buffer warmte CO 2 Aardgas / hout WK-installatie, gasketel of houtketel brandstof Elektriciteitslevering aan net

Transcriptie

1 3 juli 2010, De Ruijter Energy Consult Energie- en CO 2 -emissieprestatie van verschillende energievoorzieningsconcepten voor Biologisch Tuinbouwbedrijf gebroeders Verbeek in Velden Gebroeders Verbeek overwegen een nieuwe energievoorziening voor hun tot circa 12 ha uit te breiden biologische glasgroentebedrijf. Voor een optimale groei van de gewassen (tomaat, paprika en komkommer) is het nodig de kassen zo goed mogelijk op een bepaalde optimale temperatuur te houden (die gedurende het etmaal kan variëren). Om die temperatuur te verkrijgen c.q. te handhaven moet in het koude deel van het jaar (of van het etmaal) warmte aan de kas worden toegevoerd. Een andere belangrijke productiefactor is de CO 2 -concentratie van de kaslucht. De fotosynthese in het gewas verloopt beter naarmate de CO 2 -concentratie hoger is (tot een bepaalde grensconcentratie). Om deze reden wordt overdag als er voldoende licht in de kas valt, CO 2 gedoseerd tussen het gewas. Het energiesysteem van het bedrijf moet bij voorkeur voorzien in zowel de verwarmingsbehoefte als de CO 2 -behoefte van de kassen. Zo'n gecombineerde warmte- en CO 2 -voorziening kan worden gerealiseerd als een koolstofhoudende brandstof wordt gebruikt. Dit kan bijvoorbeeld een fossiele brandstof zijn zoals aardgas, maar ook een duurzame brandstof (gebaseerd op biomassa, zoals bijvoorbeeld snoeihout). Het biologisch tuinbouwbedrijf wil graag (binnen bepaalde bedrijfseconomische randvoorwaarden) een energieconcept dat een minimale belasting betekent voor het milieu en zo min mogelijk beslag legt op primaire hulpbronnen (in het bijzonder op primaire energiedragers zoals aardgas). Voor een weloverwogen keuze zijn drie energieconcepten vergeleken wat betreft de CO 2 -uitstoot naar het milieu en het primaire-energieverbruik. De drie concepten zijn: 1. biomassaketel (met hout als duurzame brandstof; capaciteit 6,8 MW th ) 2. warmtekrachtinstallatie op aardgas (WKK, in dit geval 3 gasmotoren van elk 2 MW e ) 3. gasketel (op aardgas; capaciteit 13,2 MW th ) Omdat de thermische capaciteit van de eerste 2 installaties kleiner is dan de piekvraag, hebben deze installaties ook een gasketel voor de pieklevering van warmte. buffer brandstof Aardgas / hout WK-installatie, gasketel of houtketel warmte CO 2 E T, p CO2 kas E = elektriciteit ketelhuis Elektriciteitslevering aan net

2 Bij het primaire-energieverbruik gaat het om de jaarlijkse (netto) hoeveelheid fossiele brandstof die wordt verbruikt (afgemeten aan de energie-inhoud en uitgedrukt in GJ). Daarbij is niet alleen het brandstofverbruik van de eigen energieinstallatie van belang maar ook het primaire-energieverbruik dat samenhangt met ingekochte of teruggeleverde elektriciteit. Wordt elektriciteit ingekocht, dan moet de primaire energie die nodig was in de centrale om de elektriciteit op te wekken bij het eigen primaire-energieverbruik worden opgeteld. Deze hoeveelheid wordt berekend met behulp van het gemiddelde, specifieke primaire-energieverbruik van de centrales van het Nederlandse elektriciteitsproductiepark, waarbij rekening wordt gehouden met transport- en distributieverliezen om de elektriciteit bij de gebruiker te leveren. (Voor dit specifieke verbruik wordt hier gerekend met 9 MJ per kwh elektriciteit 1 ). Wordt er op het tuinbouwbedrijf zelf elektriciteit opgewekt en deels teruggeleverd aan het, dan betekent dit dat er in de Nederlandse centrales minder elektriciteit hoeft te worden geproduceerd. Naar analogie van de elektriciteitsinkoop betekent dit dat er per kwh teruggeleverde elektriciteit 9 MJ van het eigen verbruik mag worden afgetrokken. Op deze wijze wordt er een netto primaire-energieverbruik van het bedrijf berekend, waarin dus zowel eigen (fossiele) brandstofverbruik als elektriciteitsinkoop en (eventuele) teruglevering zijn verwerkt 2. Het netto verbruik zal behalve van de warmte- en CO 2 -vraag in de kassen afhangen van de aard van de energievoorziening (en daarbinnen vooral van het feit of er al dan niet elektriciteit wordt teruggeleverd). De primaire-energieverbruiken van de 3 energievoorzieningsconcepten (voor het naar 12 ha uitgebreide bedrijf, dat voorzien is van een dubbel scherm in combinatie met actieve ontvochting met behulp van van buiten aangezogen (drogere) buitenlucht 3 ), zijn gegeven in de tabel op de volgende pagina 4. Een soortgelijke redenering als bij het primaire-energieverbruik geldt ook voor de netto CO 2 - uitstoot van het bedrijf. Deze bestaat uit de uitstoot die samenhangt met: - eigen (fossiele) brandstofverbruik (hier alleen aardgas, voor ketel en/of WKK) - CO 2 -uitstoot die samenhangt met de ingekochte, in centrales geproduceerde hoeveelheid elektriciteit 5 - Vermeden CO 2 -uitstoot: hoeveelheid CO 2 die in de Nederlandse centrales minder wordt geproduceerd, omdat het tuinbouwbedrijf elektriciteit teruglevert aan het net. De netto CO 2 -uitstoot van de 3 energieconcepten is ook aangegeven in de tabel op de volgende pagina. 1 Deze waarde wordt onder ander in het Besluit Glastuinbouw (2002) gebruikt bij de berekening van het energieverbruik ten behoeve van de energienorm daarin. Het primaire-energieverbruik wordt uitgedrukt in GJ en berekend op basis van de zogenaamde bovenwaarde van de specifieke verbrandingswarmte van de brandstof 2 Een duurzame brandstof zoals bijvoorbeeld hout of andere biomassa wordt niet in het primaire-energieverbruik meegerekend, omdat dit een hernieuwbare energiedrager is, die geen beslag legt op een deel van de eindige voorraad fossiele energiedragers 3 bijvoorbeeld op basis van het "ClimecoVent systeem". 4 Afkomstig uit rapport "Globale haalbaarheidsstudie houtgestookte ketelinstallatie met CO2-afvangst op biologisch tuinbouwbedrijf gebroeders Verbeek", juli Hiervoor wordt een specifieke emissie van 0,566 kgco2/kwh gebruikt (afkomstig uit "Cijfers en Tabellen" van SenterNovem, Deze geldt voor een representatieve mix van gas- en kolencentrales

3 Tabel 1 Overzicht van (jaarrond) brandstofverbruik van houtketel respectievelijk WKK en gasketel. Tevens zijn het elektriciteitsverbruik/-productie, het (netto) primaire-energieverbruik en de (netto) CO 2 -uitstoot per energieconcept aangegeven. Verbruiken en producties Installatie--> Houtketel Referentie Referentie2 Eenheid WKK Gasketel Nominaal thermisch vermogen 6,77 6,83 8,533 MWth Thermisch vermogen bij CO2-doseren 6,23 6,83 13,23 MWth Elektrisch vermogen 5,87 0 MWe Houtverbruik per dag (bij max.productie) 62,2 t/d Aantal vrachtbewegingen (bij max. productie) à 30 ton 2,1 per dag Aantal draaiuren per jaar uur waarvan plateau-uren (voor elektriciteit) 3171 uur waarvan dal-uren (voor elektriciteit) 603 uur Totaal houtverbruik vochtgehalte 40% ton/jaar Totaal gasverbruik ketel Nm 3 /h p.j Totaal gasverbruik WKK Nm 3 /h p.j Totaal gasverbruik Nm 3 /h p.j Totaal warmtevraag kassen MWh,th p.j. Totaal geproduceerde warmte houtketel c.q. WKK MWh,th p.j. Totaal geproduceerde warmte gasketel MWh,th p.j. Totaal geproduceerde warmte MWh,th p.j. Surplus warmteproductie MWh,th p.j. Surplus warmteproductie als percentage van kasvraag 9,4% 2,8% 0,0% MWh,th p.j. Elektriciteitsverbruik (bij gebruik Climecovent) 14,92 kwh/m MWhe/jr Elektriciteitsproductie MWhe/jr Totaal primair energieverbruik (fossiel brandstofverbruik) GJ.bw/jr Primaire energie behorend bij E-verbruik 9 GJbw/MWhe GJ.bw/jr Primaire energie behorend bij E-teruglevering 9 GJbw/MWhe GJ.bw/jr Netto primair energie-verbruik incl. elektr. inkoop en -teruglevering GJ.bw/jr conform Besluit Glastuinbouw Totaal locale CO 2 -productie tonco 2 /jr Totaal fossiele CO 2 -productie tonco 2 /jr Reductie fossiele CO 2 -uitstoot (t.o.v. referentie) tonco 2 /jr Procentuele reductie fossiele CO 2 -uitstoot (t.o.v. referentie) 93,9% CO 2 emissiefactor elektriciteit *) 0,5660 kgco 2 /kwh CO 2 samenhangend met verbruik (inkoop) van elektriciteit tonco 2 /jr Vermeden CO 2 -uitstoot in centrale elektriciteitspark (door teruglevering) tonco 2 /jr door teruglevering van elektriciteit Netto uitstoot fossiele CO 2 op nationaal niveau tonco 2 /jr *) bron Cijfers en tabellen 2007 Uit de tabel blijkt dat de houtketelinstallatie het beste scoort qua primaire-energieverbruik. Deze gebruikt voor 12 ha circa GJ. Dit is slechts circa 22% van het primaire energieverbruik van de (solo) gasketelinstallatie ( GJ). Ook de WKK-installatie is aanzienlijk beter dan de gasketelinstallatie: GJ (dat wil zeggen circa 35% van het verbruik van de solo gasketel). Ten aanzien van het aspect netto-co 2 -uitstoot (die volgens klimaatdeskundigen bijdraagt aan de opwarming van de aarde) scoort de warmtekrachtinstallatie zelfs beter dan de houtketel-

4 installatie (die merendeels duurzame brandstof verstookt zonder fossiele CO 2 -emissie). De netto CO 2 -uitstoot is bij de WKK slechts 193 ton CO 2 per jaar tegen 1799 bij de houtketelinstallatie 6. Ook hier is de gasketel van de drie opties het meest belastend voor het milieu: netto wordt 7333 ton CO 2 per jaar geëmitteerd. Bij de WKK is dat slechts circa 2,6% daarvan. De verschillen tussen de netto primaire-energieverbruiken en tussen de netto CO 2 -emissies (en de daaraan bijdragende componenten) zijn grafisch aangegeven in figuur 2 respectievelijk 3. Vergelijking primaire-energieverbruik van energievoorzieningsopties (voor 12 ha) Eigen verbruik, effect E-inkoop en E-teruglevering en netto primaire-energieverbruik GJ per jaar Totaal primair energieverbruik (fossiel brandstofverbruik) Primaire energie behorend bij E-verbruik Primaire energie behorend bij E- teruglevering Houtketel Referentie WKK Referentie2 Gasketel elementen in netto primair energieverbruik netto Netto primair energieverbruik incl. elektr. inkoop en -teruglevering Houtketel Referentie WKK Referentie2 Gasketel Figuur 2 Vergelijking primair energieverbruik van energievoorzieningsconcepten Uit de tabel en de figuren blijkt dat qua netto primaire-energieverbruik de houtketel het beste scoort (licht beter dan de WKK), maar dat qua netto CO 2 -uitstoot de WKK (gasmotoren) het beste uit de bus komt. De gasmotor-wkk (met elektriciteitsteruglevering) is qua milieu-belasting en beslag op natuurlijke hulpbronnen een aantrekkelijke optie, die overall gezien niet onderdoet voor de energievoorziening met houtketel. Rekening houdend met deze goede milieuprestatie is de WKK-optie gezien het verschil in investeringskosten en exploitatiekosten de beste keuze. 6 De WKK-installatie scoort hier beter, omdat het landelijke elektriciteitsproductiepark een relatief hoge specifieke CO2-uitstoot heeft, waardoor bij elektriciteitsteruglevering een relatief grote aftrek optreedt. De specifieke uitstoot is zo hoog, omdat in Nederland een aanzienlijk deel van de elektriciteitsproductie met kolen worden opgewekt, die per eenheid energie meer CO2 produceert dan opwekking op basis van aardgas.

5 Vergelijking CO 2 -uitstoot van energievoorzieningsopties (voor 12 ha) Productie op locaal niveau, effect E-inkoop en E-teruglevering en netto CO 2 -uitstoot netto Houtketel ton CO 2 per jaar Referentie WKK 5000 Referentie2 Gasketel Totaal fossiele CO2- productie op bedrijf CO2-productie in centrales door elektriciteitsverbruik Houtketel Referentie WKK Referentie2 Gasketel elementen in netto uitstoot Vermeden CO2-uitstoot in Netto uitstoot fossiele CO2 centrale elektriciteitspark op nationaal niveau door teruglevering Figuur 2 Vergelijking CO 2 -uitstoot van energievoorzieningsconcepten