwen kost. Om de WKK volledige flexibiliteit te geven dient zodoende een kleine 1 M€ geïnvesteerd te worden. Daarnaast is uitgegaan van de kosten voor een major overhaul aan het begin van de berekeningsperiode (1 M€) en na iedere 60.000 draaiuren. Ook de kosten om van baseload WKK bedrijf naar ketelbedrijf te gaan zijn nog aanzienlijk met een kleine 7 ton. WKK Deellast Elektrisch vermogen Elektrische efficientie Thermische efficientie Thermisch vermogen O&M kosten WKK Overhaul nodig na Overhaul kosten Investeringskosten GT Cycle kosten WKK Max uren niet economisch Min uptime Min downtime

% MWe % % MWth €/MWh el Draaiuren % van investering €/kWe €/MWe uren uren uren

100% 6 31,5% 42,5% 8,1 8 60.000 25% € 650 € 30 1 1 1

80% 4,8 30% 45% 7,2 10

HRSG (aanpassing naar FAM) Thermische efficientie Aanpassingskosten

% €/kWth

88% € 35

Auxiliary Boiler Thermisch vermogen Thermische efficientie Kosten upgrade efficientie O&M kosten ketel Investeringkosten ketel

MWth % €/kWth % van invest / jaar €/kWth

8,1 94% € 50 2% € 50

Tabel 2 - Uitgangspunten voor het type kleine WKK.

22 / 50


Optie 1 (WKK baseload)

Optie 2 (WKK in deellast)

Optie 3 (WKK in dag/nacht bedrijf)

Optie 4 (WKK flex)

Optie 5 (ketelbedrijf)

€ 975.000 €0 €0 € 975.000

€ 975.000 € 405.000 €0 € 1.380.000

€ 975.000 € 405.000 €0 € 1.380.000

€ 975.000 € 405.000 € 425.000 € 1.805.000

€0 € 405.000 € 285.000 € 690.000

Investeringskosten Major overhaul GT Aanpassingen Aux boiler Aanpassingen HRSG to FAM Totale investeringskosten

€ € € €

Tabel 3 - Investeringskosten om voor het type kleine WKK de gewenste inzetstrategie mogelijk te maken.

5.1.2 Operationele resultaten voor kleine WKK In Figuur 6 staan de vollasturen uitgezet voor de verschillende strategieën in de drie marktscenario’s. In het BAU scenario heeft optie 1 (WKK baseload) 8760 vollastuur per jaar. Voor optie 2 (WKK in deellast) ligt dit op ca. 8.000 vollastuur/jaar, mede door de matige deellastprestaties van dergelijke installaties. Voor optie 3 ligt het aantal vollastuur op ruim 3.000 uur per jaar. Een kleine flexibele industriële WKK zou in de huidige markt (BAU-scenario) circa 4.500 draaiuren per jaar maken. Dit houdt in dat een must run WKK, volgens deze analyse, ruim 4.000 uren per jaar niet economisch rendabel kan draaien. Uit Figuur 7 valt vervolgens op te maken dat een kleine flexibele WKK in dit marktscenario een kleine 500 start/stops zou maken. In optie 5, ketelbedrijf, is de WKK uit bedrijf en maakt deze zodoende geen draaiuren. Voor opties 1, 3 en 5 liggen door de gekozen inzetstrategie het aantal vollasturen vast onafhankelijk van het marktscenario. Maar ook voor optie 2 en 4 blijven het aantal vollasturen nagenoeg gelijk in het SER EA scenario in vergelijking met het BAU scenario. Voor optie 4 nemen het aantal start/stops echter behoorlijk af naar ruim 300. Hieruit kan geconcludeerd worden dat een flexibele WKK in bepaalde periodes langer achter elkaar kan draaien en in andere periodes er juist weer langer uit ligt in vergelijking met huidige marktomstandigheden. Voor optie 2 neemt het deellastgedrag in de herstellende marktscenario af, gezien er meer vollasturen zijn. Voor optie 4 neemt in dit scenario het aantal vollasturen zelfs flink toe van circa 4.500 uur per jaar naar ruim 6.500 vollasturen per jaar. Er zijn in dit marktscenario dus meer gunstige uren voor WKK. Het aantal start/stops van een flexibele WKK neemt toe tot ruim 350 in vergelijking met het SER EA scenario.

Figuur 6 - Aantal vollasturen van de WKK voor de verschillende inzet strategieën bij verschillende marktscenario’s voor het type kleine WKK.


23 / 50

Figuur 7 - Aantal start/stops van de WKK bij verschillende marktscenario’s in het geval het type kleine WKK flexibel wordt ingezet (optie 4).

5.1.3 Jaarlijkse operationele kosten van kleine WKK In Figuur 8 zijn de jaarlijkse operationele kosten voor de verschillende inzet-strategieën in de drie marktscenario's van het type kleine WKK weergegeven. In Figuur 9 is vervolgens de jaarlijkse besparing ten opzichte van optie 5, ketelbedrijf, uitgezet.

Figuur 8 - Jaarlijkse operationele kosten van het type kleine WKK voor de verschillende inzet-strategieën in de drie marktscenario's.

24 / 50


Figuur 9 - Jaarlijkse besparing van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor het type kleine WKK.

Bij de huidige marktomstandigheden (BAU scenario) zijn de jaarlijkse kosten voor alle opties nagenoeg gelijk op zo’n 2 M€/jaar, hoewel flexibel inzetten van de WKK wel tot circa 10% kosten kan besparen ten opzichte van baseload WKK en ketelbedrijf. Een inzetstrategie op basis van dag/nacht, in weekend ook uit, zou ook circa 5% besparen. In een scenario met meer impact van duurzame energie (SER EA scenario), neemt, zoals al eerder omschreven in deze studie, de volatiliteit van de elektriciteitsprijzen toe. Dit is ook terug te zien in de jaarlijkse kosten. Voor optie 1, 2 en 5 blijven de jaarlijkse kosten nagenoeg gelijk (1,8-2 M€/jaar), doordat deze opties hier niet op in (kunnen) spelen, maar voor opties 3 en 4 nemen de kosten aanzienlijk af. Hoewel in optie 3 een vast draaipatroon is vastgelegd, nemen de kosten af. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de WKK in dit geval op de ‘juiste’ uren aan en uit staat, dus dat de marginale stoomkosten van WKK vooral in de nacht en weekenduren relatief hoog liggen. De jaarlijkse kosten van ruim 1,9 M€/jaar zakken naar iets minder dan 1,7 M€/jaar en het verschil met baseload WKK bedrijf is daarmee ongeveer 0,2 M€/jaar. Met de flexibele WKK kan in dit scenario ongeveer 20% bespaard worden ten opzichte van het baseload inzetten van de WKK en ruim 25% ten opzichte van ketelbedrijf. Dit terwijl het aantal vollasturen voor deze optie gelijk blijft en het aantal start/stops afneemt. Het SER EA 2020 scenario is dus gunstig voor kleine (flexibele) WKK. De kosten nemen af tot ongeveer 1,4 M€/jaar, een besparing van bijna 0,5 M€/jaar ten opzichte van baseload WKK bedrijf. De investering van 0,8 M€ (excl major overhaul) wordt met deze inzetstrategie binnen de twee jaar terugverdiend (voor scenario SER EA 2020). In een herstellende markt nemen de jaarlijkse kosten voor alle opties toe ten opzichte van het BAU-scenario, hoewel voor de flexibele WKK slechts zeer gering. Ook voor de andere WKK opties zijn de stijgingen beperkt met ongeveer 10% ten opzichte van het BAU-scenario. Met name in het geval wordt overgegaan op ketelbedrijf nemen de kosten ruim toe met maar 40%. In dit geval kan namelijk niet ingespeeld worden op de relatief hoge elektriciteitsprijzen en de goede sparkspread voor WKK. Doordat de kosten voor optie 1, 2 en 3 zeer dichtbij elkaar liggen kunnen de noodzakelijke investeringen voor optie 2 en 3 niet redelijkerwijs terugverdiend worden. De flexibele WKK heeft ook in dit scenario de laagste operationele kosten. De terugverdientijd van deze optie is ruim 2 jaar in het herstellende markt scenario.


25 / 50

5.1.4 Totale projectkosten voor een periode van 12 jaar voor type kleine WKK Om in de studie ook de effecten van de investeringskosten voor benodigde aanpassingskosten en de (tussentijdse) revisie kosten van de GT over een langere periode mee te nemen worden voor alle opties netto contante waarden (NCW) berekend over een periode van 12 jaar. De NCW-berekening geeft daarmee ruwweg de totale kosten voor operatie van een bepaalde inzetstrategie in een bepaalde marktscenario weer. De uitgangspunten van deze NCWberekening staan in onderstaande tabel. Uitgangspunten Netto contancte waarde Project periode Interne rentevoet Indexatie elektriciteitsprijs Indexatie aardgasprijs Indexatie CO2 prijs Indexatie O&M kosten

jaren per jaar per jaar per jaar per jaar per jaar

12 14% 2% 2% 2% 2%

Tabel 4 - Uitgangspunten bij het berekenen van de netto contante waarde.

In Figuur 10 is voor alle opties en marktscenario’s de netto contante waarde weergegeven. In Figuur 11 is vervolgens het verschil van de NCW met ketelbedrijf uitgezet.

Figuur 10 - Netto contante waarde van de verschillende opties voor de drie marktscenario's van de type kleine WKK.

26 / 50


Figuur 11 - Verschil van netto contante waarde van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor type kleine WKK.

In de huidige marktomstandigheden (BAU-scenario) lopen de netto contante waarden maar beperkt uiteen. Op het moment dat een bedrijf tegen een major overhaul aanloopt zijn de kosten voor het overschakelen op ketelbedrijf al snel terugverdiend in vergelijking met WKK baseload bedrijf. Zonder de major overhaul liggen de operationele kosten in het scenario BAU op nagenoeg hetzelfde niveau als de referentie (optie 5), zie figuur 9. Uit figuur 11 blijkt dat de herinvestering in een major overhaul alleen rendeert in het geval wordt overgegaan op volledig flexibel bedrijf. Daarnaast is het zo dat volledig ketelbedrijf in andere marktomstandigheden risico’s met zich meebrengt, zeker in vergelijking met flexibel en dag/nacht bedrijf van de WKK. Het verschil in de NCW van ketelbedrijf ten opzichte van WKK bedrijf kan dan oplopen tot wel 7 M€. 5.1.5 Conclusies voor type kleine WKK De kleinere industriële gasturbines zijn zeer geschikt om flexibel in te zetten, gesteld dat de vereiste maatregelen technisch inpasbaar zijn. Echter de economische resultaten tonen aan dat het bij de huidige marktomstandigheden een investering in flexibiliseren nog niet interessant is. Indien echter wordt uitgegaan van het marktscenario SER EA, met de geplande opwekking van hernieuwbare elektriciteit in 2020, dan volgt uit het verwachte gedeeltelijke marktherstel en de behoefte aan flexibel vermogen een verbeterede business case voor flexibele WKK, terwijl WKK in base load onveranderd slecht scoort (optie 1). Een WKK in dag/nacht bedrijf (optie 3) of flexibel bedrijf (optie 4) resulteert in een financieel jaarlijks voordeel van € 280.000 tot € 520.000 en een voordeel in NCW van 1,3 tot 2,8 M€. Uiteraard zal na 2020 bij een verdere groei van hernieuwbaar vermogen het voordeel nog sterker worden. Bij een volledig herstel van de elektriciteitsmarkt naar een situatie als in 2008 worden de verschillen in alle opties met WKK (1 t/m 4) groot ten opzichte van de ketelreferentie (optie 5).


27 / 50

5.2

Resultaten voor type middelgrote WKK (aeroderivative) GT van 10-25 MWe (bv. GE LM2500 of Siemens Trent 60)

5.2.1 Uitgangspunten en benodigde aanpassingskosten voor de middelgrote WKK. In onderstaande tabellen staan de technische en financiële uitgangspunten voor het type middelgrote WKK. De elektrische efficiëntie in vollast ligt op 33,5% en de gasturbine kan tot ca. 50% belasting worden teruggeregeld met behoud van een minimum elektrisch rendement van 30%. Omdat in dit geval sprake is van een aeroderivative kenmerkt deze installatie zich door de flexibiliteit die ze biedt, zowel qua regelgedrag als qua opstartsnelheid. Er is uitgegaan van een bestaande back-up ketel. Om de back-up ketel om te bouwen, zodat deze aan de emissie-eisen voldoet en de thermische efficiëntie te verhogen, zijn de kosten ruim 0,8 M€. Het aanpassen van de HRSG aan koud lucht bedrijf (FAM) met inbegrip van een by-pass stack kost ruim 1 M€. Hiermee zijn de kosten om van baseload WKK bedrijf naar volledig flexibel bedrijf te gaan 1,8 M€. Daarnaast is uitgegaan van de kosten voor een major overhaul aan het begin van de berekeningsperiode (3 M€) en na iedere 60.000 draaiuren. WKK Deellast Electrical power Electrical efficiency Thermal efficiency Themal output Operational costs Overhaul neccessary after Overhaul costs Investment costs GT Cycle costs Max hours non-economic Min uptime Min downtime

% MWe % % ton/h €/MWh el Operational hours % of investment €/kWe €/MWe hour hours hours

100% 22 33,5% 41,5% 36,9 7 60.000 25% € 550 € 75 1 2 2

50% 11 30% 45% 22,4 14

HRSG Thermal output Thermische efficientie Aanpassingskosten FAM

ton/h % €/kWth

36,9 88% € 25


ton/h % €/kWth % van invest / jaar €/kWth

36,9 94% € 30 2% € 50

Tabel 5 - Uitgangspunten voor het type middelgrote WKK. Optie 1 (WKK baseload)



Optie 4 (WKK flex)


€ 3.025.000 €0 €0 € 3.025.000

€ 3.025.000 € 818.000 €0 € 3.843.000

€ 3.025.000 € 818.000 €0 € 3.843.000

€ 3.025.000 € 818.000 € 1.025.000 € 4.868.000

€0 € 818.000 € 685.000 € 1.503.000


€ € € €

Tabel 6 - Investeringskosten om voor het type middelgrote WKK de gewenste inzetstrategie mogelijk te maken.

28 / 50


5.2.2 Operationele resultaten voor het type middelgrote WKK In Figuur 12 staan de vollasturen uitgezet voor de verschillende inzetstrategieën in de drie marktscenario’s. In het BAU scenario heeft optie 1 (WKK baseload) 8760 vollastuur per jaar. Voor optie 2 (WKK in deellast) ligt dit op ca. 6.000 vollastuur/jaar. Voor optie 3 ligt het aantal vollastuur op ruim 3.000 uur per jaar. Een middelgrote flexibele industriële WKK zou in de huidige markt (BAU-scenario) circa 4.000 draaiuren per jaar maken. Dit houdt in dat een must run WKK, in deze analyse, ruim 4.500 uren per jaar niet economisch rendabel kan draaien. Uit Figuur 13 valt vervolgens op te maken dat een middelgrote flexibele WKK in dit marktscenario een kleine 500 start/stops zou maken. In optie 5 is de WKK uit bedrijf en maakt deze geen draaiuren. Voor opties 1, 3 en 5 liggen door de gekozen strategie het aantal vollasturen vast onafhankelijk van het marktscenario. Maar ook voor optie 2 en 4 blijven het aantal vollasturen nagenoeg gelijk in het SER EA scenario in vergelijking met het BAU scenario. Voor optie 4 nemen het aantal start/stops echter behoorlijk af naar ruim 300. Hieruit kan geconcludeerd worden dat een flexibele WKK in bepaalde periodes langer achter elkaar kan draaien en in andere periodes er juist weer langer uit ligt in vergelijking met huidige marktomstandigheden. Voor optie 2 neemt het deellastgedrag in de herstellende marktscenario af, gezien er meer vollasturen zijn. Voor optie 4 neemt in dit scenario het aantal vollasturen zelfs flink toe van circa 4.000 uur per jaar naar ruim 6.500 vollasturen per jaar. Het aantal start/stops neemt toe in vergelijking met het SER EA scenario tot ruim 350.

Figuur 12 - Aantal vollasturen van de WKK voor de verschillende inzet strategieën bij verschillende marktscenario’s voor het type middelgrote WKK.


29 / 50

Figuur 13 - Aantal start/stops van de WKK bij verschillende marktscenario’s in het geval het type middelgrote WKK flexibel wordt ingezet.

5.2.3 Jaarlijkse operationele kosten voor type middelgrote WKK In Figuur 14 zijn de jaarlijkse operationele kosten voor de verschillende inzet-strategieën in de drie marktscenario's van het type middelgrote WKK weergegeven. In Figuur 15 is vervolgens de jaarlijkse besparing ten opzichte van optie 5, ketelbedrijf, uitgezet.

Figuur 14 - Jaarlijkse operationele kosten van de verschillende inzet strategieën in de drie marktscenario's voor het type middelgrote WKK.

30 / 50


Figuur 15 - Procentuele besparing op de jaarlijkse operationele kosten van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor het type middelgrote WKK.

Bij de huidige marktomstandigheden (BAU scenario) zijn de jaarlijkse kosten voor alle opties nagenoeg gelijk op zo’n 6 M€/jaar. Ook het flexibel inzetten van de WKK leidt nauwelijks tot een kostenbesparing ten opzichte van baseload WKK en ketelbedrijf. Bij een kleinere WKK is dit wel het geval en het verschil wordt vooral veroorzaakt door de hogere ‘cycle cost’ van een middelgrote WKK. In een scenario met meer impact van duurzame energie (SER EA scenario), neemt de volatiliteit van de elektriciteitsprijzen toe. Dit is ook terug te zien in de jaarlijkse kosten. Voor optie 1 (baseload WKK) en 5 (ketelbedrijf) blijven de jaarlijkse kosten nagenoeg gelijk (6 M€/jaar), doordat deze opties hier niet op in (kunnen) spelen, maar voor opties 2, 3 en 4 nemen de kosten aanzienlijk af. Hoewel in optie 3 een vast draaipatroon is vastgelegd, nemen de kosten af. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de WKK in dit geval op de ‘juiste’ uren aan en uit staat, dus dat de marginale stoomkosten van WKK vooral in de nacht en weekenduren relatief hoog liggen. De jaarlijkse kosten zakken van ruim 6,0 M€/jaar naar iets meer dan 5,5 M€/jaar en het verschil met baseload WKK bedrijf is daarmee ongeveer 0,5 M€/jaar. Met de flexibele WKK kan in het SER EA scenario ca. 24% bespaard worden ten opzichte van het baseload inzetten van de WKK en ruim 27% ten opzichte van ketelbedrijf. Dit terwijl het aantal vollasturen voor deze optie gelijk blijft en het aantal start/stops afneemt. Gemiddeld is het SER EA scenario dus gunstig voor middelgrote (flexibele) WKK. De kosten nemen af tot ongeveer 4,6 M€/jaar, een besparing van bijna 1,4 M€/jaar ten opzichte van baseload WKK bedrijf. De investering van 1,8 M€ (excl major overhaul) wordt voor deze inzetstrategie ruim binnen de twee jaar terugverdiend (scenario SER EA 2020). In een herstellende markt nemen de jaarlijkse kosten voor de WKK optie 1 t/m 4 licht toe, en voor optie 5 (ketelbedrijf) nemen de kosten sterk toe. Optie 4 is ten opzichte van baseload WKK, optie 1, 0,9 M€ lager in kosten. Ten opzichte van de ketelreferentie, optie 5, wordt het verschil zelfs 3,3 M€. De investering in flexibiliseren laat zich dan goed terugverdienen (TVT ca. 2 jaar excl. major overhaul).


31 / 50

5.2.4 Totale projectkosten voor een periode van 12 jaar voor type middelgrote WKK Met de zelfde uitgangspunten als voor de kleine WKK zijn voor de middelgrote WKK de netto contante waarde berekend voor de verschillende inzetstrategieën. In figuur 16 zijn de resultaten weergegeven .

Figuur 16 - Netto contante waarde van de verschillende inzet strategieën voor de drie marktscenario's voor het type middelgrote WKK.

Figuur 17 - Verschil van netto contante waarde van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor type middelgrote WKK.

32 / 50


Het is duidelijk dat in de huidige marktomstandigheden (BAU-scenario) de NCW van de ketelreferentie, optie 5, de gunstigste NCW waarde geeft. In deze berekening is de major overhaul en tussentijdse revisies meegenomen. Geconcludeerd kan worden dat op het moment dat een bedrijf tegen een major overhaul aanloopt, de kosten voor het overschakelen op ketelbedrijf al snel zijn terugverdiend. Zonder de major overhaul liggen de kosten in het scenario BAU op nagenoeg hetzelfde niveau als de referentie (optie 5), zie figuur 14. Wel is het zo dat volledig ketelbedrijf in andere marktomstandigheden risico’s met zich meebrengt, zeker in vergelijking met flexibel en dag/nacht bedrijf van de WKK. Het verschil in de NCW van ketelbedrijf ten opzichte van WKK bedrijf kan dan oplopen tot wel 20 M€. 5.2.5 Conclusies voor type middelgrote WKK De middelgrote industriële gasturbines zijn zeer geschikt om flexibel in te zetten, gesteld dat de vereiste maatregelen technisch inpasbaar zijn. Echter de economische resultaten tonen aan dat het bij de huidige marktomstandigheden een investering in flexibiliseren nog niet interessant is. Indien echter wordt uitgegaan van het marktscenario SER EA, met de geplande opwekking van hernieuwbare elektriciteit in 2020, dan volgt uit het verwachte gedeeltelijke marktherstel en de behoefte aan flexibel vermogen een verbeterede business case voor flexibele WKK, terwijl WKK in base load onveranderd slecht scoort (optie 1). Een WKK in dag/nacht bedrijf (optie 3) of flexibel bedrijf (optie 4) resulteert in een financieel jaarlijks voordeel van 0,8 M€ tot € 1,7 M€ en een voordeel in NCW van 3,5 tot 9 M€ ten opzichte van ketelbedrijf. Uiteraard zal na 2020 bij een verdere groei van hernieuwbaar vermogen het voordeel nog sterker worden. Bij een volledig herstel van de elektriciteitsmarkt naar een situatie als in 2008 worden de verschillen in alle opties met WKK (1 t/m 4) groot ten opzichte van de ketelreferentie (optie 5) oplopend tot 2 tot 3,3 M€ op jaarbasis.


33 / 50

5.3

Resultaten voor type grote WKK; (landbased) GT > 25 MWe (bv. GE Frame 6)

5.3.1 Uitgangspunten en benodigde aanpassingskosten voor de grote WKK In onderstaande tabellen staan de technische en financiële uitgangspunten voor het type grote WKK. De elektrische efficiëntie in vollast ligt op 32,5% en de gasturbine kan tot ca. 60% belasting worden teruggeregeld met behoud van een minimum elektrisch rendement van 30%. In dit geval sprake is van een ‘heavy duty’ of landbased gasturbine met beperkte flexibiliteit qua regelgedrag en opstartsnelheid. Ook de kosten die aan start/stops verbonden zijn (cycle cost) liggen hoog. In tabel 8 zijn de benodigde investeringen per optie weergegeven. Er is uitgegaan van een bestaande back-up ketel. Om de back-up ketel om te bouwen, zodat deze aan de emissie-eisen voldoet en om de efficiëntie te verhogen, zijn de kosten ruim 1,4 M€. Het aanpassen van de HRSG aan koud lucht bedrijf (FAM) met inbegrip van een bypass stack kost ruim 1,7 M€. Hiermee zijn ook de kosten om van baseload WKK bedrijf naar volledig flexibel bedrijf te gaan 3,0 M€. Daarnaast is uitgegaan van de kosten voor een major overhaul aan het begin van de berekeningsperiode (5,3 M€) en na iedere 60.000 draaiuren in de netto contante waarde berekening. WKK Deellast Electrical power Electrical efficiency Thermal efficiency Themal output Operational costs Overhaul neccessary after Overhaul costs Investment costs GT Cycle costs Max hours non-economic Min uptime Min downtime

% MWe % % ton/h €/MWh el Operational hours % of investment €/kWe €/MWe hour hours hours

100% 60% 42 25,2 32,5% 30% 42,5% 45% 74,4 51,2 5,5 9,166667 60.000 25% € 500 € 100 1 4 8

HRSG Thermal output Thermische efficientie Aanpassingskosten FAM

ton/h % €/kWth

74,4 88% € 20


ton/h % €/kWth % van invest / jaar €/kWth

74,4 94% € 25 2% € 45

Tabel 7 - Uitgangspunten voor het type grote WKK. Optie 1 (WKK baseload)



Optie 4 (WKK flex)


€ 5.250.000 €0 €0 € 5.250.000

€ 5.250.000 € 1.374.000 €0 € 6.624.000

€ 5.250.000 € 1.374.000 €0 € 6.624.000

€ 5.250.000 € 1.374.000 € 1.650.000 € 8.274.000

€0 € 1.374.000 € 1.100.000 € 2.474.000


€ € € €

Tabel 8 - Investeringskosten om voor het type grote WKK de gewenste inzetstrategie mogelijk te maken.

34 / 50


5.3.2 Operationele resultaten voor het type grote WKK In Figuur 18 staan de vollasturen uitgezet voor de verschillende strategieën in de drie marktscenario’s. Het beeld is voor de opties 1, 2 en 3 vrijwel het zelfde als voor de middelgrote WKK. De draaiuren voor de flexibele WKK, optie 4, liggen met een kleine 3.000 uur per jaar beduidend lager in vergelijking met kleine en middelgrote WKKs. Dit heeft te maken met de hogere cycle cost en de minimum up- en downtime waardoor er minder snel op en af geschakeld kan worden. Hierdoor kunnen minder draaiuren gemaakt worden.

Figuur 18 - Aantal vollasturen van de WKK voor de verschillende inzet strategieën bij verschillende marktscenario’s voor het type grote WKK.

Uit Figuur 19 valt vervolgens op te maken dat een grote flexibele WKK in het BAU scenario een kleine 300 start/stops zou maken. Dit is minder dan de kleine en middelgrote WKK die rond de 500 start/stops uitkomen. Voor opties 1, 3 en 5 liggen door de gekozen strategie het aantal vollasturen vast onafhankelijk van het marktscenario. Voor opties 2 en 4 nemen het aantal vollasturen toe met 300 resp. 800 uur per jaar in het SER EA scenario in vergelijking met het BAU scenario. Voor optie 4 nemen het aantal start/stops iets af naar ruim 270. Hieruit kan geconcludeerd worden dat een grote WKK qua start/stops beperkt blijft tot hoofdzakelijk een start/stop cyclus per werkdag. In het herstellende marktscenario neemt voor optie 2 het deellastgedrag af, gezien er meer vollasturen zijn. Voor optie 4 neemt in dit scenario het aantal vollasturen zelfs flink toe van circa 3.000 uur per jaar naar ruim 5.000 vollasturen per jaar. Het aantal start/stops neemt toe tot ruim 300, vergelijkbaar met het BAU scenario.


35 / 50

Figuur 19 - Aantal start/stops van de WKK bij verschillende marktscenario’s in het geval het type grote WKK flexibel wordt ingezet.

5.3.3 Jaarlijkse operationele kosten voor het type grote WKK In figuur 20 zijn de jaarlijkse operationele kosten voor de verschillende inzet-strategieën in de drie marktscenario's van het type middelgrote WKK weergegeven. In Figuur 21 is vervolgens de jaarlijkse besparing ten opzichte van optie 5, ketelbedrijf, uitgezet.

Figuur 20 - Jaarlijkse operationele kosten van de verschillende inzet strategieën in de drie marktscenario's voor het type grote WKK.

36 / 50


Figuur 21 - Jaarlijkse besparing op de jaarlijkse operationele kosten van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor het type grote WKK.

Bij de huidige marktomstandigheden (BAU scenario) zijn de jaarlijkse kosten voor alle opties nagenoeg gelijk op zo’n 12 M€/jaar. Ook het flexibel inzetten van de WKK leidt tot nauwelijks een kostenbesparing ten opzichte van baseload WKK en ketelbedrijf. Bij een kleinere WKK is dit wel het geval en het verschil wordt vooral veroorzaakt door de hogere ‘cycle cost’ van een middelgrote WKK. In een scenario met meer impact van duurzame energie (SER EA scenario), neemt de volatiliteit van de elektriciteitsprijzen toe. Dit is ook terug te zien in de jaarlijkse kosten. Voor optie 1 (baseload WKK) en 5 (ketelbedrijf) blijven de jaarlijkse kosten nagenoeg gelijk (12 M€/jaar), doordat deze opties hier niet op in (kunnen) spelen, maar voor opties 2, 3 en 4 nemen de kosten aanzienlijk af. Opvallend is dat de flexibele WKK, optie 4, het ruim beter doet dan WKK in dag/nacht bedrijf, optie 3. Het aantal start/stops scheelt nauwelijks maar kennelijk wordt door beter in te spelen op marktprijzen in optie 4 een aanmerkelijk beter resultaat gerealiseerd. Gedurende de ongeveer 500 vollasturen dat er door de WKK in optie 4 in het SER EA scenario meer gedraaid wordt, zie figuur 18, wordt er dus een zeer positieve marge gedraaid ten opzichte van optie 3. Het algemene beeld van de jaarlijkse operationele kosten tussen verschillende opties is vergelijkbaar met de middelgrote WKK. De beperktere flexibiliteit heeft geen doorslaggevend negatief beeld voor de grote WKK.


37 / 50

5.3.4 Totale projectkosten voor een periode van 12 jaar voor type grote WKK Met dezelfde uitgangspunten als voor de kleine WKK zijn de netto contante waarden voor het type grote WKK voor de verschillende inzetstrategieën berekend. In figuur 22 en figuur 23 zijn de resultaten weergegeven .

Figuur 22 - Netto contante waarde van de verschillende inzet strategieën voor de drie marktscenario's voor het type grote WKK.

Figuur 23 - Verschil van netto contante waarde van de WKK opties ten opzichte van ketelbedrijf voor type grote WKK.

38 / 50


Het is duidelijk dat in de huidige marktomstandigheden (BAU-scenario) de NCW van de ketelreferentie, optie 5, de gunstigste NCW waarde geeft. In deze berekening is de major overhaul meegenomen. Geconcludeerd kan worden dat op het moment dat een bedrijf tegen een major overhaul aanloopt, de kosten voor het overschakelen op ketelbedrijf al snel zijn terugverdiend. De NCW van optie 4 is in de scenario’s SER EA en Herstel E-markt beter dan van de ketelreferentie, optie 5, maar verhoudingsgewijs doet deze optie het minder goed als in het geval van de middelgrote WKK. De beperktere flexibiliteit leidt tot een iets minder positief resultaat. Figuur 23 maakt duidelijk zichtbaar dat volledig ketelbedrijf in andere marktomstandigheden dan het BAU scenario grote risico’s met zich meebrengt, zeker in vergelijking met flexibel en dag/nacht bedrijf van de WKK. Het verschil in de NCW van ketelbedrijf ten opzichte van WKK bedrijf kan dan oplopen tot wel 33 M€. 5.3.5 Conclusies voor type grote WKK De grote industriële gasturbines zijn geschikt om flexibel in te zetten, zij het in beperkte mate en gesteld dat de vereiste maatregelen technisch inpasbaar zijn. Echter ook voor deze WKK tonen de economische resultaten aan dat het bij de huidige marktomstandigheden een investering in flexibiliseren nog niet interessant is. Indien echter wordt uitgegaan van het marktscenario SER EA, met de geplande opwekking van hernieuwbare elektriciteit in 2020, dan volgt uit het verwachte gedeeltelijke marktherstel en de behoefte aan flexibel vermogen een verbeterede business case voor flexibele WKK, terwijl WKK in base load onveranderd slecht scoort (optie 1). Een WKK in dag/nacht bedrijf (optie 3) of flexibel bedrijf (optie 4) resulteert in een financieel jaarlijks voordeel van 0,7 M€ tot € 2,1 M€ en een voordeel in NCW van 7,8 tot 16 M€ ten opzichte van optie 1. Uiteraard zal na 2020 bij een verdere groei van hernieuwbaar vermogen het voordeel nog sterker worden. Bij een volledig herstel van de elektriciteitsmarkt naar een situatie als in 2008 worden de verschillen in alle opties met WKK (1 t/m 4) groot ten opzichte van de ketelreferentie (optie 5) oplopend van 3,7 tot 5,5 M€ op jaarbasis.

5.4

Investeringen in nieuwe flexibele WKK

Aangezien het flexibiliseren van bestaande WKK tot een betere business case leidt kan de vraag gesteld worden of nieuwbouw van een flexibele WKK leidt tot een economische haalbare business case in de verschillende scenario’s. In figuur 24 zijn resultaten weergegeven voor een type grote WKK (investering: ca. 30 M€). Duidelijk is dat in het geval van BAU, de huidige situatie, investeren in WKK zeer onrendabel is. De NCW ligt veel lager dan de ketelreferentie (optie 5). Ook onder het scenario SER EA is de situatie van nieuwbouw nog veel minder aantrekkelijk dan de ketelreferentie, zelfs voor de flexibele WKK. Alleen in de situatie van volledig herstel van de elektriciteitsmarkt naar de situatie zoals in 2008, leidt tot een NCW die voor de verschillende WKK opties op het niveau van de ketelreferentie ligt. De flexibele WKK is in die situatie fractioneel beter dan de ketelreferentie, maar het verschil blijft vrij klein.


39 / 50

Figuur 24 - Netto contante waarde van nieuwbouw van het type grote WKK (investeringskosten: 30 M€).

40 / 50


6

DE BELEIDSMATIGE POSITIE VAN INDUSTRIËLE WKK

Het is duidelijk dat de positie van WKK in de industrie door de huidige marktomstandigheden onder druk staat. De afgelopen jaren is inmiddels circa 1.000 MWe buiten bedrijf gesteld waarvan de helft is geamoveerd en de helft ‘in de mottenballen’ is gezet. Veel industriële operators hebben de komende jaren te maken met een investeringsbeslissing in een revisie dan wel het flexibiliseren van de installatie. De drempel daarvoor is hoog gegeven de zekerheid van de investering en de onzekerheid c.q. het gebrek aan vertrouwen in het herstel van de markt. Hiermee bestaat dus het risico dat er meer WKK verdwijnt met als gevolg een afnemende efficiency van de industrie en een toename van de CO2-emissie. Een bijkomend aspect is dat indien een WKK eenmaal is geamoveerd, nieuwbouw niet snel meer tot stand komt, zie ook de resultaten in paragraaf 5.4. Het zou operators enigszins vertrouwen bieden als de overheid meer belang uitspreekt in WKK en bijvoorbeeld het flexibiliseren van WKK ondersteund met een subsidie. CE-Delft heeft in haar rapport Toekomst van Warmte-Kracht Koppeling warmtevoorziening industrie en tuinbouw (2014) becijferd dat het totaal benodigde 75 tot 150 M€ zou bedragen. Andere maatregelen om de positie van WKK te verbeteren zijn onder andere het aanpassen van regelgeving die belemmerend werkt voor WKK. Met name het criterium in de Wet Belasting Milieugrondslag waarin een minimum elektrisch rendement van 30% geëist wordt om in aanmerking te komen voor vrijstelling van energiebelasting. Dit criterium werkt belemmerend voor (bestaande) WKK’s die in deellast bedreven zouden worden en dan net onder deze grens terecht komen, ondanks dat het totaal rendement nog altijd zeer hoog ligt (inclusief warmte). Ook kan gedacht worden aan een herziening van nettarieven, waarbij nagegaan wordt in hoeverre deze tarieven kunnen worden verlaagd bij het afnemen van elektriciteit tijdens een moment van overschot op de elektriciteitsmarkt. WKK’s die dan tijdelijk worden afgeschakeld en al voorzien zijn van een netverbinding, zouden deze verbinding kunnen gebruiken voor het tijdelijk afnemen van elektriciteit zonder extra investeringen. Op dit moment vormen de relatief hoge kosten voor beperkt gebruik van deze netverbinding voor inname van elektriciteit een hoge drempel voor het benutten van de flexibiliteit van WKK. Tenslotte hebben WKK’s een zeer beperkt voordeel van de CO2 emissiehandel (ETS). Bedrijven krijgen rechten gealloceerd op basis van productbenchmarks of historische verbruiken. Deze methodiek verschilt per sector. Gelijktijdige stoom- en elektriciteitsproductie met een WKK leidt voor een locatie tot meer CO2 uitstoot ten opzichte van stoomproductie met een stoomketel, op nationaal niveau leidt het echter tot een lagere CO2-uitstoot omdat de (inefficiëntere) elektriciteitscentrales minder hoeven worden ingezet. Het vervangen van stoomproductie van een industriële WKK door een stoomketel leidt daarmee tot slechts een ogenschijnlijk voordeel voor de locatie en is op nationaal niveau ongewenst. In de huidige systematiek zit geen extra voordeel voor elektriciteit of warmte die met WKK wordt opgewekt. Allocatie van extra rechten voor WKK of een andere berekening van benodigde rechten zou de positie van WKK verbeteren. Dit is een maatregel die alleen in Brussel kan worden bewerkstelligd en zeker niet voor 2020 denkbaar is.


41 / 50

7

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

7.1

Conclusies

In dit onderzoek zijn de technische mogelijkheden voor het flexibiliseren van industriële WKK’s onderzocht, alsmede de economische opbrengst die deze flexibilisering oplevert. Voor een industriële WKK is uitgegaan van een gasturbine/afgassenketel combinatie met netlevering van de geproduceerde elektriciteit. Met betrekking tot de technische mogelijkheden om een gasturbine flexibel in te zetten zijn er verschillen gevonden tussen luchtvaartafgeleide gasturbines, de zogenaamde aeroderivatives, en de ‘heavy duty’ of landbased gasturbines. Het blijkt dat aeroderivative gasturbines sneller kunnen starten dan landbased machines. Zo kan en aeroderivative opstarten in 5 tot 10 minuten, terwijl een landbased machine in 1 tot 1,5 uur kan opstarten. Ook de minimale vereiste stilstandtijd na een stop (minimum down time) en de minimale bedrijfstijd (minimum uptime) alsmede de extra kosten van een start/stop-cyclus mede bepalend zijn voor de inzetbaarheid van een WKK als flexibel vermogen. Het blijkt dat een aeroderivative in dit opzicht gunstiger eigenschappen heeft dan een landbased gasturbine. In de combinatie met een afgassenketel blijkt dat de afgassenketel (HRSG) een belangrijke factor is in de opstarttijd van een WKK. Vooral de voorwaarde van vijfvoudige ventilatie alvorens de gasturbine wordt ontstoken alsmede de maximaal toelaatbare temperatuurgradiënt voor dikwandige delen zijn hierin bepalend. De volgende maatregelen zijn geïdentificeerd om de flexibiliteit van een WKK te verbeteren:       

Versnellen van de ventilatieperiode (bijv. hoger toerental startmotor) of het overslaan van ventilatie door middels sensors aantoonbaar veilig te starten zonder ventilatie Spanningsmonitoring om daarmee dicht tegen de toelaatbare temperatuurgradiënt te starten Toepassen van een rookgasklep in de schoorsteen om de ketel bij stilstand warm te houden Toepassen van een bypass-stack om de traagheid van de ketel te omzeilen Bijstoken in combinatie met koudluchtbedrijf van de afgassenketel (evt. bijplaatsen van losse ketel) Stoominjectie voor (tijdelijk) extra vermogen uit de gasturbine Variabele inlaatleischoepen van de gasturbine-compressor (IGV’s) indien nog niet toegepast om het deellastrendement te verhogen

Het toepassen van bovenstaande maatregelen dient in nauw overleg met de leverancier van gasturbine en afgassenketel te gebeuren. Veel maatregelen hangen af van de toegepaste bouwwijze cq de beschikbare ruimte en bijkomende systemen. Lang niet altijd zullen de maatregelen standaard toepasbaar zijn. Het wordt sterk aanbevolen om met leveranciers een assessment op huidige installatie te doen om de grenzen van de installatie te bepalen.

42 / 50


Met betrekking tot de economische rentabiliteit van flexibiliseren kunnen de volgende conclusies getrokken worden: 

 

 

7.2

Onder de huidige marktomstandigheden (BAU scenario) presteert stoomproductie met bestaande WKK met netlevering marginaal beter dan met een stoomketel. Zodra moet worden overgegaan tot een (her)investering in een revisie (major overhaul) van de gasturbine verslechtert de rentabiliteit van WKK. Onder het scenario SER Energieakkoord verbetert de rentabiliteit van een WKK in base load beperkt, terwijl het investeren in flexibiliseren van een WKK in dit scenario een rendabele business case oplevert. Het overgaan tot ketelbedrijf in combinatie met het verwijderen van de WKK leidt tot grote risico’s op de energiekosten van een industriële locatie. Als de komende jaren de marktprijzen evolueren naar de scenario’s SEREA of Herstel van E-markt worden de kosten voor stoomopwekking met een ketel aanzienlijk hoger dan met een flexibele WKK Kleinere WKK’s en aeroderivatives zijn flexibeler dan landbased gasturbines. Dit levert extra voordeel op, maar ook een flexibel bedreven landbased gasturbine verbetert de rentabiliteit aanzienlijk. Het investeren in een nieuwe WKK komt pas in beeld bij een volledig herstel van elektriciteitsprijzen tot integrale kostprijzen van aardgasvermogen zoals in 2008 het geval was.

Aanbevelingen

Aanbevelingen voor exploitanten: 





De marge van WKK is (beperkt) beter dan van stoomketelbedrijf. Zolang het mogelijk is wordt daarom aanbevolen om met WKK door te draaien tot het moment van revisie; op deze wijze wordt de optie van WKK tevens open gehouden voor veranderende marktomstandigheden. Het wordt aanbevolen om de mogelijkheden voor het flexibiliseren van de installatie met de leveranciers van gasturbine en ketel nauwkeurig door te nemen. De investeringen, maar ook de consequenties voor onderhoudskosten en ‘cycle cost’ (extra onderhoudskosten voor start/stops e.d.) spelen daarbij een belangrijke rol. Bepaling van de meerwaarde van flexibilisering kan vervolgens met het in dit rapport genoemde EMFmodel in combinatie met het gasturbine-exploitatiemodel worden ingeschat. Afhankelijk van de situatie kan worden overgegaan tot revisie en flexibiliseren of het in de mottenballen zetten van een installatie. In het laatste geval wordt aanbevolen om een WKK te behouden en niet te amoveren omdat dit een groot (opportunity)risico met zich meebrengt voor prijsstijgingen van de elektriciteitsmarkt.

Aanbevelingen beleidsmakers:   

Om de investeringsdrempel van WKK-operators te verlagen en WKK als bron van schone en efficiënte energie te behouden wordt het aanbevolen om het flexibiliseren van bestaande WKK’s financieel te ondersteunen. Zorg voor tariefstructuur die flexibele inzet maximaal beloont. Denk hierbij ook aan combinaties met kortstondige elektrische verwarming (power to heat / P2H) Het wordt aanbevolen om een aanpassing van het ETS systeem (na 2020) te overwegen waarin het emissiereductie voordeel van WKK beter beloond wordt.


43 / 50

A

TOELICHTING OP HET ENERGY MARKET FORECAST MODEL VAN ENERGY MATTERS

Het Energy Matters Forecast (EMF) model berekent een merit order van de Nederlandse elektriciteitsmarkt op uurbasis. Import/export kan hierin worden meegenomen. Middels historische verbruiksdata van TenneT, klimaatdata van het KNMI, vermogensinschatting voor de verschillende productie-eenheden (bijvoorbeeld van het SER energieakkoord) en specifieke eigenschappen van de productie-eenheden wordt op uurbasis beoordeeld welk vermogen ingezet zal worden (merit order). Op basis van deze merit order ontstaat een prijscurve op uurbasis voor elektriciteit. Met het EMF model kunnen de effecten van bijvoorbeeld het SER energieakkoord op de toekomstige elektriciteitsmarkt inzichtelijk gemaakt kunnen worden. Belangrijk is dat in het EMF model ook de regelkaraktiristieken van elektriciteitsproductenten is opgenomen. Vooral voor kolencentrales levert dit beperkingen op die sterke invloed hebben op de inzet en draaiuren van kolencentrales en daarmee ook voor gasgestoojte eenhden zoals WKK. In het SER Energieakkoord is uitgegaan van een groei van wind vermogen op land tot 6000 MWe en op zee tot 4450 MWe in 2023. Verder wordt de toepassing van elektriciteit uit zon (PV) gestimuleerd. Op dit moment is al voor ca 1000 MWe aan PV panelen geïnstalleerd. Energy Matters verwacht dat dit vermogen tot 4000 á 5000 MWe is doorgegroeid in 2023. Deze vermogen hebben grote invloed op de Nederlandse elektriciteitsmarkt. Ter vergelijking, op het Tennet net, waarover ca 88% van alle elektriciteitsvervraag loopt, bedraagt de nachtvraag zo’n 9.000 MWe en de vraag op werkdagen zo’n 15.000 MWe. Het is dus in 2023 al mogelijk dat er momenten gaan ontstaan waarbij vrijwel alle vraag voorzien kan worden vanuit hernieuwbare productie en de mustrun productie. Op andere momenten kan er een productie van hernieuwbaar zijn die nihil is. Deze fluctuaties zullen de elektriciteitsprijzen sterk beïnvloeden. Als voorbeeld wordt hieronder voor week 1 (winter) en week 25 (zomer) in 2014, 2017 en 2023 de grafieken van de uurlijkse merit order weergegeven. De productie van hernieuwbaar is gebaseerd op het klimaatjaar 2012.

44 / 50


Bovenstaande grafiek laat zien dat in deze week, waarin een hoog aanbod van elektriciteit uit wind optreedt, dat alle fossiele centrales in de nacht uit de merit order worden gedrukt. Kolencentrales kunnen met hun beperkingen in regelgedrag niet meedraaien in de dagpiek waardoor nieuwe kansen ontstaan voor snel en flexibel gasvermogen.


45 / 50

46 / 50


In bovenstaande grafiek is het aanbod van hernieuwbare elektriciteit in de eerste 4 dagen van de week beperkt, maar neemt daarna sterk toe. Kolencentrales zullen in dit geval uit bedrijf gaan tot bijvoorbeeld de volgende maandag, terwijl flexibel gasvermogen het verschil tussen vraag en hernieuwbaar aanbod moeten dichten.

A.1 Regelbaarheid van centrales Vergelijking regelsnelheden - bron: de regelbaarheid van elektriciteitscentrales (TU Delft - april 2009) & bewerking Energy Matters Capaciteit Opstarttijd min up min down Regelsnelheid Min. belasting MW h h h MW/min %/min % Poederkool 500 - 700 6 24 12 17,5 2% 30% Conventionele gascentrale 630 5 6 6 15 2% 20% Conventionele gascentrale met voorgeschakelde gasturbine 350 5,5 4 4 15 4% 20% Kerncentrale 450 100 1000 1000 14 3% 80% Gasturbine 10 - 25 0,25 1 1 1,5 15% 50% Kolenvergasser met gasturbine 250 24 24 24 8 3% 20% STEG 120 - 350 2 4 4 7 4% 20% Industriele WKK 100 - 450 2 4 4 8 3% 50% WKK SV 24 - 250 2 4 4 4 3% 50% Gasmotoren 1-5 0,1 0,1 0,1 15 15% 20% Afvalverbrander 24 1000 1000 0 0% 80% Windturbine 5 0,25 0,1 0,1 Soort


47 / 50

B

GEVOERDE GESPREKKEN EN LITERATUURLIJST

B.1

Gesprekken

GE Energy – Jeroen van der Togt De Jong Combustion – Peter Verhagen NEM – Arie Meerkerk en Peter Rop Gowrings Continental – Joop Steenman en Pieter Kapteijn Ansaldo Thomassen – Franklin van den Hout

B.2

Literatuurlijst

Fast Cycling Capacity for New Plants and Upgrade Opportunities – Siemens AG – 2005 Operational Flexibility Enhancements of Combined Cycle Power Plants – Siemens AG – oktober 2008 De regelbaarheid van elektriciteitscentrales – TUDelft – april 2009 Heavy-Duty Gas Turbine Operating and Maintenance Considerations – GE Energy Fast cycling and rapid start-up: new generation of plants achieves impressive results – Siemens AG – januari 2011 Power Plant Cycling Costs – Intertek APTECH – april 2012 How to design, retrofit drum-type HRSGs to cycle, start faster – Combined Cycle Journal – juli 2013 Efficiency versus flexibility: Advances in gas turbine technology – Power Engineering International – april 2014 Toekomst van Warmte-Kracht Koppeling warmtevoorziening industrie en tuinbouw – CE Delft - 2014 Sparkspread omhoog in vier stappen – Vakblad voor de Bloemisterij 4 (2015)

48 / 50


FLEXIBILISERING INDUSTRIËLE WKK

Recommend Documents