WKK en decentrale energie systemen, in Nederland Warmte Kracht Koppeling (WKK, in het engels CHP) is een verzamelnaam voor een aantal verschillende manieren om de restwarmte die bij elektriciteitsproductie vrijkomt nuttig te gebruiken. WKK is goed voor betrouwbare, vrij schone energievoorziening. Kort gaat dit memo in op: 1. De energie uitdagingen voor de komende 50 jaar. 2. Wat is WKK en wat zijn de sterke en zwakke punten? 3. Wat kan WKK bijdragen aan de oplossing? 4. Wat moet daarvoor nu gebeuren in Nederland? 1. Grote energie uitdagingen voor de komende 50 jaar In de periode 1950 2050 zal de belasting van de mensheid op de aarde door energieverbruik met een factor 1000 toenemen. De groei van de wereld bevolking, toenemende welvaart en toenemende energie-intensiteit van de economie zijn de redenen voor deze explosie. Rond 2025 moet er gekozen worden wat voor infrastructuur daarvoor in 2050 nodig is. Op dit moment zijn geen technologieën noch brandstoffen voorzien die deze uitdaging kunnen beantwoorden, binnen thans maatschappelijk wenselijk geachte randvoorwaarden. Onduidelijk is welke keuze(s) gemaakt zullen worden en of er voldoende tijd en kapitaal beschikbaar is voor implementatie. Naast mondiale kwantitatieve aspecten van energievoorziening spelen vragen over de kwaliteit (emissie, bijdrage aan klimaatverandering, betrouwbaarheid, betaalbaarheid, etc) en verdeling (grondstoffen, emissies, energie=welvaartsverdeling, Noord-Zuid, etc). Nederland heeft haar eigen deel van deze inherent mondiale problematiek. Maar ook haar eigen rol en mogelijkheden vanwege onze unieke positie in de gaswereld en ons belang bij te dragen aan reductie van de waterproblematiek ten gevolge van klimaatverandering. 2. Sterke en zwakke punten van WKK Bij de conversie van brandstoffen als kolen of gas in elektriciteit komt zeer veel energie vrij in de vorm van warmte. Wereldwijd betreft deze verloren warmte 2/3 van de gebruikte energie, in Nederland meer dan de helft. Deze energie wordt geloosd in koelwater of in de lucht. WKK installaties gebruiken deze warmte nuttig in industriële processen, voor ruimteverwarming van huizen (stadsverwarming) of in kassen. Daarmee verbetert de efficiency van de conversie, wordt brandstof bespaard, CO2 emissie gereduceerd en kunnen de kosten voor Transport en Distributie in veel gevallen verlaagd worden. Schema 1 geeft inzicht in de superieure efficiency van WKK. Schema 2 laat zien hoe de CO2 emissie per kwh van gasgestookte WKK elektriciteit tot tweemaal zo laag kan zijn t.o.v. ander gasgestookt vermogen en tot een factor 5 beter kan zijn t.o.v. andere brandstoffen en conversiemethoden. De synergie die er bij WKK optreedt heeft het nadeel dat dit soort installaties minder flexibel zijn. Er moet immers met meerdere belangen (gas, elektriciteit, warmte, etc) rekening gehouden worden. Bij lage elektriciteit prijzen en hoge gas prijzen renderen WKK installaties onvoldoende voor een lange termijn continuïteit. Meer dan de helft van de in Nederland opgewekte elektriciteit komt warmtekrachtvermogen, wat met ongeveer 8000 MWe 40% van het Nederlands productie park vormt. (schema 3). Nederland is daarmee in Europa een koploper (schema 4). WKK in Nederland was en is een hoeksteen van het klimaatbeleid. In de Uitvoeringsnota Klimaatbeleid 1999 was een groei van WKK vermogen tot 15.000 MWe voorzien, hetgeen 20 miljoen ton CO2 zou reduceren, 80% van de Nederlandse binnenlandse reductiedoelstelling. (schema 5, Global Competition). Thans wordt op 12.000 MWe gehoopt.
3. Belangrijke bijdragen van WKK aan een duurzame energie voorziening WarmteKrachtKoppeling is een brandstof onafhankelijk principe. Het werkt met restwarmte uit kolen- of gasgestookte elektriciteit centrales, maar ook met biomassa of uranium als brandstof voor energieconversie. Met een keuze voor WKK worden opties voor verschillende brandstof scenario s deels open gehouden. Een voordeel van gasgestookte WKK is dat het een transitie naar andere soorten gas dan aardgas (menggas, waterstof) mogelijk maakt. Gasgestookte WKK lijkt daarmee de aangewezen, flexibele weg naar decentrale energieconversie systemen. Binnen zulke systemen zullen ook duurzame conversievormen uit wind, zon, water en tussenvormen als schoonfossiel elkaar aanvullende rollen spelen (schema 6). In Nederland komt nu meer dan 75% van de CO2 vrije elektriciteit uit WKK, de overige 25% uit wind, zon, biogas en water. Verdere bijdragen van WKK aan een duurzame energie voorziening zullen kunnen plaatsvinden door het verder benutten van beschikbare restwarmte en het door WKK laten verzorgen van meer warmte vraag. Dat laatste kan nog in industrie en voor ruimteverwarming. Voor beide toepassingen is de verdergaande verkleining van de schaal van WKK installaties van belang. Micro-WKK installaties die voor een (blok van) huis(zen) de verwarming, koeling en elektriciteit verzorgen komen binnen handbereik. Nederland heeft een speciale rol te spelen in de ontwikkeling van decentrale energie systemen. Nergens op de wereld is zo'n unieke samenloop van veel geld, veel kennis over decentrale energiesystemen en WKK, zoveel aardgas en zo n goede infrastructuur, zoveel energiegebruik - zowel door de dichtheid van de welvarende bevolking als door de aanwezigheid van energie intensieve industrie, zoveel reeds aanwezige decentrale elektriciteit conversie/opwek (40+%) en zoveel noodzaak iets aan klimaatverandering te doen... als in Nederland. De unieke plaats IN DE WERELD om het hier tot nu toe succesvol lopend experiment met decentrale energie systemen voort te zetten. Juist in een tijd dat grote storingen - Italië, Denemerken/Zweden, Londen, NO USA - alle aandacht krijgen is het opportuun de meest voorkomende bijdragen van decentrale energie systemen nog eens op een rijtje te zetten: - minder, dus minder zichtbaar en goedkoper, Transport en Distributie systemen - stabieler T&D net t.g.v. minder kwetsbaar net en meer, kleinere invoer - brandstof besparing t.g.v. hogere WKK efficiency en t.g.v. duurzame energie - CO2 emissie reductie Tennet acht de kans op een storing zoals recent in NO USA in Nederland niet zo groot, dankzij ons hoog percentage decentraal vermogen en ons fijn vermaasde net. Er zijn schattingen dat toekomstige, deels gedecentraliseerd elektriciteitssystemen de integrale kosten van de extra voorzieningen met 25% zouden kunnen reduceren. 4. Bevordering van bloei en groei van robuuste decentrale energie conversie Bewustwording van de mondiale problematiek en de Nederlandse kansen aan de oplossing daarvan een bijdrage te leveren is eerste prioriteit. Verstandig Nederlands energiebeleid beschermt en bevordert kansrijke decentrale methoden, totdat eerlijke concurrentie tussen brandstoffen en conversiemethoden binnen Europa gerealiseerd is. Het stimuleren van nieuwbouw WKK lijkt de enige weg om tijdig een betrouwbare aanvulling van het Nederlands elektriciteit productie park te realiseren, op een manier die binnen de Kyoto CO2 doelstellingen past. Cogen Nederland; kees.denblanken@cogen.nl; 030 6936768; 06-22200750 mei 2004
Source: Alstom at WEC congress 2001 Source: Cogen Europe at Cogen Europe conference 2003
Installed CHP-capacity (MWe) 9.000 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 Gas Engines District Heating Industrial CHP 0 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003e CHP as a share of national power production - 1999 EU A v er age UK S w e den S pa in Por tug al The Ne ther la nds Ita ly Ir eland G re ec e G er m any F ra nc e F inland Denm ar k B elgiu m Au stria 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0
vermogen [MWe] 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1995 2000 2005 2010 GC 2010 Stadsverwarming/warmtedistributie WKK-industrie WKK-overige verbruikers WKK-raffinaderijen Bron: Min van VROM, Cogen Nederland symposium 2003!" Source: EU DG Research; M.Sanchez at C E C 2002