WKK (Warmte-KrachtKoppeling)

Hoe werkt wkk?
Het merendeel van onze elektriciteit wordt opgewekt in grote elektriciteitscentrales. Daarbij verdwijnt een groot deel van de energie via het koelwater in rivieren, de zee of door middel van koeltorens in de lucht. Gemiddeld gaat zo zelfs meer dan de helft van de verbruikte energie verloren. In de modernste centrales, die aardgas verstoken in gasturbines, is het verlies nog altijd 45%. In kolengestookte centrales zijn de verliezen beduidend hoger en zijn bovendien de emissies van broeikasgassen en verzurende stoffen, per opgewekte kWh elektriciteit, hoger dan bij aardgas.
In een aantal gevallen heeft men dit verlies gedeeltelijk ondervangen door het koelwater via leidingen naar gebouwen of kassen te brengen: stadsverwarming. Omdat nu het koelwater een hogere temperatuur moet hebben, daalt het rendement voor elektriciteitsproductie. Bovendien gaat er warmte verloren in de lange leidingen en wordt lang niet alle warmte gebruikt. De productie van elektriciteit staat immers voorop bij elektriciteitscentrales.
Een energetisch fraai alternatief is warmte-krachtkoppeling ofwel wkk. Bij wkk worden elektriciteit en warmte tegelijkertijd bij de verbruiker opgewekt. Daarmee worden de verliezen voor transport van warmte en elektriciteit vrijwel geëlimineerd. De warmtevraag staat normaal gesproken voorop bij wkk, zodat vernietiging van warmte nauwelijks voorkomt. Het brandstofverbruik voor de gecombineerde productie van elektriciteit en warmte in een wkk is daardoor een stuk lager dan het verbruik voor de productie van eenzelfde aantal eenheden elektriciteit en warmte afzonderlijk in elektriciteitscentrale en c.v.-ketel. Het totaalrendement voor omzetting van brandstof in elektriciteit en warmte ligt bij een wkk gewoonlijk op 85%. Hogere rendementen zijn mogelijk door ook restwarmte op lage temperatuur te benutten. Als ook de condensatiewarmte van de waterdamp in de rookgassen wordt benut kan het rendement zelfs de 100% benaderen. Dan kun je naar analogie van de hr-ketel spreken van hr-wkk.
Als brandstof voor de wkk wordt in Nederland meestal aardgas gebruikt, maar ook biogas en stortgas worden wel gebruikt. De wkk levert dan duurzame energie. In principe is elke brandstof mogelijk. De keuze van de krachtbron, die de generator in de wkk aandrijft, hangt samen met de beschikbare brandstof, het gewenste vermogen en de vorm waarin de warmte geleverd moet worden.
In industriële processen, waar meestal grote vermogens nodig zijn en warmte in de vorm van stoom gevraagd wordt, is de gasturbine meestal de aangewezen krachtbron. Gasturbines worden tot zeer grote vermogens gebouwd en ook toegepast in moderne centrales.

Schema van een hr-wkk: 1-gasmotor, 2-generator, 3-rookgaskoeler, 4-rookgascondensor, 5-aardgastoevoer, 6-rookgasfvoer 45 °C, 7-c.v.water 70-85 °C, 8-lagetemperatuursverwarming 30-35 °C, 9-condenswaterafvoer, 10-verbrandingslucht (Klik het schema voor een grotere afbeelding)

Voor de verwarming van kantoren, ziekenhuizen, bedrijfshallen, tuinbouwkassen, e.d. wordt meestal een verbrandingsmotor gebruikt. Een dergelijke motor werkt net als de automotor, maar loopt op aardgas of biogas in plaats van benzine of lpg. Het koelwater van de motor en de warmte van de uitlaatgassen worden gebruikt om c.v.-water op te warmen. Meestal is de maximale c.v.-watertemperatuur dan 80 tot 90 °C. Er zijn ook speciale motoren, die met koelwater van 120 °C werken. Gasmotoren zijn beschikbaar voor vermogens van slechts 5 kW tot 5 of meer MW!
Op heel kleine schaal worden ook al kleine wkk's met Stirlingmotor, microgasturbine of brandstofcel gebouwd. Mogelijk is de brandstofcel een optie voor de toekomst om per woning een wkk te plaatsen. Op dit moment is wkk nog voorbehouden aan grotere energieverbruikers.

Van beide foto's is een grotere versie beschikbaar als u er op klikt.

Milieuvoordelen
Toepassing van wkk levert een duidelijke besparing op in vergelijking tot conventionele elektriciteitsopwekking en verwarming. Daarmee wordt ook een belangrijke bijdrage geleverd aan vermindering van het broeikaseffect door een lagere emissie van CO₂. De besparing varieert met de keuze van de krachtbron, de besparing op verliezen in het elektriciteitsnet en de vorm waarin de warmte wordt geleverd. Naarmate de warmte op lagere temperatuur wordt gebruikt, neemt de besparing toe. De besparing hangt ook samen met het referentiekader. Het lijkt reëel om als referentie het gemiddelde rendement van elektriciteitscentrales en de emissies uit een mix van de brandstoffen
steenkool en aardgas te gebruiken. Daarnaast kunnen we afhankelijk van de plaats, waar de elektriciteit uit de wkk wordt ingevoerd, nog de besparingen op transportverliezen meenemen. Immers de elektriciteit van een centrale heeft een lange weg, met de daarbij behorende verliezen, te gaan. De elektriciteit uit de wkk is daarentegen direct op de plaats waar het gebruikt wordt. Het Ministerie van Economische Zaken hanteert bij subsidieregelingen momenteel een andere filosofie. Als referentie kiest men het rendement en de emissies van de nieuwste, gasgestookte centrale, de Eemscentrale.

Zuur is, dat door de liberalisatie van de elektriciteitsmarkt wkk's verminderd worden ingezet, terwijl het aandeel kolencentrales toeneemt en kunstmatig goedkope stroom van bruinkoolcentrales wordt geïmporteerd. Dat is ook letterlijk zuur, omdat steenkool en bruinkool naast meer CO₂ ook meer verzurende stoffen de lucht inblazen.
Overigens wordt er gewerkt aan oplossingen om de economische situatie voor wkk te verbeteren door schuiven met de regulerende energiebelasting (REB). Het aardgasverbruik van een wkk is nu vrijgesteld van REB. Investeringen in wkk worden gestimuleerd door investeringsaftrek (EIA).
Wkk is al jaren een belangrijke factor in Nederland. Het aandeel van wkk in de elektriciteitsproductie is zelfs ca. 30 %. Daarmee loopt Nederland voorop in de EU. Het aandeel in het opgestelde vermogen is volgens opgave van Cogen Nederland bijna 40% van het totaal! Wkk is zonder meer de pijler onder de Nederlandse plannen voor reductie van CO₂. Om aan de afspraken van Kyoto te voldoen moet dit vermogen in tien jaar nog bijna verdubbelen. Dat lijkt onder de huidige omstandigheden een onmogelijke opgave. Er zullen bij de huidige lage prijzen voor elektriciteit en hoge prijzen voor aardgas maatregelen nodig zijn om wkk weer economisch rendabel te krijgen. Daar wordt door de politiek nu aan gewerkt. Houd dus moed en blijf plannen maken voor nieuwe investeringen in wkk.

Aandachtspunten
De resultaten van wkk zijn sterk afhankelijk van de daadwerkelijke warmtebenutting. Daarom moet bij de planning van een wkk van tevoren goed onderzocht worden hoeveel warmte er op lange termijn nodig is. Zinvolle besparingsmaatregelen zoals isolatie en terugwinning van warmte uit ventilatielucht moeten meegerekend worden in de bepaling van de warmtebehoefte op lange termijn. Bij ruimteverwarming, waar de warmtebehoefte direct samenhangt met de buitentemperatuur levert meestal de wkk een kwart van het maximaal benodigde vermogen en wordt de rest ingevuld met c.v.-ketel. Erg belangrijk is ook, met name bij kleinschalige wkk, de temperatuur van het c.v.-water en de samenwerking met de c.v.-ketel. Niet alleen neemt de energiebesparing toe met een lagere watertemperatuur, maar het functioneren van de wkk kan sterk belemmerd worden door de c.v.-ketel, als die het c.v.-water te ver opwarmt. Daarom moeten de ketels zo laag mogelijk worden afgesteld. Wel moet gecontroleerd worden, dat het boilerwater, ter voorkoming van legionella, eens per etmaal boven 60 °C komt. Voor een maximaal rendement en maximale levensduur van de wkk, maar ook van ketels en dergelijke, is controle op de kwaliteit van het c.v.-water belangrijk.

Voor meer informatie kunt u altijd mailen naar idee@energieprojecten.com. Ook is het mogelijk om posters van de hier getoonde foto's te bestellen.

Auteursrechten: www.energieprojecten.com.

Aan de hier gegeven informatie kunnen geen rechten worden verleend. www.Energieprojecten.com is niet aansprakelijk voor fouten.