Opleiding Duurzaam Gebouw : ENERGIE Leefmilieu Brussel
Warmte Kracht Koppeling in duurzame gebouwen Yves LEBBE WKK specialist Dienst Facilitator Duurzame Gebouwen
Objectieven van deze presentatie ●
Warmtekrachtkoppeling in duurzame gebouwen verstaan ►
De voordelen en de limieten
►
Elementen voor een correcte dimensionering
►
Aandachtspunten
2
Overzicht
● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
Wat is een warmtekrachtkoppeling, werkingsprincipe ? Hoe maakt men gebruik van een warmtekrachtkoppeling ? Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? De meeste courante technologieën De beperkingen van een warmtekrachtkoppeling Enkele aandachtspunten Fases in een warmtekrachtkoppeling project Een eerste pertinentiestudie uitvoeren Ondersteuning en premies GSC-mechanisme voor warmtekrachtkoppeling
3
● Principe
van de warmtekrachtkoppeling:
de gecombineerde productie van twee energievormen (elektriciteit en « gevaloriseerde » warmte) met eenzelfde brandstof.
µ-warmtekrachtkoppeling als Pe < 50 kW µ-WKK huishoudelijk: +/- 1kWe
12%
35% elek 100% 53% therm 4
Principe van een warmtekrachtkoppeling Klassieke
elektriciteitsproductie: zeer efficiënte installatie 5% 40%
100%
55%
5
Principe van een warmtekrachtkoppeling
Klassieke warmteproductie : seizoensrendement van 90%
10%
100%
90%
6
Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire
kWh
energiebesparing te realiseren kWh 1 000
kWh elektriciteit 1 000
WKK 2 857 aardgas (35 % elek) (53 % therm) 1 514
warmte
343
verliezen
1 514
kWh Stoom Gas Turbine 1 818 (55%) AardgasKetel (90 %)
3 500
1 682
986
Een besparing van 643 kWh op aardgas (18 %) ! 7
Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire energiebesparing te realiseren en financieel
kWh
kWh 1 000
WKK 2 857 aardgas (35 % elek) (53 % therm) 1 514
343
kWh elektriciteit 1 000
warmte
1 514
pertes
986
kWh Stoom Gas Turbine 1 818 (55%) AardgasKetel (90 %)
3 500
1 682
1 Een 175 kWh gasvan<< 1 kWh 000 kWh besparing 643 aardgas (18 %) ! 4 c€ / kWhgas 8 à 15 c€elektriciteit / kWhe 8
Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire energiebesparing te realiseren en financieel en CO2
In het geval van een warmtekrachtkoppeling op aardgas CO2 -emissiecoëfficiënt: 217 kg CO2/MWh aardgas
FCO2 = 2 857 x 0.217 = 620 kg CO2 kWh
kWh
1 000 2 857
WKK aardgas (35 % elek) (53 % therm)
ECO2 = 1 818 x 0.217 = 395 kg CO2
kWh
elektriciteit
1 000
kWh
Stoom Gas Turbine
1 818
(55%)
1 514
warmte
1 514
AardgasKetel
1 682
(90 %) 343
verliezen
986
Een besparing van 140 kg CO2 !
QCO2 = 1 682 x 0.217 = 365 kg CO2 9
Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Nog tal van andere voordelen!
Economie
Leefmilieu Sociaal Lokale werkgelegenheidsgroei (studies, installaties, onderhoud,…) Export van expertise Sensibilisering – « groen » merkimago
Vermindering energiefactuur Rentabiliteit investering Decentrale productie Diversificatie elektriciteitsproductie.
Vermindering CO2-uitstoot Behoud energiereserves (verminderd primair energieverbruik) Verminderde transmissieverliezen
De 3 pijlers van duurzame ontwikkeling 10
Overzicht van beschikbare technologieën Warmteterugwinning
bij bestaande technologieën voor
elektriciteitsproductie
Elektrogeen groepen (interne verbrandingsmotor)
►
Turbines op gas/biogas/stookolie
►
(Turbines op stoom – stoommotor)
►
Stirlingmotor (externe verbrandingsmotor)
Type brandstof : ►
Fossiele brandstoffen : gas, stookolie, propaan, steenkool, …
►
Hernieuwbare brandstoffen : hout, biogas, biodiesel, olieën, …
11
De interne verbrandingsmotor 343 kWh (12%)
1514 kWh (53%)
LA COGENERATION PAR
1000 kWh (35%) 2857 kWh (aardgas) 12
Voorbeeld warmtekrachtkoppeling met interne verbrandingsmotor
13
Andere voorbeelden …
www.senertec.de : 5 à 5.5 kWe 10.3 à 12.5 kWth
www.sokratherm.de 120 kWe – 209 kWth
14
Stirlingmotor (motor met externe verbranding)
15
Stirlingmotor (motor met externe verbranding)
16
Bijzondere toepassing van een Stirlingmotor :
de huishoudelijke MICRO- warmtekrachtkoppeling
Elektrisch vermogen: 1 kW Thermisch vermogen: 7 à 14 kW Budget : ongeveer 20.000 €
17
De « hernieuwbare » warmtekrachtkoppeling Technologieën :
►
Motor op plantaardige olie Koolzaadolie
►
Motor op biogas Vergassing van hout, vergisting van organisch materiaal
18
Waarom BIObrandstoffen gebruiken ?
Minder CO2 uitstoot dan een fossiele brandstof (compensatie door de CO2 opname tijdens de groei van de planten) CO2 coëfficiënt voor : stookolie = 306 kg/MWh aardgas = 217 kg/MWh biodiesel = 80 kg/MWh plantaardige olie = 70 kg/MWh
Minder CO2 uitstoot => meer GSC. Opgelet: andere elementen in de uitlaatgassen (NOX, PM10, …) hebben een invloed op de luchtkwaliteit, in Brussel kan dit voor an,dere problemen zorgen.
1 ha = +/- 1 150 liter = +/- 11 MWh
19
Nieuwe technologie op komst: de brandstofcel
Brandstofcel van het type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 20
De beperkingen van warmtekrachtkoppeling ●
Gelijktijdigheid van de behoeften aan elektriciteit en warmte
●
… maar mogelijk om elektriciteit terug te verkopen en/of de warmte op te slaan
●
Vervangt een klassieke ketel niet volledig
●
… maar is een nuttige aanvulling
●
Vereist een bijkomende investering (in vgl met een ketel)
●
… maar dit kan vrij snel worden terugverdiend mbv de « groenestroomcertificaten » en de « Energiepremies »
●
Vereist een regelmatige en duurdere opvolging (in vgl met een ketel)
●
… maar mogelijk om dit uit te besteden (garanties, telemetrie, …)
21
Criteria voor het bepalen van het te installeren vermogen Vaststelling :
Voor een zelfde gebouw is het mogelijk om verschillende WKK vermogens te installeren. Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur) - 2002
kWth 1600
1400 1200
1000 800 600
400 200 0 1
731
1461
2191
2921
3651
4381
5111
5841
6571
7301
8031
22
Criteria voor het bepalen van het te installeren vermogen • Gedimensioneerd in functie van de thermische behoeften (zodat alle geproduceerde warmte kan gevaloriseerd worden en zo een «kwalitatieve warmtekrachtkoppeling » wordt gerealiseerd).
Het is de warmtebehoefte waarrond alles draait bij een warmtekrachtkoppeling
• Vul de basisbehoefte aan thermische warmte in (om veelvuldig opstartenuitschakelen te vermijden)
De warmtekrachtkoppeling produceert nooit de volledige warmte- en elektriciteitsbehoefte van het gebouw. De resterende warmte moet geleverd worden door een of meerdere ketels De resterende elektriciteit wordt geleverd door het net
• Vermijd dat er teveel elektriciteit moet teruggezet worden op het net (om de geproduceerde elektriciteit zoveel mogelijk te valoriseren aan het beste tarief)
De meeste rendabele situatie is deze waarbij alle geproduceerde elektriciteit ter plaatse wordt verbruikt (op hetzelfde moment); Uitz: collectieve huisvesting 23
Criteria voor het bepalen van het te installeren vermogen Een slecht gedimensioneerde warmtekrachtkoppeling leidt tot problemen: Als het geïnstalleerd vermogen te groot is: motor draait niet
goed, teveel start/stop, vroegtijdige veroudering, verhoogde onderhoudskost, slecht rendement. Als het vermogen te klein is: technisch gezien stelt zich geen
probleem, maar de winst had hoger kunnen zijn.
24
De criteria voor een goede warmtekrachtkoppeling ? ●
3 belangrijke criteria: ►
1. warmtebehoeften zijn « omvangrijk en constant » (goed dag – week - maandprofiel)
►
2. elektriciteitsbehoeften zijn « vrij constant » (goed dag week - maandprofiel)
►
3. de mogelijkheid om de WKK te integreren op de site: (beschikbare plaats, toegang, aansluitingen, vloerbelasting, …)
25
Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.1. Retour / Retour
gebruiker
WKK
●
● ●
ketel
● ●
●
26
Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.2. Retour / Vertrek
gebruiker
WKK
●
● ●
ketel
● ●
●
27
Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.3. Retour / Vertrek – met warmteopslag (buffer)
gebruiker
opslag
●
● ●
WKK
ketel
● ●
●
28
De fases in een warmtekrachtkoppelingsproject ●
1° stap : Pertinentiestudie met CogenCalc.xls
●
2° stap : Haalbaarheidsstudie door een studiebureau (zeer belangrijk)
●
3° stap : De investeringssteun en de financiering
●
4° stap: Aanvraag milieu vergunning
●
5° stap : Opstellen lastenboek en engineering
●
6 ° stap : Analyse van de offertes
●
7° stap: Bestelling, installatie en inbedrijfstelling
●
8° stap: Opvolging van de prestaties, (zeer belangrijk) en beheer van de GSC
30
Milieu vergunning Wanneer moet er een milieuvergunning voor een WKK aangevraagt worden? Een WKK is niet als dusdanig geklassifeerd maar wel door verschillende élementen ervan: ►
De elektrische generator (vanaf 100 kVA) « klasse 55 »
►
De verbrandingsmotor (vanaf 20 kW) « klasse 104 »
►
Of van een verbrandingsinstallatie (vanaf 100 kW) « klasse 40 »
Wat zijn de emissie normen ?
Motor op aardgas CO: 500 mg/Nm³ Nox: 300 mg/Nm³
Motor op koolzaad olie CO: 500 mg/Nm³ Nox: 300 mg/Nm³ 31
Een pertinentiestudie uitvoeren Met behulp van COGENcalc.xls Gegevens: • Warmtebehoeften en het profiel (type) • Elektriciteitsbehoeften • Prijs van de energieën Maar vooraleer te starten: denk aan REG !
32
Steun en premies
●
FEDERAAL NIVEAU ►
Belastingvermindering voor ondernemingen voor energiebesparende investeringen: 15,5% onder de vorm van een aftrek van de winst tijdens de investeringsperiode (aanslagjaar 2013)
33
Steun en premies
●
GEWESTELIJK NIVEAU ►
Energiepremies 2013 van Leefmilieu Brussel voor WKK (premie E2) ►
Haalbaarheidsstudies voor een WKK: 50% van het factuur bedrag
►
Investeringssteun: (beperkt tot 30%) ►
3500 €* Pélec (kW )
Voorbeeld: voor een WKK van 50 kWe: 24.750 €
34
Steun en premies ●
Gewestelijk niveau ► Energie premie 2013 van Leefmilieu Brussel voor de volledige renovatie van een stookplaats (C1b) : De volledige renovatie van de stookplaats met inbegrip van een nieuwe ketel, een nieuwe regeling, een WKK en pompen met frequentieregeling. ►
►
► ► ► ►
Nieuwe ketel HR Top (C1): 1200 € tot 40 kW vervolgens 10€/kW bijkomend vermogen Thermisch regeling (C3): omgevingsthermostaten met timer: 25 €/st., thermostaatkranen: 10 €/st. Regeling (E6) WKK (E2): 3500 €* Pélec (kW ) Frequentie regeling pompen (E5): tussen 150 € en 400 €/st. Cumul van de premies C1, C3 (of E6), E2 en E5 +20% van het totaal bedrag als bonus.
35
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling ►
« Compensatie » voor de vermeden CO2 uitstoot bij de productie van groene elektriciteit (hernieuwbare energie en kwalitatieve warmtekrachtkoppeling)
►
CO2 besparing in vergelijking met de referentietechnologieën : STEG-Centrale met elektrisch rendement van 55% Gasketel met thermisch rendement van 90%
36
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling ●
Noodzakelijke voorwaarden voor een kwalitatieve warmtekrachtkoppeling
om in aanmerking te komen voor Groenestroomcertificaten : ►
► ►
►
Een CO2 –besparingsvoet halen van minstens 5% vergeleken met de referentie installaties = kwalitatieve warmtekrachtkoppeling installatie gecertificeerd door Brugel Driemaandelijkse uitgifte van GSC op basis van de tellerstanden van gas, elektriciteit en warmte Tien jaar na de certificatiedatum › › › › ›
Netto elektriciteit- en warmteproductie worden in aanmerking genomen Tellers volgens MID-norm GSC geldig gedurende 5 jaar 1 GSC voor 217kg vermeden CO2 Minimumprijs 65 €/GSC 37
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling
Elektriciteitsleveranciers
Eigenaar van een warmtekrachtkoppeling
Verkoop GSC elektriciteit +/- 85 EUR / GSC *Evolutie van de quotas
2013 2014 2015 2016 … 3,50% 3,80% 4,50% 5,10% …
2025 12,00%
38
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling De warmtekrachtkoppeling vermindert de uitstoot van CO2 E = 394,5 kg CO2
F = 542,5 kg CO2
CO2 –uitstootcoëfficiënt: 217 kg CO2/MWh voor aardgas in BGH 306 kg CO2/MWh voor stookolie 70 kg CO2/MWh voor koolzaadolie
GCO2 = ECO2 + QCO2 - FCO2
Q = 271,25 kg CO2
39 39
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling ►
GCO 2
Winst in CO2
Prélec Prtherm Prélec * Cgaz * Cgaz / mazout * Ccogen 55% 90% élec ►
Besparingsvoet van CO2
CO 2
►
GCO 2 absolu Prélec Prtherm * Cgaz * Cgaz 55% 90%
Aantal GSC
NCV
GCO 2 si CO 2 5% Cgaz
40
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling kWh
kWh 1 000
kWh elektriciteit 1 000
WKK 2 857 aardgas (35 % elek) (53 % therm) 1 514
warmte
343
verliezen
1 514
kWh Stoom Gas Turbine 1 818 (55%) AardgasKetel (90 %)
1 682
986
GCO2 = (394,5 + 271,3 – 542,5) kg CO2
ofwel 123,3 kg CO2
TCO2 = 123,3 / 665,8 = 18,5% (> 5%)
Ncv = 123,3 / 217 = 0,57 GSC 1 GSC = ± 85 € Ongeveer 50 € per MWh 41
Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling ●
Om de warmtekrachtkoppeling te stimuleren in de
collectieve huisvestingssector, voorziet het besluit van 26 mei 2011 in een hogere uitgifte van GSC voor kwalitatieve warmtekrachtkoppeling zodat deze (meer) rendabel wordt
Multiplicatorfactor op het aantal GSC ●
Voor een geïnstalleerd vermogen van de warmtekrachtkoppeling op een site : ►
Lager of gelijk aan 50 kW: factor 2
►
Hoger dan 50 kW: factor 1,5
►
Voorwaarden:
●
Collectieve huisvesting ● Kwalitatieve WKK op aardgas ● Correct gedimensioneerd (*) op de totale warmtevraag ● De nuttige warmte moet voor meer dan 75% voor residentiële klanten bestemd zijn ● In werking gesteld na 1 januari 2011 42 42
Interessante tools, websites, ...: ●
De « tools » : ► ►
►
●
Een « specialist warmtekrachtkoppeling » staat ter beschikking: ► ►
●
« Een studie uitvoeren … volgens de regels van de kunst» De tools Cogencalc, Cogenextrapolation, CogenOptitherm en Cogensim Lijst van actoren i.v.m. warmtekrachtkoppeling
Ondersteuning studiebureaus en projectbeheerders Begeleiding bij projectuitvoering
Nuttige sites : ► ► ► ►
www.leefmilieubrussel.be www.brugel.be www.Sibelga.be www.cogensud.be 43
Te onthouden uit deze presentatie ●
●
Een warmtekrachtkoppeling kan een zeer interessante toepassing zijn ►
Als de behoefteprofielen van warmte en elektriciteit min of meer in overeenstemming zijn
►
Kan belangrijke CO2-besparingen opleveren
►
Maakt het mogelijk de energiefactuur te verlagen dankzij een interessante investering (TVT < 5 jaar)
Maar deze moet wel goed gedimensioneerd zijn, goed geïntegreerd en correct opgevolgd worden ►
Haalbaarheidsstudie, engineering, professionele installatie
►
Onderhouds- en exploitatiecontract
44
Contact Yves Lebbe Specialist Warmtekrachtkoppeling – Dienst Facilitator Duurzame Gebouwen
: 0800/85.775
E-mail :
[email protected]
45
