ECN-C--91-084
JANUARI 1992
INVESTERINGEN WKK ACTUALISERING DATA BASES F.G.H. VAN WEES
Dit rappor~ is tot stand gekomen in het kader van een opdracht voor het Ministerie van Economische Zaken, ECbl-projectnummer 7062.
INHOUD 4
Literatuur Inleiding Grootschalige WKK
:7 8 10 17
Energiegebruik en -produktie Investeringen Kentallen
Kleinschalige WKK
19 20 21 25
Energiegebruik en -produktie Investeringen Kentallen
3
Literatuur ESC-35:
Grootschalige Energíeopwekking in de Industrie (GEIN) ECN Petten, 1986
ESC-41:
K]einschalige (niet industriële) Energieopwekking (KNIE) ECN Petten, 1987
ECN-C--91-083:
Energieheffingen en rentabiliteit ECN Petten, 1991
Verslag aanpassing gegevens GEIN-rapport Raadgevende Ingenieurs Energie & Informatica, ERBEKO BV Hilversum, september 1991 Verslag aanpassing gegevens KNIE-rapport Raadgevend Technies Buro Van Heugten Nijmegen, september 1991
4
Inleiding ....
In de afgelopen jaren heeft de unit ESC-Energiestudies van het Energieonderzoek Centrum Nederland ten behoeve van diverse studies voor het Ministerie van Economische zaken rekenpro: gramma’s ontwikkeld om de economische rentabiliteit van energietechnologleën te bepalen. Deze vormen tezamen de BRET-programmatuur voor de bepaling van de Bedrijfseconomische Rentabiliteit EnergieTechnologieên. Als algemeen toepasbaar model is BRET/IEB ~’lnvesteringen in EnergieBesparing~ beschikbaar. Met dit model kan de rentabiliteit bepaald worden van diverse energiebesparingsopties. Daarnaast zijn er een aantal op specifieke technieken gerichte programma’s ontwikkeld~ zoals GEIN, KNIE en ERW1N, wat staat voor respectievelijk ~Grootschalige Energieopwekking inde INdustrie~, ~Kleinschalige (Niet Industriële) Energieopwekking’~ en "Economische Rentabiliteit WINdenergiesystemen~. Over de opzet en resultaten van deze studies is gerapporteerd in de hiernaast genoemde rapporten. De studies GEIN en KN1E over warmte/kracht-opties zijn uitgevoerd in respectievelijk 1986 en 1987. In de hierop volgende jaren is er een grote groei te zien geweest van het aantal opgestelde warmte/kracht-installaties. Hierdoor kan ten aanzien van de investeringen geput worden uit de ervaring bij deze projecten. Daarnaast zijn er technologische ontwikkelingen ten aanzien van het energetisch rendement en nieuwe ontwikkelingen ten aanzien van de milieuvoorzieningen. Hierdoor is het gewenst de in de genoemde studies gehanteerde gegevens te actualiseren met betrekking tot het energiegebruik en -produktie, alsmede de bijbehorende investeringen en kosten van exploitatie. Het verzamelen van de gegevens is uitgevoerd in het kader van de ESC studie "Energieheffingen en rentabiliteit". Deze studie gaat uit van de typen WKK-installaties, zoals in de twee studies GEIN en KNIE zijn gedefinieerd, echter met aangepaste investeringsgegevens. Dat aan de actualisering een afzonderlijke rapportage wordt gewijd heeft als reden, dat in de studie "heffingenH wordt uitgegaan van een inpassingssituatie. Daarnaast is voor de kleinschalige installaties uitgegaan van afwijkende eenheidsgrootten, waarvan middels interpolatie de investeringen zijn berekend. Dit wijkt af van de uitgangspunten van GEIN en KNIE, waarbij voor het investeringsniveau wordt uitgegaan van een z.g. "groene weide" situatie, waarbij er van wordt uitgegaan dat geen gebruik kan worden gemaakt van bestaande voorzieningen. In de studie heffingen wordt uitgegaan van een inpassing. Dit geldt ook voor de investeringen en exploitatiekosten van de bijbehorende referentiesystemen.
5
6
1. Grootschalige WKK In aanslulting op de GEIN-studie zijn de volgende typen WKK-installaties onderzocht: GT/AK Een gasturbine-generator unit met nageschakelde afgassenketel voor de produktie van lage-druk processtoom STEG - Eenzelfde GT/AK installatie, nu echter voor opwekking van hoge-druk stoom in de afgassenketel, waarbij de stoom wordt geêxpandeerd tot de gewenste lagedruk processtoom HD/TD-gas Hoge:druk stoomopwekking In een ketel met aardgas-ondervuring.:Destoom wordt vervolgens geëxpandeerd in een tegendruk stoomturbine tot de gewenste lage-druk processtoom LD-gas Gasgestookte lage-druk stoomketel. In Figuur 1 staan deze opties schematisch afgebeeld.
Gas Elektr
LD Gas
Gas
D stoom
Kolen
LD stoom
Gas Kolen Figuur 1. Warmteproducerende opties
7
Door het Bureau Raadgevende Ingenieurs Energie & Informatica ERBEKO BV zijn in opdracht van ECN de in de GEIN-studie gehanteerde gegevens aangepast aan de huidige stand van de techniek en kostenniveau. Afgezien is van een actualisering van de kolengestookte hoge-druk en lage-druk stoomketel, aangezien de toepassing gering is en zodoende geen betrouwbare nieuwe gegevens konden worden opgevraagd.
.1.1. Energiegebruik en -produktie Het energiegebruik en -produktie van WKK-installaties is bepaald met behulp van het computerprogramma GT-PRO. Door opgave van de gewenste randvoorwaarden wordt het warmteschema thermodynamisch doorgerekend. Hierbij wordt o.a. gebruik gemaakt van een data base van verkrijgbare gasturbine-units. Voor de in de GEIN-studie gedefinieerde stoomdebieten van 17, 30, 55, 106 en 212 ton stoom per uur heeft het programma gasturbinetypen geselecteerd, waarmee een optimum wordt bereikt ten aanzien van het brandstofverbruik en de elektriciteitsproduktie, gegeven de stoomvraag. Voor de STEG en de HD/TD-gas zijn voor de stoomdebieten 17 en 30 ton/uur geen installaties onderzocht vanwege een te kleine eenheidsgrootte. Tabel 1.1. Geselecteerde gasturbinetypen Stoomdebiet [ton/uur/
Gasturbinetype
Soort
Leverancier
17
Ruston Tornado
Industrieel
Gowrings Continental
30
LM 1600
Aëroderivative
General Electric/Thomassen
55
GT 10
Industrieel
Asea Brown Boveri
106
Frame 6
Industrieel
General Electric/Thomassen
212
2 x Frame 6
idem
idem
Het stoomdebiet van 212 ton/uur wordt, evenals in de GEIN-studie, bereikt door het verdubbelen van de installatie van 106 ton/uur. De energetische waarden kunnen voor de installatie van 212 ton/uur worden gevonden door die van 106 met twee te vermenigvuldigen. Tabel 1:2 geeft de nieuwe cijfers voor het energiegebruik en het elektrisch vermogen van de onderzochte WKK-installaties. In de voetnoot van de tabel staat vermeld, dat deze gegevens betrekking hebben op een processtoomconditie van 10 bar en 220 °C voor levering aan de gebruiker. Daarbij geldt als hoge-druk stoomconditie voor de STEG en HD/TD-gas een verse stoomdruk en temperatuur van respectievelijk 85 bar, 450 °C en ca 100 bar, 500 °C bar. Het elektrisch vermogen van de gasgestookte LD-ketel is aangegeven met een "-"-teken, om aan te geven dat het een verbruik betreft. De omrekening van het gasverbruik in m3 naar GJ heeft plaatsgevonden op basis van Gronings aardgas met een onderste verbrandingswaarde van 31,65 MJ/m~.
8
Tabel 1.2. Elektrisch vermogen en gasverbruik 17
Stoomdebiet [ton/uur]
30
55
106
GT/AK EL-vermogen Gasverbruik
[MWe] [m3/uur]
6,22 2652
[G J/uur]
83,94
13,76 4944
21,89 8448
156,48
37,95 ~15060
267,38
476~65
27,14
48,57
STEG EL-vermogen Gasverbruik
[MWe]
9108
[m3/uur]
16416
[G J/uur]
288,27
519,57
[MWe] [m~/uur]
6,76
12,97
HD/TD-gas EL-vermogen Gasverbruik
5600 177,24
[G J/uur]
10750 340,24
LD-Gas Gasverbruik EL-vermogen
[m3/uur]
1458
2632
4643
[G J/uur]
46,15
83,30 146.95
[MWe]
-0,04
-0,06
-0,13
8899 281,65 -0,23
Stoomconditie 10 bar, 220 °C Het totale gasverbruik van de GT/AK en STEG is opgebouwd uit het verbruik van de gasturbineunit en het bijstoken in de afgassenketel. Het opgegeven elektrisch vermogen is eveneens opgebouwd uit het bruto vermogen van de gasturbine, verminderd met het eigen gebruik van de unit. Voor de STEG wordt hierbij het vermogen van de tegendrukstoomturbine opgeteld. In Tabel 1.3 zijn de waarden vermeld.
9
Tabel 1.3. Opbouw elektrisch vermogen en gasverbruik 17
Stoomdebiet [ton/uur]
30
55
106
GT/AK Bruto vermogen
[MWe]
6,31
14,09
22,24
38,44
Eigen gebruik
[MWe]
0,09
0,33
0,35
0,49
Netto vermogen
[MWe]
6,22
13,67
21,89
37,95
Gasverbru~k GT
2484
4608
7968
13920
Gasverbruik bijstook
[m~/uurl [m3/uurI
168
336
480
1140
Totaal gasverbruik
[m3/uur]
2652
8448
15060
4944
STEG Bruto vermogen GT
[MWe]
22,24
38,44
Bruto vermogen TD
[MWe]
5,48
11,09
Eigen gebruik
[MWe]
0,58
0,96
Netto vermogen
[MWe]
27,14
48,57
Gasverbruik GT
[m~/uur]
7968
13920
Gasverbruik bijstook
[m3/uur]
1140
2496
Totaal gasverbruik
[m~/uur]
9108
16416
Stoomconditie 10 bar, 220 °C Ten opzichte van de in de GEIN-studie gehanteerde waarden is voor alle installaties een verhoging van het netto vermogen te constateren.
.2. Investeringen Bij het opstellen van de investeringsraming van de totale installatie kunnen naast de hoofdcomponenten de volgende investeringsposten worden onderscheiden. De gasturbine en TD-stoomturbine kunnen afhankelijk van het type WKK-installatie worden opgenomen. Terrein en civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening Ketelinstallatie Voedingwatersystemen Instrumentatie en elektrotechnische voorzieningen Gasturbine-generator eenheid Leldingwerk TD-stoomturbine installatie Overig Engineering en onvoorzien. Bij een aantal hoofdcomponenten van de onderzochte WKK-installatles kan de volgende toelichting worden gegeven:
10
Gasturbines Gasturbine-units zijn na een aanvankelijke prijsdaling ten opzichte van het niveau van 1985 (GEIN) weer terug op dit zelfde niveau door de hernieuwde belangstelling voor warmte/krachtkoppeling. Nieuw hierbij is (ten opzichte van GEIN ’86) voor de grotere typen gasturbines de droge NOg-reductie Deze kan nu als een éénmalige investering worden beschouwd ten opzichte ¯ van de jaarlijks terugkerende post~bedrijfs/milieukosten. Hier staat evenwel tegenove~,~dat de meeropbrengst in elektrisch vermogen,~zoals bij .de toepassing van natte NOg-reductie optreedt, vervalt. Bij de keuze vande ~nu toegepaste gasturbine-units gaat het omeen zogenaamde aëroj derivative of een. industriêle machine, Hierbij ligt het accent op het soort~bedrijf-en.de~inzetbaarheid/beschikbaarheid, dat met de gasturbine gevoerd wordt. Aangetekend kan worden~ dat de aêroderivative gasturbines wat duurder in aanschaf zijn, doch ook kortere reparatie- en onderhoudstijden te zien geven, alsmede een iets gunstiger warmte/kracht-verhouding. Tot slot kan worden opgemerkt, dat in de toekomst ook kleinere typen gasturbines met droge NOx-reductietechnieken kunnen worden uitgerust. De gemiddelde prijs voor de gasturbines bedraagt circa f 1000/kWe voor het kleine type tot ~" 600/kWe voor de grotere typen inclusief de NOx-reductiemaatregelen. Tabel 1.4. Specifieke investering gasturbine-generator unit 17
30
55
14,1
22,2
106
Stoomdebiet
/ton/uur/
Vermogen
[MWe]
Investering
[1000 gulden[
6800
11500
15000
22200
Specifiek
[1000 gld/MWe]
1080
815
675
580
6,3
38,4
Milieuvoorzieningen NOg-reductie Ook is een aanzienlijke wijziging aangebracht in de kosten voor mi[ieuvoorzieningen. In de GEIN-studie is nog uitgegaan van stoominjectie; voor de nu onderzochte gast~rbines wordt uitgegaan van waterinjectie (Tornado, LM1600 en GT10), terwijl de Frame 6 zonder injectie aan de normen kan voldoen. Het waterverbruik voor de drie genoemde gasturbines is in Tabel 1.5 opgenomen. ’;Tabel 1~5. Hoeveelheid:waterinjectie in gasturbines gasturbinetype
/ton/uur/
Tornado
1
LM1600
1,9
GT10
2,5
De kosten voor het waterverbruik à 2 gulden/ton is opgenomen bij de post bediening en onderhoud (op basis van een bedrijfstijd van 6000 uur). Afgassenketels Er heeft ten opzichte van het prijsniveau van GEIN ’86 een prijsstüging van ca. 10% plaatsgevonden. In Tabel 1.6 zijn de specifieke investeringen voor de afgassenketel opgenomen.
11
Tabel l.ô. Specifieke investering afgassenketels Stoomdebiet [ton/uurI
17
30
55
106
212
GT/AK Investering
[1000 gld]
3000
3500
4800
6500
12500
Specifiek
[1000 gld/ton] 175
115
85
60
60
STEG Investering
[1000 gulden]
7400
9200
17600
Specifiek
[1000 gld/ton
135
85
85
Opgemerkt dient te worden, dat de afgassenketel van de STEG als tweedruksketel is uitgevoerd. Deze constructieve opzet is bij de GElN-studie nog niet toegepast. Het voordeel van een tweedruksketel is, dat hierbij de schoorsteenverliezen beperkt worden, hetgeen het thermisch rendement van de afgassenketel doet stijgen. Wel wordt bij een gelijke stoomproduktie minder stoom door de tegendrukturbine geleid, dat een iets lager elektrisch vermogen tot gevolg heeft. De relatief hoge specifieke investering van de afgassenketel bij 17 ton/uur wordt mede veroorzaakt, doordat bij deze capaciteit van een cilindrisch keteltype gebruik is gemaakt.
Hoge- en lage-druk gasgestookte stoornketels Ook voor de stoomketels zijn budgetprijzen aangevraagd bij ketelfabrikanten. Hierbij geldt een nauwkeurigheid van ca. 10%. In Tabel 1.7 zijn de specifieke investeringen opgenomen. De 106 ton/uur ketel wordt compleet in de fabriek geassembleerd, terwijl de 212 ton/uur installatie in segmeneten naar de bouwplaats komt. Tabel 1.7. Specifieke investeringen HD- en LD stoomketels Stoomdebiet /ton/uur/
17
30
55
106
212
5720
7920
15400
105
75
73
2500
3700
8700
45
35
HD-gas Investering
[1000 gld]
Specifiek
[1000 gld/ton]
LD-gas Investering
[1000 gulden[
850
1300
Specifiek
[1000 gld/ton]
50
45
40
Voedingwatersystemen De kosten voor een voedingwatersysteem bedragen ca..f 20.000 tot .f 30.000 per behandelde m3 water. Als kostenpost in het totale investeringsbedrag van de kleinere gasturbines wordt deze relatief hoger vanwege de natte NOx-reductie Automatisering Door de toenemende automatisering stijgt deze post ~van ca: 8% tot 11%. Bij een uitgebreide automatisering van de installatie mag zelfs met 20% gerekend worden. Hierbij dient opgemerkt te worden, dat desondanks de post bediening en onderhoud bij de kleinere installaties niet lager is geworden.
12
Tegendrukturbine en generator-unit Ten opzichte van de prijzen in GEIN ’86 is voor de tegendrukturbines een prijsstijging van ca. 15% te constateren. Tabel 1.8. Specifieke investeringen HD- en LD stoomketels Stoomdebiet [ton/uur]
55
106
212
STEG Vermogen
[MWe]
Investering
[1000 gld]
Specifiek
[1000 gld/ton]
5,5
11,1
22,2
3625
5830
9265
660
525
435
HD/TD 6,8
13,0
26,0
Vermogen
[MWe]
Investering
[1000 gulden]
5900
8860
14330
Specifiek
[1000 gld/ton]
870
680
550
13
Totale investeringsbedragen Het uitgevoerde onderzoek om te komen tot een actualisering van de GElN-investeringen heeft geleid tot een nieuwe set van gegevens. Hierbij wordt nogmaals benadrukt dat de opgegeven investeringen gelden voor een "groene weide" situatie, hetgeen inhoudt, dat er niet van bestaande voorzieningen gebruik kan worden gemaakt. De ontwerpgrenzen zijn gelegd bij de aansluiting aan het stoom- en elektriciteitsnet en gelden ook voor een stoomconditie van10 bar, 220 °C. De resultaten zijn opgenomen in Tabel~l~9.’ Een specificatie van de kostenposten wordt gegeven in de Tabellen 1.10a t/m d. De investeringsramingen zijn verhoogd met de bouwrente gedurende de bouwtijd van de installatie. Voor een gemiddelde bouwtijd van ca. 2 jaar is aangenomen, dat na een half jaar bouwrente wordt berekend over 40% van het investeringsbedrag gedurende 1~,5 jaar. Over de resterende 60% wordt bouwrente in rekening gebracht voor de periode van een half jaar tot ingebruikname van de installatie. Dit resulteert in een gemiddeld rentepercentage van 4,5% (op basis van een reêle rente van 5%). Tabel 1.9. Investeringen en kosten bediening & onderhoud Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
55
106
212
[1000 gulden 1991] GT/AK Investering
16100
24050
32200
48200
91970
Inclusief bouwrente
16800
25100
33600
50400
96100
750
850
1050
1950
3200
12
23
30
0
0
Bediening & onderhoud Milieuvoorziening STEG Investering
43170
65850
121750
Inclusief bouwrente
45100
68800
127200
1350
2550
4750
0
0
Bediening & onderhoud Mifieuvoorziening
30
HD/TD-gas Investering
26000
36000
60000
Inclusief bouwrente
27200
37600
62700
1900
2750
3750
Bediening & onderhoud
LD-gas Investering
3700
4900
8000
12000
22000
Inclusief bouwrente
3900
5100
8400
12500
23000
360
380
450
800
950
Bediening & onderhoud
14
De opbouw van de investeringsraming voor de onderscheiden systemen is als volgt: tabel l.l Oa. Specificatie investeringen GT/AK Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
55
106
212
[1000 gulden 1991] - 2600 .
5260
Civiele werkzaamheden
900
1190
1890
Brandstofvoorziening
560
600
650
1180
2260
3000
3500
4800
6500
12500
210
280
420
760
1400
Instrumentatie & elektro
1600
2380
3150
5200
8850
Gasturbine + NOx-reductie
6200 400
11500
15000
18000 4200
36000 8400
490
630
950
1660
2600
325
400
620
1000
1730
Engineering & onvoorzien 2415
3570
4720
7100
12970
16100
24100
32200
48200
91970
106
212
Ketelinstallatie Voedingwatersysteem
Leidingwerk TD-stoomturbine Overig
Totaal
Tabel 1.10b. Specificatie investeringen STEG Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
55
[1000 gulden 1991] 2940
4530
8000
650
2010
3410
7400
9200
17600
680
1250
2300
4040
7700
13650
15000
18000 4200
36000 8400
Leidingwerk
1680
1930
3410
TD-stoomturbine
3630
5830
9260
840
1570
2870
6300
9630
16850
43170
65850
121750
Civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening Ketelinstallatie Voedingwatersysteem Instrumentatie & elektro Gasturbine + NOx.reductie
Overig Engineering & onvoorzlen Totaal
15
Tabel l.lOc. Specificatie investeringen HD/TD-gas Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
55
106
212
[1000 gulden 1991] 2500
3320
4680
100
120
190
Ketelinstallatie
5720
7920
15400
Voedingwatersysteem
1320
2090
3940
Instrumentatie & elektro
3580
4430
6220
Leidingwerk
2240
3040
5170
TD-stoomturbine
5900
8860
14330
Overig
1030
1200
1570
Engineering & onvoorzien
3610
5020
8500
26000
36000
60000
55
106
212
Civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening
Gasturbine
Totaal
Tabel l.l Od. Specificatie investeringen LD-gas Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
[1000 gulden 1991] Civiele werkzaamheden
480
550
730
1020
1600
Brandstofvoorziening
40
60
70
90
130
Ketelinstallatie
850
1300
2500
3700
8700
Voedingwatersysteem
290
400
580
1000
1820
Instrumentatie & elektro
560
810
1290
1870
2920
750
850
1120
1630
2770
Overig
300
330
550
640
750
Engineering & onvoorzien
430
600
1160
2050
3310
3700
4900
8000
12000
22000
Gasturbìne Leidingwerk TD-stoomturbine
Totaal
16
1.3. Kentallen
...... .....
Op basis van in de vorige paragral~en gepresenteerde gegevens zijn enkele relevante kentallen betreí~ende de specifieke investeringen uit te rekenen. Deze worden zoals gebruikelijk uitgedrukt als investering per Megawatt. Daarnaast wordt de specifieke investering ook uitgedrukt in ]000 gulden/ton stoom, welke beter aansluit bij de benadering van WKK als warmteproduktie met als bijprodukt elektriciteit. Hieruit is de meerprijs’ten opzichte van de gasgestookte stoomketel te zien, welke als goedkoopste :investeringsoptie geldt. In..Tabe] 4.1,] zijn deze kentallen opgeno"abel I. 1 I. Kentallen specifieke totale investeringen Stoomdebiet [ton/uur]
17
30
55
106
212
[1000 gulden/ton] 610
475
455
STEG
820
650
600
HD-gas
495
355
295
155
120
110
GT/AK
LD-gas
990
230
835
170
[ 1000 gulden/MWe] 1535
1330
1265
STEG
1660
1415
1310
HDfrD-gas
4025
2900
2415
GT/AK
2700
1825
17
18
2. Kleinschalige WKK
....
In aansluiting op de in de KNIE-studie gedefinieerde installatietypen zijn de volgende warmteproducerende installaties onderzocht: Gasgestookte warmwaterketels, de warmtepomp en warmte/kracht-installaties uitgevoerd als een gasmotor-generator-unit. Bij de warmwaterketels wordt onderscheid gemaakt tussen een Verbeterd-Rendement ketel (VR) en een Hoog-Rendement ketel (HR) met een (ge"~tegreerde) rookgascondensor. Hierbij wordt de latente warmte in de rookgassen teruggewonnen door:condensatie van de~waterdamp. De warmtepomp-unit, bestaat~uit een gasmotor, welke een compressiewarmtepomp aandrijft. De vrijkomende warmte uit de uitlaatgassen en het koelwater van de gasmotor wordt aan de afnemer geleverd, aangevuld met warmte uit een omgevingsbron (lucht of bronwater). Zowel de WP- als WKK-unit worden gedimensioneerd op het leveren van de basislast. Voor pieklevering omvat de WP- en WKK-warmtecentrale een hulpwarmteketel (HWK). Als eenheidsgrootten zijn in de KNIE-studie zeven warmtedebieten vastgesteld, waarmee een range tot ca. 16 MWth wordt bestreken. Bij de hoogste capaciteit is voor de WKK-installatie een keuze mogelijk tussen een gasmotor en een GT/AK-installatie. Hiermee wordt een globale aansluiting met de GEIN-studie gevonden, waarin als minimale thermische capaciteit wordt uitgegaan van een stoomproduktie van 17 ton/uur (ca. 11 MWth). Om de unitgrootte van de WP- en WKK-installaties te bepalen ten opzichte van de als referentie gehanteerde maximale warmteproduktie is de volgende methodiek gevolgd: Uitgaande van een range van gangbare vermogens van gasmotoren (of combinaties) en het bijbehorend elektrisch en thermisch rendement wordt de "Capaciteit Th(ermisch)" (het afgegeven thermische vermogen) van de gasmotor-unit bepaald. Omdat in de KNIE-studie is verondersteld, dat het aandeel in de capaciteit van de WKK- en WP-unit 20 procent van de opgestelde piekcapaciteit bedraagt, is hiermee "Piekcapaciteit" .... vastgelegd. In de rapportage worden de zo gevonden waarden afgerond, zoals is weergegeven op de regel "Warmtedebiet". Ten opzichte van de KNIE-studie is er een wijziging aangebracht in het vermogen van een aantal gasmotoren en daarmee het warmtedebiet, aangezien de WKK-units hiervoor als basis diehen. Ten aanzien van de uitvoering en eenheidsgrootte zijn de volgende opmerkingen te plaatsen: De WKK-unit van 155 kWe (MAN motor) is inmiddels vrijgegeven voor 165 kWe. :-~-Voor het warmtedebiet van 1300 kWth wasuitgegaan van twee WKK-units van 155 kWe. Deze capaciteit kan nu ook worden geleverd door één unit van 310 kWe (Waukesha H24GLmotor). In de investering is 20.000 gulden opgenomen ten behoeve van een motor-managementsysteem, waarmee deze WKK-unit voor maximale NOx-subsidie in aanmerking komt. De WKK-unit van 1000 kWe (BRONS-motor) is vervangen door een unit van 920 kWe, omdat deze in de KNIE-studie beoogde unit niet meer geproduceerd wordt. Hiervoor in de plaats is nu de Waukesha L7042GL-motor toegepast. Dit heeft ook weer gevolgen voor het vermogen van de grootste installatie, welke een verdubbeling hiervan is. Het relatief lage thermische rendement van de gasmotor van 920 kWe wordt veroorzaakt, doordat de restwarmte uit de intercooler niet nuttig kan worden toegepast vanwege een te lage temperatuur. Het warmtedebiet is volgens deze gegevens berekend en in Tabel 2.1 opgenomen. Daarbij is tevens uitgegaan van gewijzigde rendementên (~lo~okt~sch en í~t~e~~sch) vanaf de gasmotor ~met een vermogen van 45 kWe. .... Tot slot dient vermeld te worden, dat er momenteel grotere WKK-units van 450 en 650 kWe als : module leve)’baar zijn. Omdat deze eenheidsgrootte in de KNIE-studie niet zijn toegepast zijn de gegevens in dit rapport achterwege gelaten. De gemiddelde specifieke investering komt vanaf de unit van 87,5 kWe goed overeen met actuele investeringsgegevens, die verkregen zijn van het Ministerie van Economische Zaken. Voor de kleinere units van 13,5 en 45 kWe zijn de investeringen aan de hoge kant, terwijl er momen-
19
teel eenheden van 310 kWe worden opgesteld met een gemiddelde prijs van ca. f 1100 per kWe, wat aanmerkelijk lager is dan de in deze actualisering vastgestelde. Tabel2,1. Eenheidsgrootten Gasmotor
[kWe]
13,5
45
87,5 165 330 920 1940
~o~ek~~:h
0,25
0,32
0,32
0,33
"q~~~,~h
0,68
0,52
0,51
0,33
0,35
0,35
0,52 0~52 0;47 0;47
Capaciteit Th
[kWth] 37
73
139
260
520
1235 2470
Piekcapacitelt
[kWth] 184
366
697
1300
2600
6177 12354
Warmtedebiet
[kWth] 185
375
700
1300
2600
6150 12300
Door het Raadgevend Technies Buro Van Heugten BV zijn in opdracht van ECN de in de KNIEstudie gehanteerde gegevens aangepast aan de huidige stand van de techniek en kostenniveau. Het resultaat van deze aktualisering is in Paragraaf 2.2 opgenomen. Ter completering van de set gegevens worden eerst in Paragraaf 2.1. de gegevens over het energiegebruik en de energieproduktie vermeld.
2.1. Energiegebruik en -produktie Met de in Tabel 2.1 aangegeven rendementen is het gasverbruik te betekenen. Reeds genoemd zijn de rendementen van de WKK-units met een elektrisch rendement van 33% en een thermisch rendement van 55%. Voor de WKK-unit van 13,5 kWe zijn deze rendementen respectievelijk 25 en 68 procent. Voor de warmwaterketels wordt een rendement op onderwaarde van 90% voor de VR-ketel en 100% voor de HR-ketel gehanteerd. Voor de WP-unit geldt een thermisch rendement van 160%. De berekende gasverbruiken staan in Tabel 2.2 vermeld. Tabel 2.2, Gasverbruik installaties Debiet
[kWth] 185
375
700 1300 2600 6150 12300 Gasverbruik [m~/uur]
VR-ketel
23
47
88
164
329
777
1555
HR-ketel
21
43
80
148
296
700
1399
139
260
520
1235
2470
165
330
920
1840
WP/WKK-unit
[kWth] 37
73
Gasm~or
[kWe]
13,5
45
WP-un~
3
5
10
18
37
88
176
WKK-un~
6
16
31
57
114
299
598
87,5
2O
2.2 Investeringen Bij het opstellen van de investeringsraming van de totale installatie kunnen naast de hoofdcomponenten de volgende investeringsposten worden onderscheiden, waarbij afhankelijk van het installatietype een ketel, warmtepomp-unit of gasmotor zijn opgenomen. Civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening - Warmte-installatie - Ketelinstallatie Gasmotor-WP unit Gasmotor-generator unit Instrumentatie & elektrotechnische voorzieningen Leidingwerk en schoorsteen Overig inclusief inbedrijfstelling Engineering en onvoorzien. Door alle begrotingen op dezelfde basis uit te werken, kan de gewenste onderlinge consistentie worden gerealiseerd. Bij het ontwerp is uitgegaan van een "groene weide" situatie, hetgeen inhoudt dat er geen voorzieningen aanwezig zijn verondersteld. Wel wordt bij de VR- en HR-ketels uitgegaan van een bestaande ketelruimte. De WP- en WKK-unit worden (vanaf 45 kWe) geacht niet in de bestaande ruimte (bij)geplaatst te kunnen worden. Afhankelijk van de eenheidsgrootte wordt een geluiddichte omkasting, container of een machineruimte toegepast. Ten opzichte van de KNIE-studie zijn de volgende wijzigingen in de investeringen aangebracht, gebaseerd op gegevens van het CBS betreffende prijsstijgingen over de periode februari 1987 t/m april 1991 (laatst bekende indexcijfer). Per kostenpost zijn de in Tabel 2.3 aangegeven stijgingen van toepassing. Voor de warmwaterketels en de WKK-units wordt uitgegaan van cente prijslijsten. Tabel2.3. Prijsstijgingen februari 1987 t/m/april 1991
Civiele werkzaamheden
15,0%
Brandstofvoorziening
16,0%
Ketelinstallatie
vlgs. prijslijst 14,9%
WP-unit
vlgs. prijslijst
WKK-unit Instrumentatie & eleMrotechnische voorzieningen
10,5%
Leidingwerk en schoorsteen
14,0% 6,0%
Engineering
Voor de warmwaterketels is uitgegaan van de prijslijsten van de inmiddels verkrijgbare low-NOxuitvoering. De prijsverhoging is hierdoor hoger dan de CBS-index (8,7%). Voor de twee grootste vermogens is gerekend met een prijsstijging van 12%. Voor de WKK-units (inclusief restwarmte-apparatuur) is uitgegaan van de meest recente prijslijst (1-7-1991). In de kosten zijn enkele opties met betrekking tot de besturing en bemetering opgenomen om een economische bedrijfsvoering mogelijk te maken. -
21
Tabel 2.4. Investeringen warmteproducerende eenheden Debiet
[kWth]
185
375
700 1300
WP/WKK-unit
[kWth]
37
75
140 260
Gasmotor
[kWe]
13,5
45
2600 520
87,5 165
330
6150 12300 1230
2460
920 2x920
[1000 gulden 1991] VR-ketel
40
57
99
172
241
392
700
HR-ketel
49
77
139
227
308
520
914
WP-unit
107
210
269
402
612
1106
2032
WKK-unit
62
219
295
395
723
2184
4097
De kosten van bediening en onderhoud blijven voor deze kleinschalige installaties beperkt tot onderhoudskosten. Deze worden voor de warmwaterketels gesteld op ca. 1% per jaar van de totale investering. De kosten voor de WP- en WKK-unit worden geregeld in onderhoudscontracten, waarbij een bedrag geldt per kWth respectievelijk kWe. In Tabel 2.5 zijn de bedragen opgenomen. Tabel 2.5. Onderhoudskosten warmteproducerende eenheden 2~00
6150 12300
260
520
1230 2460
165
330
920 2x920
570 1000
1700
2400
3900
7000
770 1400
2300
3100
5200
9200
Debiet
[kWth]
185
375
700 1300
WP/WKK-unit
[kWth]
37
75
140
Gasmotor
[kWe]
13,5
45
VR-ketel
[gulden]
400
HR-ketel
[gulden]
490
WP-unit
[ct/kWhth]
4,0
2,0
1,5
1,0
0,8
0,6
0,6
WKK-unit
[ct/kWhe]
8,0
4,5
3,0
2,5
2,0
1,6
1,6
87,5
In de.Tabellen 2.6a t/m d zijn voor de VR-ketel,.HR-ketel, de WP-unit en de WKK-unit de speci~~:ficatie van de diverse kostenposten opgenomen. In de tabellen is tevens het aantal eenheden opgegeven. Bij de WP-units (Tabel 2.6c) wordt onderscheid gemaakt tussen bronkoeling en luchtkoeling. Beide uitvoeringen worden in dit rapport opgenomen, maar in de KNlE-data base wordt uitgegaan van de goedkoopste optie.
22
Tabel 2.ôa. Specificatie VR-ketels Warmtedebiet [kWth]
185 375 700 1300 2600 6150 12300 [1000 gulden], 1991
Civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening VR-ketel
5 16
6
9
25
14
17
35
52 .
46
86
130
225
410
Instrumentatie & e]ektro
6
8
11
18
22
36
60
Leidingwerk & schoorsteen
8
9
18
30
40
46
97
Overig
0
1
2
3
5
9
Engineering
5
8
13
21
27
41
67
99
172
241
392
700
2
2
2
4
Totaal Aantal eenheden
40
57
1
1
2
14
Tabel 2.ób. Specificatie HR-ketels Warmtedebiet [kWth]
185 375 700 1300 2600 6150 12300 [1000 gulden[, 1991
Civiele werkzaamheden Brandstofvoorziening HR-ketel
5 22
6 39
9
14
17
35
52
74
126
184
325
570
Instrumentatie & e]ektro
6
9
13
20
24
39
67
Leidingwerk & schoorsteen
9
11
23
36
43
57
120
Overig
0
1
10
!7
Engineering
7
11
18
28
35
54
88
49
77
139
227
308
520
914
1
1
2
2
2
2
4
Totaal Aantal eenheden
2
23
3
5
Tabel 2.ôc. Specificatie WP-units Warmtedebiet [kWth]
185
375
WP-vermogen [kWth]
37
75
700 1300 2600 6150 12300 140
260
520 1230
2460
[1000 gulden 1991] 6
Civiele werkzaamheden Container
6 30
Brandstofvoorziening
6
12
12
30
30
6
6
46
69
138
6
12
23
46
WP-unit
40
75
98
155
264
552
1046
Met bronkoeling
22
22
33
67
89
111
189
Met luchtkoeling
11
22
33
67
111
133
222
6
6
11
11
11
22
44
40
51
80
137
251
433
0
6
6
12
12
12
23
15
19
22
29
41
66
113
Totaal met bronkoeling
118
210
269
402
612
1106
2032
Totaal met luchtkoeling
107
210
269
402
634
1128
2065
1
1
1
1
1
2
4
185
375
Instrumentatie & elektro
23
Leidingwerk & schoorsteen Overig & inbedrijfstelling Engineering
Aantal eenheden Tabel 2.ód. Specificatie WKK-units Warmtedebiet [kWth] WKK-vermogen [kWe]
13,5
700 1300 2600 6150 12300
45
87,5 165
330
920
1840
115
207
[1000 gulden 1991] Civiele werkzaamheden
0
Container Brandstofvoorziening
12
12
12
12
30
30
30
30
2
2
6
8
17
35
58
WKK-unit
28
81
123
170
336
1350
2600
Instrumentatie & elektro
13
28
33
44
77
232
376
Leidingwerk & schoorsteen
6
46
68
103
205
285
570
Overig & inbedrijfstelling
0
0
0
0
47
70
20
23
28
46
120
216
62
219
295
395
723
2184
4097
1
1
1
1
2
1
2
Engineering
13
Totaal Aantal eenheden
0
24
2.3. Kentallen Op basis van in de vorige paragrafen gepresenteerde gegevens zijn enkele relevante kentallen uit te rekenen betreffende de specifieke investeringen. Deze worden zoals gebruikelijk uitgedrukt als investering per kilowatt. In Tabel 2.7 zijn deze kentallen opgenomen. Tabel2.Z Investeringen warrnteproducerende eenheden Debiet
[kWth]
185
375
WP/WKK-unit
[kWth]
37
75
Gasmotor
[kWe]
13,5
45
VR-ketel
[gld/kWth]
215
150
HR-ketel
[gld/kWth]
265
WP-unit WKK-unit
2600
6150 12300
260
520
1230 2460
165
330
920 2x920
140
130
95
65
60
205
200
175
120
85
75
[gld/kWth] 2910
2870
1930
1550
1180
895
820
[gld/kWe]
4870
3370
2390
2220
2370
2230
4590
700 1300 140 87,5
25
26
