Doorzoek volledige site
06 april 2011 | EVA SCHREURS

Warmtekrachtkoppeling: een informatieve wegwijzer

Warmtekrachtkoppeling (WKK) is een energietransformatie-proces dat primaire en secundaire energie op een efficiƫnte wijze geschikt maakt voor dagelijks energiegebruik. Hoe werkt WKK? Wat is het verschil met klassieke energievoorziening? Hoe rendabel is het? Wie heeft er baat bij en welke overheidssteun is beschikbaar? Een overzicht.

Warmtekrachtkoppeling (WKK) is een energietransformatie-proces dat de energie die aanwezig is in primaire en secundaire bronnen, zoals biobrandstoffen of windenergie, op een efficiënte wijze geschikt maakt voor dagelijks energiegebruik. Alvorens te kiezen voor een WKK-installatie, moet er veel overwogen worden. Vooreerst moet men nadenken over het specifieke energieverbruik van het project in kwestie. Daarnaast is er de vraag welke energiebesparingen mogelijk zijn en op welke wijze die gerealiseerd zouden worden.

Duurzame energiepolitiek

Om na te denken over en beslissingen te maken betreffende een duurzame energiepolitiek, wordt wel eens gebruik gemaakt van de methodologie “Trias Energetica”.


De Trias Energetica


De “Trias Energetica” is een stappenplan dat kan doorlopen worden om een zo duurzaam mogelijke energievoorziening te bereiken. Hierbij moeten eerst zoveel mogelijk maatregelen uit stap 1 worden genomen. Wanneer dit technisch-economisch niet meer haalbaar is, kan overgegaan worden naar maatregelen uit stap 2. De restvraag dient tenslotte te worden ingevuld met maatregelen uit stap 3. Hierbij gaat men uit van het onderliggende principe dat maatregelen uit stap 1 de meest duurzame zijn, gevolgd door deze uit stap 2 en tenslotte uit stap 3.

In de eerste stap tracht men de energievraag zoveel mogelijk te beperken onder het motto “De meest duurzame energie is de energie die je niet verbruikt”. Het gaat dan over maatregelen die energieverspilling voorkomen, zoals goed geïsoleerd en luchtdicht bouwen, energiezuinige toestellen en verlichting, warmteterugwinning, instellen van lagere temperaturen …
In de tweede stap gaat men na of hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie, biomassa,... kunnen gebruikt worden. Hierdoor wordt op een schone manier energie geproduceerd en worden fossiele brandstoffen gespaard.
De derde stap ten slotte legt de nadruk op het gebruik van efficiënte energietransformatie-processen zoals WKK. Door hoge rendementen te realiseren bij het omzetten van energie worden brandstof en andere energiebronnen efficiënt benut, waardoor bespaard kan worden op primaire en secundaire energie.


Wat is WKK … en waarom?

Klassieke energievoorziening

De energiebehoefte van een bedrijf of gebouw bestaat klassiek uit warmte en elektriciteit. Meestal worden warmte en elektriciteit gescheiden geproduceerd, wat wil zeggen dat elke energievorm in een afzonderlijke installatie wordt opgewekt. Elektriciteit is eenvoudig te transporteren. De opwekking gebeurt vaak op afstand in grote centrales en via het net wordt de elektriciteit naar de eindgebruiker gebracht. Transport van warmte is minder eenvoudig. Daarom wordt warmte meestal ter plaatse bij de verbruiker geproduceerd met behulp van een klassieke ketelinstallatie.

Het principe van WarmteKrachtKoppeling

Warmtekrachtkoppeling (WKK) is een efficiënt energietransformatieproces waarbij warmte en elektriciteit gelijktijdig worden opgewekt in eenzelfde installatie, uitgaande van dezelfde primaire energiebron. Gezien warmte moeilijk te transporteren is, bevindt deze installatie zich dicht bij de warmteverbruiker. De hoogwaardige warmte die vrijkomt bij het verbranden van de brandstof wordt dan eerst gebruikt voor het produceren van mechanische energie, die dan verder via een alternator wordt omgezet in elektriciteit. Hierna blijft laagwaardige warmte over, die wordt gebruikt om te voldoen aan de specifieke warmtevraag van een bedrijf, ziekenhuis,... Op deze manier wordt een brandstof meer efficiënt ingezet. Onderstaande afbeelding stelt WKK en gescheiden opwekking schematisch voor:
 


WKK versus gescheiden opwekking


Het grote voordeel van WKK of cogeneratie is dat bij gezamenlijke opwekking van warmte en elektriciteit de in de brandstof aanwezige energie beter wordt benut. Hierdoor is minder brandstof nodig dan bij een gescheiden productie van eenzelfde hoeveelheid warmte en elektriciteit. Een goed gedimensioneerde WKK, die op een correcte manier wordt uitgebaat zal m.a.w. steeds een primaire energiebesparing realiseren. Als gevolg van deze primaire energiebesparing zorgt WKK er dus ook voor dat de CO2-uitstoot en de uitstoot van andere schadelijke stoffen (roet, NOx, SO2, CO, ...) gereduceerd wordt.

Er bestaan verschillende technologieën om het bovenstaande principe van gecombineerde productie van elektriciteit en warmte te realiseren. Elke technologie heeft zijn specifieke toepassingsgebieden. De meest courante uitvoeringsvormen zijn de stoom- en de gasturbine voor grote vermogens en de inwendige verbrandingsmotor voor kleinere vermogens. Voor deze kleinere vermogens zijn ook microgasturbines beschikbaar, maar die worden nog niet veel toegepast. Daarnaast staat micro-WKK op basis van een Stirlingmotor op de rand van een marktdoorbraak en wordt onderzoek verricht naar nieuwe technologieën, zoals brandstofcellen.



De verschillende technologieën en hun toepassingsgebieden


De meeste WKK’s werken op fossiele brandstoffen, maar het is ook mogelijk om hernieuwbare energiebronnen als brandstof te gebruiken, denken we maar aan biomassa, bio-olie of biogas. Een dergelijke uitvoering biedt een dubbel voordeel: er wordt niet alleen een milieuvriendelijke brandstof gebruikt, maar deze wordt bovendien optimaal benut.


Energiebesparing dankzij WKK

De grootte van de primaire energiebesparing is afhankelijk van de gehanteerde rendementen van zowel de gescheiden productie als van de WKK-installatie. Naarmate de rendementen van de WKK-installatie groter worden, stijgt ook de relatieve primaire energiebesparing (RPE). Omgekeerd geldt echter ook dat een kleinere RPE wordt bekomen wanneer de rendementen van de gescheiden opwekking beter worden. In de praktijk kan de WKK-installatie de warmte- en elektriciteitsbehoefte niet steeds precies kan dekken, waardoor de mogelijkheid om bijkomend energie te produceren op de klassieke wijze steeds moet worden voorzien. De primaire energiebesparing is dan lager.


De voorwaarden voor een kwaliteitsvolle WKK

Opdat een WKK-installatie de energiebesparing ook daadwerkelijk zou realiseren en dus kwaliteitsvol zou zijn, is het zeer belangrijk dat deze goed gedimensioneerd en uitgebaat wordt. Overdimensionering (te grote WKK t.o.v. de warmtevraag), deellastwerking en een hoge start/stop-frequentie van de eenheid moeten worden vermeden en steeds dient een zo continu mogelijke werking nagestreefd te worden.

Al levert een goed ontworpen, correct uitgebate WKK-installatie een primaire energiebesparing, is er meer dat de zinvolheid van de investering bepaalt. De investering in een WKK-eenheid is immers aanzienlijk. Het merendeel van de bedrijven zal een WKK inderdaad pas plaatsen indien het een rendabele investering is. De energiebesparing en de dus lagere energiefactuur moet het mogelijk moet maken om tot aanvaardbare terugverdientijden van die initiële investering te komen. Een warmtevraag, die voldoende groot en stabiel is, is hiervoor een noodzakelijke, maar niet voldoende, voorwaarde.




WKK in de gebouwensector

In een aantal gebouwen vinden we een elektrische en thermische vraag, die qua grootte en spreiding in de tijd van die aard zijn om mogelijkheden te bieden voor WKK. Appartementsblokken, hotels en restaurants, rust- en ziekenhuizen, onderwijsinstellingen, kantoorgebouwen, winkels, supermarkten, winkelcentra en zwembaden en ontspanningscentra kunnen bij WKK baten.
Warmte geproduceerd door warmtekrachtinstallaties kan in deze gebouwen worden gebruikt om te voldoen aan de behoefte aan sanitair warm water, voor verwarming of koeling van ruimtes of verwarming van zwembadwater. Voor deze toepassingen en activiteiten zijn vooral warmtekrachtinstallaties gebaseerd op inwendige verbrandingsmotoren interessant. Het loont dus zeker de moeite om deze techniek op zijn haalbaarheid te onderzoeken. Een Besluit van de Vlaamse Regering voorziet bovendien in een verplichte haalbaarheidsstudie voor alternatieve energiesystemen voor nieuwe gebouwen groter dan 1000 m².

Voor ééngezinswoningen komen alleen WKK-installaties in aanmerking met kleine vermogens. Velen stellen hierbij hun hoop op de doorbraak van de Stirlingmotor. Hieromtrent lopen reeds heel wat veldtesten in het buitenland: Nederland, Duitsland, Japan, Verenigd Koninkrijk, etc. Toonaangevende fabrikanten zijn momenteel bezig met onderzoek en ontwikkeling naar deze vorm van micro-WKK, die door sommigen de opvolger van de condensatieketel genoemd wordt en het lijkt erop dat een commerciële doorbraak dichtbij is.


Subsidies

Een WKK-installatie is een niet te minimaliseren investering, waardoor het in de sector ruimteverwarming (tertiaire en residentiële sector) niet zo evident is om tot rendabele WKK-projecten te komen. Daarom voorzien de verschillende overheden een aantal steunmechanismen om een kans te geven aan WKK-projecten die een energiebesparing realiseren ten opzichte van de klassieke gescheiden productie van elektriciteit en warmte, maar die zonder steun economisch niet rendabel zijn. Op het federale niveau is er de verhoogde investeringsaftrek en op het Vlaamse niveau zijn er de ecologiepremie en de subsidie voor vzw’s en lokale besturen. Naast deze investeringssubsidies bestaat er ook exploitatiesteun in Vlaanderen onder de vorm van de warmtekrachtcertificaten.