ECN-RX MICRO-WARMTEKRACHT: Hoe magisch is de Toverketel? G.J. Ruijg. ECN colloquium 2 mei 2005

Transcriptie

1 ECN-RX MICRO-WARMTEKRACHT: Hoe magisch is de Toverketel? G.J. Ruijg ECN colloquium 2 mei 2005 MEI 2005

2 Micro-Warmtekracht: Hoe magisch is de Toverketel? ECN colloquium 2 mei 2005 Gerrit Jan Ruijg Colloquium micro-warmtekracht Wat is micro-wk? Waarom micro-wk? Welke typen micro-wk zijn er? Hoeveel energie bespaart micro-wk? Hoe zit het met de economie? 2

3 Wat is micro-warmtekracht? Gecombineerde opwekking van warmte en elektriciteit Op de schaal van 1 huishouden Elektrisch vermogen tot 5 kwe Waarom micro-warmtekracht? Energiebesparing: doordat warmte die vrijkomt bij elektriciteitsopwekking benut wordt. 3 Huidige situatie: gescheiden opwekking Omgeving Elektriciteits net Energiesysteem Energievraag Elektriciteit Aardgas net (HR)-ketel Tapwater CV 4

4 Situatie Micro-WK: gecombineerde opwekking Omgeving Energiesysteem Energievraag Elektriciteits net Teruglevering/ Inkoop E Dekking eigen gebruik Elektriciteit Aardgas net Micro-WK W Tapwater CV 5 Typen Micro-WK systemen η el η th η tot W/K ratio Stirling 10-15% 80-95% % 9 Gasmotoren 20-25% 65-75% % 3 PEMFC ~30% ~60% ~90% 2 SOFC ~40% ~45% ~85% 1 6

5 Stirling Status: Enatec: Microgen (British Gas) Whispertech (NZ): 1.0 kw e vrije zuiger. Veldtesten 1.1 kw e vrije zuiger. lab tests 1.2 kw e kinematisch. Gasunie veldtest : 50 eenheden 7 Gasmotor 8 Status: Senertec: 5.5 kw e 12.5 kw th 100 in NL Ecopower: 4.7 kw e 12.5 kw th modulerend. Honda: 1 kw e beperkt beschikbaar in Japan

6 Polymere brandstofcel: PEMFC Status: Vaillant (+Plugpower, Ballard): 4.7 kw e Toshiba, Mitsubishi: 31 veldtesten, o.a. Gasunie 100 tal veldtesten in Japan 9 Vast oxide brandstofcel: SOFC Status: Sulzer-Hexis: 1 kw e 25/85% ± 100 veldtesten, o.a. ECN/Remu 10

7 Energiebesparingspotentieel voorbeeld PEMFC 25 MWh 15 MWh η e = 30% η th = 60% η th = 100% 7500 kwh e kwh th kwh th = 1700 m 3 18 MWh η e = 42% 7500 kwh e 11 Besparing 25 = 1 = 24% Energiebesparingspotentieel elektrisch rendement (%) referentierendement besparing 40 % 30% 20% 10% 0% ontsparing Theoretisch maximum SOFC PEMFC Gasmotor Stirling CV-ketel warmte rendement (%)

8 Energiebesparingspotentieel, hoger referentierendement 25 MWh η e = 30% η th = 60% 7500 kwh e kwh th 15 MWh η th = 100% kwh th = 1700 m 3 14 MWh η e = 54% 7500 kwh e 13 Besparing 25 = 1 = 13% Energiebesparingspotentieel, hoger referentierendement elektrisch rendement (%) besparing 40 % 30% theoretisch maximum Nieuwe centrale parkrendement % 10% 0% SOFC PEMFC Gasmotor 20 ontsparing Stirling CV-ketel warmte rendement (%)

9 Energiebesparingspotentiëlen Besparing Besparing Referentierendement 42% 54% Stirling 12% 8% Gasmotor 22% 13% PEMFC 24% 13% SOFC 29% 16% 15 Dimensionering micro-wk systeem Rijwoning, 1800 m3/j, 3200 kwh/j Thermisch vermogen [kw th ] kw th, geen warmtebuffer 10 kw th, 100 à 200 l warmtebuffer 5 kw th, warmtebuffer > 2000 l Uren/jaar 16

10 Elektriciteit vraag en productie 70 Rijwoning, 1800 m3/j, 3200 kwh/j 10 kwh th systeem met ltr. buffer kW e PEMFC [kwh/dag] Elektriciteitsvraag 1kW e Stirling j f m a m j j a s o n d [maand] Effect toenemende elektriciteitvraag 70 Rijwoning, 1800 m3/j, 3200 kwh/j 10 kwh th systeem met ltr. buffer kW e PEMFC [kwh/dag] Elektriciteitsvraag 1kW e Stirling j f m a m j j a s o n d [maand]

11 Effect afnemende warmtevraag 70 Rijwoning, 1800 m3/j, 3200 kwh/j 10 kwh th systeem met ltr. buffer kW e PEMFC [kwh/dag] Elektriciteitsvraag 1kW e Stirling j f m a m j j a s o n d [maand] Dimensionering 10 kw th systemen met 100 à 200 liter water als warmtebuffer kunnen de volledige warmtevraag dekken 10 kw th Stirling systemen hoeven niet veel terug te leveren 10 kw th systemen met hoog elektrisch rendement zullen veel aan het net moeten terugleveren 20

12 Economie Uitgaande van particuliere exploitatie Hoeveel kost een kwh elektriciteit uit micro- Warmtekracht? Wat is die kwh waard (vermeden inkoop en teruggeleverd)? Hoeveel bespaar je per jaar op je energierekening? Welke investering kan ik daarmee financieren? Hoe hoog moet de terugleverprijs zijn? 21 Marginale kostprijs elektriciteit Gasprijs 51 ct/m 3 = 5.8 ct/kwh NG. 3.3 kwh NG = 19.4 ct/kwh e 2 kwh NG = 11.6 ct/kwh e Kostprijs elektriciteit PEMFC: = 7.7 ct/kwh e η e = 30% η th = 60% η th = 100% 1kWh e 2kWh th 2kWh th 22

13 Marginale kostprijzen elektriciteit uit micro-warmtekracht Aardgaskosten Waarde warmte MKP ct/kwh e ct/kwh e ct/kwh e Stirling Gasmotoren PEMFC SOFC MKP = marginale kostprijs elektriciteit 23 Waarde geproduceerde elektriciteit Bij vermeden inkoop Vermeden inkoop: 18.3 ct/kwh e Prijs elektriciteit - MKP = ct/kwh e 24

14 Waarde geproduceerde elektriciteit Bij teruglevering Terugleververgoeding MKP = ct/kwh 25 /MWh Basislast Plateau Dal Alle jaren Termijnmarkt 26 Fri, 29 Apr :09 /MWh Base Load Peak Load Product Price Price jun jul aug sep Oct nov Gemiddeld Q Q Q Q Q Q Gemiddeld Cal Cal Cal Gemiddeld BOM sep

15 Spotmarktprijzen versus Marginale kostprijzen Spot en termijnmarkten: 3 tot 6 ct/kwh Marginale kostprijs: 6 tot 8 ct/kwh Vermijden teruglevering pleit voor kleinere systemen (1 kwe), uitsluitend voor eigen elektriciteitsgebruik Energiebesparing en CO 2 reductie halveren. 27 Energiebesparingspotentieel bij gedeeltelijke warmtedekking m-wk elektrisch rendement (%) besparing 40 % 30% theoretisch maximum Nieuwe centrale 60 referentierendement 40 20% 10% 0% PEMFC 20 ontsparing CV-ketel warmte rendement (%) 28

16 Besparing energierekening Bovengrens opbrengst: eigen verbruik 3500 kwhe * 10.6 ct/kwhe = 370 /jr Praktijk: 50-80% van bovengrens 180 tot 300 /jaar Terugverdientijd 5 jaar Investeringsruimte 900 tot Onrendabele top Minimaal nodig bij teruglevering: MKP (6 tot 8 ct/kwh) Toeslag om meerinvestering tov 1 kwe mogelijk te maken Investering exponent 0.6 Hulpketel vervalt: 1200 goedkoper Benodigde terugleverprijs: 13 ct/kwh Onrendabele top: 7 tot 10 ct/kwh. 30

17 Economie Marginale kostprijs 5.8 (Stirling) tot 8.0 ct/kwh e (SOFC) Marge op vermeden inkoop 10.3 tot 12.5 ct/kwh Terugleveren: opbrengst negatief Economie leidt tot kleine systemen (ca.1kw e ) Besparing energierekening /j Investeringsruimte kleine systemen bij 5 jaar terugverdientijd Onrendabele top grotere systemen (netto terugleverend) 7 10 ct/kwh 31 Conclusies 1. Micro-Warmtekracht is een optie voor energiebesparing 2. Maximale besparing vraagt grote terugleverende systemen 3. Onrendabele top is hoog 4. 1 kwe creëert voldoende investeringsruimte voor marktconforme systemen 5. Bij 1 kwe energiebesparing 5-10% 6. Toverketel: alle beetjes helpen, maar verwacht er geen wonderen van. 32

18