05/05/2015
Haalbaarheid van een collectieve energie + CO2 voorziening voor glastuinbouwbedrijven Dries Vos, Mathias Coomans
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
2
1. Inleiding
» Onafhankelijke onderzoeksorganisatie » Energie, leefmilieu, aardobservatie en materialen (overheid + industrie) » Energietechnologie » MIP 2+3, Balmatt, Geskas, Smartkas, … » Milieu Risico & Gezondheid » Emissiemetingen en selectie van emissie reducerende technieken voor industrie en Vlaamse overheid
» Kenniscentrum Glastuinbouw » Aanspreekpunt glastuinbouwsector » WKK (wetgeving, energiemarkt) » Duurzaam Energiegebruik (klimaatregeling, energiebesparende maatregelen) » Economische analyses van investeringen » … » Kennis- en adviescentrum, Smartkas, GlasReg, VEA, …
05/05/2015 © 2014, VITO NV
3
1. Inleiding Opdracht » Technische en economische haalbaarheid onderzoeken van een collectieve stookplaats op basis van: » WKK + gasketels » WKK + thermische zonnecollectoren + gasketels » WKK + diepe geothermie + gasketels » WKK + restwarmte + gasketels Aanpak » Bepaling referentiecase: decentrale energie + CO2 voorziening met behulp van WKK’s » Bepaling alternatieve cases met collectieve energie + CO2 voorziening » Vergelijking tussen decentrale en centrale energievoorziening
05/05/2015 © 2014, VITO NV
4
1. Inleiding Warmtenet: » Transport van warmte van producent naar consument » Ondergrondse staal-PUR-PE leidingen » Aanvoerleiding op hoge temperatuur en druk » Retourleiding op lage temperatuur en druk » Grootte orde maten: DN200-DN350 » Individuele warmtewisselaars/afnemer » Gasketel in backup
05/05/2015 © 2014, VITO NV
5
1. Inleiding
Waarom een collectieve energievoorziening toepassen? Voordelen van een collectieve energievoorziening » Schaalvoordeel door grotere WKK’s » Technische karakteristieken WKK (ηe↗) » Lagere specifieke investeringskosten » Lagere specifieke onderhoudskosten » Voordeel bij brandstofaankoop » Reductie benodigd buffervolume
Extra kosten van een collectieve energievoorziening » Investeringskosten warmtenet » Operationele kosten warmtenet » Investeringskosten CO2 voorziening » Operationele kosten CO2 voorziening
Onderzoeksvraag: zijn de voordelen voldoende groot in vergelijking met de extra kosten?
05/05/2015 © 2014, VITO NV
6
1. Inleiding Belangrijk! » Alle gevalstudies zijn zoveel mogelijk gebaseerd op reële situaties: » Oppervlaktes, teelten, installaties (WKK, buffer, gasketels), verbruiken, … » Verkregen via KHK om studie zo realistisch mogelijk te maken » WKK’s gebaseerd op gasmotor krijgen maar certificaten tot 5 MWe » Vergelijkingsbasis: euro/MWh waarbij alle kosten/opbrengsten in rekening worden gebracht over een periode van 30 jaar: brandstofkosten, WKK certificaten, investeringskosten, onderhoudskosten, … Vergelijkingsbasis =
05/05/2015 © 2014, VITO NV
∑kosten − ∑opbrengsten geleverde warmte
7
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
8
2. Aanames
Warmtevraagprofielen » Opgemeten profielen van KHK op uurbasis » Tomaat, Paprika, Pepers, Aardbei » 2011, 2012, 2013
05/05/2015 © 2014, VITO NV
9
2. Aannames
Decentrale warmteproductie (referentiecase)
Back-up ketel » dimensionering op pieklast » Draait niet/zeer weinig onder normale omstandigheden » Seizoensrendement van 90% op de bovenste verbrandingswaarde (BVW) Buffers » gebruikt om werking WKK te optimaliseren 05/05/2015 © 2014, VITO NV
10
2. Aannames
Decentrale warmteproductie WKK » Voorziet in CO2 voor teelten » Gedimensioneerd adhv teelt en oppervlakte bedrijf (bestaande + nieuwe bedrijven) » Opvallend bij bestaande bedrijven: WKK+buffer+ketel optimaal gedimensioneerd » Gecontroleerd met informatie VREG
Voorbeeld 6 ha tomaat
05/05/2015 © 2014, VITO NV
11
2. Aannames
Centrale warmteproductie » » » »
Centrale warmtevraagprofiel = som van decentrale warmtevraagprofielen Centrale stookplaats met WKK’s en buffers Warmte + zuivere CO2 of CO2 transport via WKK’s en ondergrondse leidingen Onderscheid tussen bestaande en eventuele nieuwe tuinders (owv buffer)
40/90°C 05/05/2015 © 2014, VITO NV
35/55°C
12
2. Aannames Gasprijzen: » Decentraal: 26 euro/MWh » Centraal: 25,5 euro/MWh Elektriciteit: » Eigenverbruik (enkel bij decentraal) = 2,5 % » Elektriciteitsproductie: Piek: 60% Dal: 40% » Verkoopprijs Piek: 54 euro/MWh (gemiddelde van 2011-2013) Dal: 42 euro/MWh (gemiddelde van 2011-2013) Gemiddelde jaarprijs: 49 euro/MWh » Aankoopprijs Piek: 110 euro/MWh Dal: 70 euro/MWh Gemiddelde jaarprijs: 94 euro/MWh WKK-certificaten (looptijd 10 jaar, niet degressief): 31€ per certificaat Periode cashflowberekening: 30 jaar 05/05/2015 © 2014, VITO NV
13
2. Aannames Jaarlijkse CO2-behoefte » Zuivere CO2 vraag (indien geen WKK) Tomaat: 30 kg/m² Paprika/Pepers: 20 kg/m² Aardbei: 7 kg/m² » Bedrijf met WKK: Tomaat: 70 kg/m² Paprika/Pepers: 50 kg/m² C02 prijs » Zuivere CO2: 0,1 €/kg » CO2 net gevoed vanuit centrale WKK’s » geen meerkost voor CO2 » Centraal: investering CO2-net + Compressor
05/05/2015 © 2014, VITO NV
14
2. Aannames
Technische parameters Specifiek voor elk scenario Warmtenet » Centraal: # WKK’s om aan vraag te voldoen, buffer (volume, isolatiedikte, verliesoppervlak), Investeringskosten (COGEN, DACE), jaarlijks onderhoud » Per tak/sectie: Lengte, Leidingdiktes, Debiet, Warmteverlies, Drukval, Pompen (vermogen, elektriciteitsverbruik, kost elektrische aansluiting), Investeringskosten (incl. piping, drukregeling, waterbehandeling), Jaarlijkse onderhoudskost » Per afnemer: Warmtewisselaar (oppervlakte zuiver, extra oppervlakte vervuild, totale oppervlakte, investeringskosten, jaarlijkse onderhoudskost), Aansluiting Warmtenet (50m extra leidingwerk) CO2-net » Per tak: Richtwaarde productie (adhv grootste #draaiuren WKK’s), Debiet, Gassnelheid (richtwaarde 7 m/s), Lengte, Leidingdikte, Drukval, Compressor (vermogen, elektriciteitsverbruik, elektrische aansluiting), Investeringskosten, Jaarlijks Onderhoud 05/05/2015 15 © 2014, VITO NV
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
16
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels Algemeen » Reële situatie » 9 bedrijven » 59 ha glas (63% Tomaat; 37% Paprika) » Lengte warmtenet: 2,5 km » 249 GWh/jaar warmtevraag Specifieke onderzoeksvragen 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied i. Zuivere CO2 ii. CO2 gevoed vanuit centrale WKK’s en CO2 net 2. Effect van beperking van certificaten op 5 MWe 3. Effect van gefaseerde aansluiting
05/05/2015 © 2014, VITO NV
17
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied » Centrale case: » Houden ons aan 5 MWe/WKK » 7 WKK’s blijkt optimaal » 4900 m³ buffervolume nodig » 1-3% van warmtevraag opvangen met individuele back-up ketel is optimaal
8 WKK 6300 m³
6 WKK 4200 m³
05/05/2015 © 2014, VITO NV
18
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied » Decentraal » Waar gevraagd elektrisch vermogen > 5MWe opsplitsen in meerdere WKK’s » Kleinere WKK’s » Totaal geïnstalleerd vermogen is wel groter » Groter buffervolume nodig door modulaire opbouw centrale stookplaats
05/05/2015 © 2014, VITO NV
19
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied
Centraal * Hoger gasverbruik * Meer Eprod
05/05/2015 © 2014, VITO NV
20
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied Centraal » Hoger gasverbruik » Meer Eprod (meer certificaten)
Centraal * Hoger elek. rend * Lager therm. rend
05/05/2015 © 2014, VITO NV
21
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied Centraal » Hoger gasverbruik » Meer Eprod (meer certificaten) » Lager therm. Rendement » Hoger elek. rendement
Centraal * Lagere investeringskost
05/05/2015 © 2014, VITO NV
22
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied Centraal » Hoger gasverbruik » Meer Eprod (meer certificaten) » Lager therm. Rendement » Hoger elek. Rendement » Lagere investeringskost
* CO2 net leidt tot veel lagere operationele kosten
05/05/2015 © 2014, VITO NV
23
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied Centraal » Hoger gasverbruik Centraal » Meer Eprod (meer certificaten) * Hogere opbrengsten » Lager therm. Rendement » Hoger elek. Rendement » Lagere investeringskost » CO2 net
05/05/2015 © 2014, VITO NV
24
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 1. Haalbaarheid collectieve energie + CO2 voorziening voor een nieuw te ontwikkelen gebied Centraal » Hoger gasverbruik » Meer Eprod (meer certificaten) » Lager therm. Rendement » Hoger elek. Rendement » Lagere investeringskost » Hogere opbrengsten » Hogere kosten Lagere energiekost!!! 25% reductie mogelijk
05/05/2015 © 2014, VITO NV
25
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 2. Effect van beperking van certificaten op 5 MWe » Grotere WKK’s » Schaalvoordeel wordt groter » Lagere totale investeringskost » Hoger elek. Rend. » Hoger totaal Rend. » Lagere onderhoudskosten » Gunstig indien WKK certificaten » Ongunstig indien geen WKK certificaten
05/05/2015 © 2014, VITO NV
26
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + gasketels 3. Effect van een gefaseerde aansluiting » Bestaande bedrijven koppelen pas na verloop van tijd aan (aanname 5 jaar) » Als hun WKK einde levensduur is » Uitgestelde investeringen » Uitgestelde extra opbrengsten » Effect is minder uitgesproken maar is nog wel duidelijk » Decentrale buffers en back-up ketels zijn reeds aanwezig
05/05/2015 © 2014, VITO NV
27
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
28
3. Warmtenet
a. Collectieve stookplaats met WKK’s + zonnecollectoren + gasketels Thermische zonnecollectoren » 3,8 ha collectorveld » Continue afzetmarkt is gunstig voor zonnecollectoren » 8% dekking van totale warmtevraag » Onregelmatige productie » Besparing gasfactuur » Gemiste opbrengst elektriciteitsverkoop + certificaten » Relatief hoge investeringskost in vergelijking met opbrengst
05/05/2015 © 2014, VITO NV
29
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
30
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels
Aardwarmte
Schematisch
05/05/2015 © 2014, VITO NV
31
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels
05/05/2015 © 2014, VITO NV
32
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels Voordelen diepe geothermie » Onafhankelijkheid (stabiele energieprijzen) » Lokaal beschikbaar » Moduleerbaar/modulaire opbouw » Lage onderhoudskosten » Minimaal ruimtegebruik » Weinig tot géén milieuhinder
05/05/2015 © 2014, VITO NV
33
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels Case
KWOpotentieel geologisch
Diepe geothermie Krijtreservoir
Diepe geothermie
1.1 Meirberg
Goed debiet tot 110 m³/u/put
770-800m TAW T: 35-40°C Pth<0,5MW
3300 – 3500m TAW - Beperkte T: 130 – 145 °C kennis Pth*: 13MW ondergrond
1.2 Rijkevorsel
Goed debiet tot 110 m³/u/put
630-650m TAW T: 30-35°C Pth<0,5MW
1280m – 1300m TAW T: 55 – 60°C
2 Merksplas
Goed debiet tot 110 m³/u/put
720-750m TAW T: 35-37°C Pth<0,5MW
1930m – 2030m TAW T: 90 -95°C Pth*: 12MW
3 SintKatelijneWaver
Laag Debiet lager dan 30m³/u/put
<500m T<25°C
Afwezig
Dinantiaanreservoi r
Externe factoren
-Gasopslag
* P90 vermogen bij een retourtemperatuur van 40°C 05/05/2015 © 2014, VITO NV
34
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels
05/05/2015 © 2014, VITO NV
35
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels Toegepast op reële situatie in Merksplas » 11 bedrijven » 78 ha glas (84% tomaat, 14% paprika, 2% aardbei) » Lengte tracé warmtenet: 4800 meter » 342 GWh/jaar warmtevraag » Geothermie = basislast » WKK’s zorgen voor nodige CO2
05/05/2015 © 2014, VITO NV
36
3. Warmtenet
c. Collectieve stookplaats met WKK’s + diepe geothermie + gasketels
Zonder WKK-certificaten, zorgt Geothermie in basislast voor de winst tov referentie Bij wegvallen (of reductie) van WKK certificaten wordt geothermie financieel/economisch interessanter dan scenario’s met enkel WKK (decentraal of centraal) 05/05/2015 © 2014, VITO NV
37
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
38
3. Warmtenet
d. Collectieve stookplaats met WKK’s + restwarmte+ gasketels
»
» »
Vinden van geschikte cases is zeer moeilijk » Voldoende vermogen » Beperkte afstand tot glastuinbouwgebied » Zo vlak mogelijke warmtebron Geen geschikte case gevonden in 4 glastuinbouwgebieden Wel mogelijke samenwerking met niet glastuinbouwbedrijf geïdentificeerd » Plaatsing van WKK bij bedrijf met hoog elektriciteitsverbruik en zeer lage warmtevraag » Op beperkte afstand van glastuinbouwcluster » Geproduceerde elektriciteit kan door bedrijf zelf verbruikt worden » Warmte wordt geleverd aan glastuinbouwcluster tegen zeer beperkte prijs » Glastuinbouwcluster investeert in warmtenet » Centrale WKK’s zorgen voor CO2
05/05/2015 © 2014, VITO NV
39
3. Warmtenet
d. Collectieve stookplaats met WKK’s + restwarmte+ gasketels »
»
Situatie is rendabel voor zowel bedrijf als voor glastuinbouwcluster » Bedrijf: vermeden elektriciteitskost + opbrengst certificaten » Glastuinbouw: zeer lage warmteprijs Warmteprijs moet beneden de 3,5 euro/MWh blijven
05/05/2015 © 2014, VITO NV
40
Inhoud 1. 2. 3.
Inleiding Aannames Collectieve stookplaats met als warmteproductie: a) WKK’s + gasketel b) WKK’s + thermische zonnecollectoren + gasketel c) WKK’s + diepe geothermie + gasketel d) WKK’s + restwarmte + gasketel 4. Conclusies
05/05/2015 © 2014, VITO NV
41
4. Conclusies »
» » »
Collectieve energie + CO2 voorziening op basis van WKK en gasketel: » Rendabel op voorwaarde dat er een CO2 net wordt aangelegd » Op voorwaarde dat de glastuinbouwbedrijven op beperkte afstand van elkaar liggen » Gefaseerde aankoppeling vormt geen probleem » Het voordeel wordt gehaald uit schaaleffecten: hoger elektrisch rendement, schaalvoordeel investeringskost, reductie bufferkosten, … » Indien de huidige certificatenregeling geen beperking zou opleggen aan het vermogen zou collectieve energie + CO2 voorziening nog rendabeler zijn Collectieve energie + CO2 voorziening op basis van WKK en gasketel en thermische zonnecollectoren blijkt niet rendabel Bij wegvallen (of reductie) van WKK certificaten wordt diepe geothermie financieel/economisch interessanter dan scenario’s met enkel WKK (decentraal of centraal). Restwarmte: » Moeilijk voor het vinden van geschikte cases » Samenwerking tussen bedrijven en glastuinbouw kan voordelig zijn
05/05/2015 © 2014, VITO NV
42
Dank voor de aandacht! Vragen?
05/05/2015 © 2014, VITO NV
43
43
