Opleiding Duurzaam Gebouw : ENERGIE

Transcriptie

1 Opleiding Duurzaam Gebouw : ENERGIE Leefmilieu Brussel Warmte Kracht Koppeling in duurzame gebouwen Yves LEBBE WKK specialist Dienst Facilitator Duurzame Gebouwen

2 Objectieven van deze presentatie Warmtekrachtkoppeling in duurzame gebouwen verstaan De voordelen en de limieten Elementen voor een correcte dimensionering Aandachtspunten 2

3 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

4 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

5 Principe van een warmtekrachtkoppeling Klassieke elektriciteitsproductie: zeer efficiënte installatie 40% 5% 100% 55% 5

6 Principe van een warmtekrachtkoppeling Klassieke warmteproductie : seizoensrendement van 90% 10% 100% 90% 6

7 Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire energiebesparing te realiseren kwh kwh kwh kwh elektriciteit Stoom WKK Gas Turbine aardgas (55%) (35 % elek) Aardgas- (53 % therm) warmte Ketel (90 %) 343 verliezen 986 Een besparing van 643 kwh op aardgas (18 %)! 7

8 Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire energiebesparing te realiseren en financieel kwh kwh kwh kwh elektriciteit Stoom Gas WKK Turbine aardgas (55%) (35 % elek) Aardgas- (53 % therm) warmte Ketel (90 %) 343 pertes Een c besparing kwh / kwhgas van << kwh à 15 aardgas kwh c elektriciteit / kwhe (18 %)! 8

9 Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Om primaire energiebesparing te realiseren en financieel en CO 2 In het geval van een warmtekrachtkoppeling op aardgas F CO2 = x = 620 kg CO 2 CO 2 -emissiecoëfficiënt: 217 kg CO 2 /MWh aardgas E CO2 = x = 395 kg CO 2 kwh kwh kwh kwh WKK aardgas (35 % elek) (53 % therm) elektriciteit warmte Stoom Gas Turbine (55%) Aardgas- Ketel (90 %) verliezen 986 Een besparing van 140 kg CO 2! Q CO2 = x = 365 kg CO 2 9

10 Waarom een warmtekrachtkoppeling installeren? Nog tal van andere voordelen! Sociaal Lokale werkgelegenheidsgroei (studies, installaties, onderhoud, ) Export van expertise Sensibilisering «groen» merkimago Economie Vermindering energiefactuur Rentabiliteit investering Decentrale productie Diversificatie elektriciteitsproductie. Leefmilieu Vermindering CO 2 -uitstoot Behoud energiereserves (verminderd primair energieverbruik) Verminderde transmissieverliezen De 3 pijlers van duurzame ontwikkeling 10

11 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

12 De interne verbrandingsmotor 343 kwh (12%) 1514 kwh (53%) LA COGENERATION PAR 1000 kwh (35%) 2857 kwh (aardgas) 12

13 Voorbeeld warmtekrachtkoppeling met interne verbrandingsmotor 13

14 Andere voorbeelden : 5 à 5.5 kwe 10.3 à 12.5 kw th kwe 209 kw th 14

15 Stirlingmotor (motor met externe verbranding) 15

16 Stirlingmotor (motor met externe verbranding) 16

17 Bijzondere toepassing van een Stirlingmotor : de huishoudelijke MICRO- warmtekrachtkoppeling Elektrisch vermogen: 1 kw Thermisch vermogen: 7 à 14 kw Budget : ongeveer

18 De «hernieuwbare» warmtekrachtkoppeling Technologieën : Motor op plantaardige olie Koolzaadolie Motor op biogas Vergassing van hout, vergisting van organisch materiaal 18

19 Waarom BIObrandstoffen gebruiken? Minder CO 2 uitstoot dan een fossiele brandstof (compensatie door de CO 2 opname tijdens de groei van de planten) CO 2 coëfficiënt voor : stookolie = 306 kg/mwh aardgas = 217 kg/mwh biodiesel = 80 kg/mwh plantaardige olie = 70 kg/mwh Minder CO 2 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 = +/ liter = +/- 11 MWh 19

20 Nieuwe technologie op komst: de brandstofcel Brandstofcel van het type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 20

21 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

22 Criteria voor het bepalen van het te installeren vermogen Vaststelling : Voor een zelfde gebouw is het mogelijk om verschillende WKK vermogens te installeren. kw th Monotone des besoin thermiques pour le CA - SPW Bd du Nord (Namur)

23 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 opstarten- uitschakelen 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

24 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

25 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

26 Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.1. Retour / Retour gebruiker WKK ketel 26

27 Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.2. Retour / Vertrek gebruiker WKK ketel 27

28 Voorbeelden van hydraulische koppeling 4.3. Retour / Vertrek met warmteopslag (buffer) gebruiker opslag WKK ketel 28

29 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

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 Motor op koolzaad olie CO: 500 mg/nm³ CO: 500 mg/nm³ Nox: 300 mg/nm³ Nox: 300 mg/nm³ 31

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

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

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 * P ( kw ) Voorbeeld: voor een WKK van 50 kwe: élec 34

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

35 Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling «Compensatie» voor de vermeden CO 2 uitstoot bij de productie van groene elektriciteit (hernieuwbare energie en kwalitatieve warmtekrachtkoppeling) CO 2 besparing in vergelijking met de referentietechnologieën : STEG-Centrale met elektrisch rendement van 55% Gasketel met thermisch rendement van 90% 36

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

37 Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling Elektriciteitsleveranciers Eigenaar van een warmtekrachtkoppeling Verkoop GSC +/- 85 EUR / GSC elektriciteit *Evolutie van de quotas ,50% 3,80% 4,50% 5,10% 12,00% 38

38 Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling De warmtekrachtkoppeling vermindert de uitstoot van CO 2 F = 542,5 kg CO 2 CO 2 uitstootcoëfficiënt: 217 kg CO 2 /MWh voor aardgas in BGH 306 kg CO 2 /MWh voor stookolie E = 394,5 kg CO 2 70 kg CO 2 /MWh voor koolzaadolie Q = 271,25 kg CO 2 G CO2 = E CO2 + Q CO2 - F CO

39 Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling Winst in CO2 Pr Pr Pr G * C * C * C élec therm élec CO2 gaz gaz / mazout cogen 55% 90% élec Besparingsvoet van CO2 CO GCO 2absolu 2 Prélec Prtherm * Cgaz * C 55% 90% gaz Aantal GSC N CV G C CO2 gaz si CO 2 5% 40

40 Groenestroomcertificaten voor warmtekrachtkoppeling kwh kwh kwh kwh elektriciteit Stoom Gas Turbine (55%) WKK aardgas (35 % elek) (53 % therm) warmte Aardgas- Ketel (90 %) verliezen 986 G CO2 = (394, ,3 542,5) kg CO 2 ofwel 123,3 kg CO 2 T CO2 = 123,3 / 665,8 = 18,5% (> 5%) N cv = 123,3 / 217 = 0,57 GSC 1 GSC = ± 85 Ongeveer 50 per MWh 41

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

42 Interessante tools, websites,...: De «tools» : «Een studie uitvoeren volgens de regels van de kunst» De tools Cogencalc, Cogenextrapolation, CogenOptitherm en Cogensim Lijst van actoren i.v.m. warmtekrachtkoppeling Een «specialist warmtekrachtkoppeling» staat ter beschikking: Ondersteuning studiebureaus en projectbeheerders Begeleiding bij projectuitvoering Nuttige sites :

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

44 Contact Yves Lebbe Specialist Warmtekrachtkoppeling Dienst Facilitator Duurzame Gebouwen : 0800/ facilitator@leefmilieu.irisnet.be 45