Voor kwaliteitsvolle WarmteKrachtKoppeling in Vlaanderen
Warmtekrachtkoppeling Wat, waarom en wanneer? Tine Stevens COGEN Vlaanderen Studiedag “Slimme netten en WKK” 29 februari 2012 1
COGEN Vlaanderen • Doelstelling: actief meewerken aan de ontwikkeling van kwaliteitsvolle WKK • Expertisecentrum – Expertiseverstrekking naar leden (en niet-leden) • Studiedagen, cursussen, handboek WKK, wegwijzer, website, nieuwsbrieven, ledenberichten, …
• Ontmoetingsplaats voor belanghebbenden – Overlegwerking (WKK-platform en werkgroepen) • Luisteren naar de bestaande noden uit WKK-sector • Actief zoeken naar oplossingen
– Adviezen formuleren naar Vlaamse overheid e.a. 2
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 3
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 4
Waarom WKK? • Noodzakelijk in een duurzame energiepolitiek Niveau 1
Primaire & Secundaire Energie
Niveau 2
Transformatie
WKK Niveau 3
Energie voor Eindgebruik
Niveau 4
Producten & Diensten 5
Waarom WKK? • Noodzakelijk in een duurzame energiepolitiek – Trias Energetica • Toepassen op elk niveau (niet “of”-”of”, maar “en”-”en”) STAP 1: Beperk energievraag • Isolatie • Energiezuinige toestellen • Energiezuinige verlichting
STAP 2: Gebruik duurzame energiebronnen • Zon • Wind • Biomassa
STAP 3: Gebruik energiebronnen efficiënt • Efficiënte transformatieprocessen WKK
6
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 7
Principe van WKK • WKK = de gelijktijdige opwekking, in één proces, van thermische energie en elektrische en/of mechanische energie • Algemeen principe: – Warmtebron op hoge temperatuur gebruiken om elektrische of mechanische energie op te wekken (Rankine cyclus) – (Rest)warmte gebruiken voor specifieke warmtevraag 8
Principe van WKK • Algemene bedrijfsstrategie – WKK vlakbij warmtevraag • Warmte is moeilijk transporteerbaar • Warmteverliezen maximaal beperken
– WKK produceert niet meer warmte dan nodig • Dimensioneren op warmtevraag + basislast! • Alle warmte gebruiken voor nuttige toepassing
– Elektriciteit is eenvoudig transporteerbaar • Verbruik van geproduceerde elektriciteit ter plaatse • Tekort aan elektriciteit wordt vanuit het net aangekocht • Overschot aan elektriciteit wordt aan het net verkocht 9
Principe van WKK • Inpassing van WKK in slimme netten – Betekent dat regeling gebeurt op basis van de elektriciteitsvraag – Buffering van warmte is hierbij noodzakelijk! • Om te vermijden dat nuttige warmte verloren gaat • Mogelijk voor toepassingen met warm water (niet voor stoom)
10
Voordelen van WKK • Aanzienlijke besparing van primaire energie ten opzichte van gescheiden productie van elektriciteit en warmte – Typisch 10 tot 25% ! – Voor fossiele brandstof (aardgas, diesel,…) – Maar ook voor biogas, biomassa, …
• Minder verliezen op elektriciteitsnet door lokaal verbruik van elektriciteit • Minder emissies (CO2, NOx, …) 11
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 12
Nuttige warmte • “Nuttige warmte” = warmte die in een WKK geproduceerd wordt om aan een economisch aantoonbare vraag te voldoen • “Economisch aantoonbare vraag” = de vraag die de behoefte aan warmte of koeling niet overstijgt en waaraan anders onder marktvoorwaarden zou worden voldaan door andere processen van energieopwekking dan WKK
13
Nuttige warmte • Nuttige warmtetoepassing noodzakelijk voor verkrijgen van steun • Voorbeelden van nuttige warmte – Stoom voor proceswarmte – Warm water voor: • Ruimteverwarming en/of koeling • Wijkverwarmingsnetwerken en/of koeling
– Uitlaatgassen van WKK-proces voor directe verwarmings- en drogingsdoeleinden 14
Nuttige warmte • Voorbeelden van “niet” nuttige warmte – Warmte die zonder gebruik in het milieu wordt geloosd – Warmteverliezen van schoorstenen en uitlaatpijpen – Warmte gebruikt in condensatieapparaten
15
Nuttige warmte • Nuttige warmte moet rechtstreeks afkomstig zijn van WKK Warmtevraag Waftap Stoomgenerator
Nuttige warmte WWKK WKK
Wketel Ketel
WREST 16
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 17
Kwalitatieve WKK • Andere noodzakelijke voorwaarde voor krijgen steun: WKK is kwalitatief – Relatieve Primaire Energiebesparing RPE: • RPE ≥ 10% voor WKK ≥ 1 MWe • RPE > 0% voor WKK < 1 MWe 1
=1− η
+
η
• • • •
αQ: Thermisch rendement WKK ηQ: Thermisch referentierendement (EU) αE : Elektrisch rendement WKK ηE : Elektrisch referentierendement (EU)
18
Kwalitatieve WKK Gescheiden productie
WKK Warmte: 50 Elektriciteit: 34
Warmte: 50 Elektriciteit: 34
6
50
34
90% 56
=1−
16
34 50%
124
1 +
50
34
50%
34%
100
68
=1−
1
= 19,36% 50% 34% + 90% 49,66% na correctiefactoren
Kwalitatieve WKK
19
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 20
Toepassingen • Industrie
Exxon Mobil 130 MWe
Inesco 130 MWe
Akzo Nobel, Delesto (NL) 520 MWe 21
Toepassingen • Glastuinbouw – ca 650 kWe per ha
22
Toepassingen • Gebouwen
23
Toepassingen • • • • • • •
Zwembaden, sauna, sportcomplexen Ziekenhuizen en verzorgingsinstellingen Rusthuizen Appartementen Kantoren KMO’s Eengezinswoningen 24
Toepassingen Ziekenhuizen Zwembaden
Kantoren Appartementen Sportcomplexen
Glastuinbouw 50 kW 1 kW
10 kW
Micro-WKK
Woningen
1 MW
100 kW
10 MW
Kleinschalige WKK
Grote WKK
Warmtenet Industrie 25
Overzicht • Waarom WKK? • Wat is WKK? – Principe en voordelen – Nuttige warmte – Kwalitatieve WKK
• Wanneer WKK? – Toepassingen – Technologieën 26
Technologieën Warmtenet Industrie
Woningen
CC
Stirlingmotor
Gasturbine μGT Glastuinbouw Kantoren Appartementen Sportcomplexen
Ziekenhuizen Zwembaden
Interne verbrandingsmotor 50 kW 1 kW
10 kW
Micro-WKK
1 MW
100 kW
Kleinschalige WKK
10 MW
Grote WKK
27
Technologieën • • • • • • •
Gasturbine Stoomturbine Interne verbrandingsmotor Microturbine Stirlingmotor Rankine cyclus Brandstofcel
Grote WKK
Kleinschalige en μ-WKK
28
Technologieën • Interne verbrandingsmotor – Elektrisch rendement: 25 % - 42 % – Thermisch rendement: 45 % - 60 % – Elektrisch vermogen: 2 kW - 10 MW – Brandstof: aardgas, biogas, bio-olie, … – Toepassingen voor: • Industrie (warm water of hete gassen) • Gebouwenverwarming • Zwembaden, sauna, sportcomplexen, … 29
Technologieën • Interne verbrandingsmotor – Voordelen • Grote beschikbaarheid • Relatief goedkoop • Levensduur tot 100.000 draaiuren
– Nadelen • • • •
Onderhoudsintensief Trage thermische opstart Geluidsomkasting vereist Aandacht voor emissies, zeker bij diesels 30
Technologieën • Stirlingmotor – Elektrisch rendement: 10 % - 30 % – Thermisch rendement: 60 % - 80 % – Elektrisch vermogen: 1 - 100 kW en meer – Brandstof: alle – Toepassingen voor: • Gebouwenverwarming residentieel (1 kWe)
31
Technologieën • Stirlingmotor
e le c tric ity
S tirlin g
8 0 0ºC
exha ust
bu rne r
C oo lin g w a te r
32
Technologieën • Stirlingmotor – Voordelen • • • •
Elke brandstof kan gebruikt worden Weinig onderhoud nodig Variabele warmtekrachtverhouding Geen back-up boiler nodig
– Nadelen • Hoge investeringskost • Laag elektrisch rendement 33
Conclusies • WKK is een interessante optie om energie te besparen – Vele toepassingen in elk vermogensbereik – Verschillende technologieën mogelijk afhankelijk van vermogen / toepassing – Interessant in combinatie met slimme netten
• Belangrijke aandachtspunten – WKK moet kwalitatief zijn – Warmte moet nuttig gebruikt worden (eventueel gebufferd) 34
Voor kwaliteitsvolle WarmteKrachtKoppeling in Vlaanderen
Dank u voor uw aandacht Contact: COGEN Vlaanderen vzw Zwarte Zustersstraat 16, bus 9 3000 Leuven www.cogenvlaanderen.be 35
