Warmte/kracht koppeling (WKK)
De elektriciteit die uit onze stopcontacten komt, wordt opgewekt door energiecentrales. Deze centrales stoken aardgas, aardolie of steenkool om elektriciteit op te wekken. Bij deze verbranding gaat veel energie verloren. De enorme hitte die ontstaat verdwijnt via koelwater of de schoorsteen. Daarna vervoeren elektriciteitskabels de stroom naar de consument, vaak over grote afstanden. Ook bij dit elektriciteitsvervoer gaat veel energie verloren. Uiteindelijk verliezen we bij de productie en het vervoer van stroom zo'n 50 procent van de energie.
Om energie te besparen, gebruiken veel ziekenhuizen, bejaardencentra en tuinbouwbedrijven zogenaamde 'wkk'-systemen voor de opwekking van hun eigen stroom. Een wkk-systeem (wkk staat voor 'warmte kracht koppeling') is een kleine energiecentrale. De aardgasaansluiting wordt door het wkk-systeem gebruikt om elektriciteit op te wekken. De warmte die hierbij vrijkomt, dient ter verwarming van water, bijvoorbeeld voor de centrale verwarming of voor warm water uit de kraan. Een wkk-systeem is zuinig, omdat de warmte die vrijkomt bij de verbranding van aardgas nuttig gebruikt wordt (bij energiecentrales is dit vaak niet het geval), en omdat geen lange elektriciteitskabels nodig zijn om de elektriciteit te vervoeren.
Inhoudsopgave van deze pagina:
De wkk-systemen zijn op te delen in twee soorten: grootschalige systemen en systemen op microschaal. De grootschalige wkk-systemen vinden we terug in de industrie. Deze systemen maken gebruik van vrijkomende warmte bij industriële processen - zoals bij het opwekken van stroom - om bijvoorbeeld een ruimte te verwarmen.
De wkk-systemen op microschaal zijn ontwikkeld voor de woningbouw en kunnen beschouwd worden als de opvolger van de hr-ketel. Dergelijke systemen hebben een zeer hoog rendement in vergelijking met apart inkomende energiestromen, netstroom en gas. Daar staat tegenover dat deze systemen zich momenteel nog in de ontwikkel-fase bevinden. Naar verwachting kan de consument dergelijke systemen pas vanaf 2008 overwegen als vervanging voor de huidige ketel. De prijzen ten opzichte van bestaande ketels zijn fors hoger, de verwachte terugverdientijd ligt op vijf jaar.
De grote potentie van wkk-systemen is al aangegeven in 1978 door de Algemene Energieraad. In 1987 is een stimuleringsprogramma uitgebracht door het Ministerie van Economische Zaken. Hierdoor was het gebruik door de industrie in 1993 zodanig toegenomen, dat er bijna sprake was van overcapaciteit in de elektriciteitsvoorziening. Dat kwam doordat het systeem de teveel geproduceerde elektriciteit terugvoerde over het elektriciteitsnet. De gewone opwekking ging ook gewoon door zodat het net bijna overbelast werd. Als reactie daarop heeft de overheid de groei van de wkk geremd. In de toekomst dichten ze micro-wkk toch een groot aandeel in de elektriciteitsproductie toe.
Het systeem is gebaseert op het koppelen van warmteproductie en krachtproductie (meestal in de vorm van elektriciteit), vandaar de naam. In plaats van elektriciteit te ontrekken van het net produceren we het zelf. Door met een brandstof een motor aan te drijven die via een generator (een soort dynamo) elektriciteit opwekt komt er warmte vrij. Door de generator te combineren met een soort cv-ketel gebruiken we de vrijgekomen warmte om water te verwarmen. Bijvoorbeeld om het huis op te warmen, of voor warm water voor de afwas en douche.
De kracht van het systeem zit hem in het decentrale karakter. Door de benodigde energie per huis op te wekken heeft het geheel een hoog rendement. Daarnaast besparen we transportverliezen, waarmee elektriciteitstransport via hoogspanningskabels mee gepaard gaat.
De ideeën voor het gebruik van de warmte-energie die vrijkomt bij processen is eigenlijk heel logische gedachte. Toch is dit niet altijd zo simpel. Nog steeds gaat bij grootschalige elektriciteitsopwekking de helft van de energie verloren in de vorm van ongebruikte warmte. De lozing van dit water brengt nog een ander milieuprobleem met zich mee, namelijk thermische watervervuiling. Om die negatieve aspecten te verminderen is wkk een goede optie.
In tegenstelling tot conventionele systemen verzorgt dit apparaat de opwekking van elektriciteit en voor warm water. Het is in feite een huiscentrale, die draait op een kleine gasmotor. De gasmotor drijft een genrator (dynamo) aan die elektriciteit opwekt. Bij dit proces komt ook warmte vrij wat de micro-wkk gebruikt om water te verwarmen.
De brandstof voor het systeem is te vervangen door andere soorten energie, bij voorkeur duurzame energie. Dit hangt af van de beschikbaarheid van brandstof. Voorlopig is aardgas de meest schone, in voldoende mate beschikbare, brandstof. Later kan bijvoorbeeld biogas of waterstofgas aardgas vervangen.
Het systeem is het meest zuinig met energie als het warmte gestuurd is. Als men dan wel elektriciteit nodig is maar geen warmte komt de elektriciteit van het net. Andersom zal het systeem het teveel aan elektriciteit terug leveren aan het net. Zo levert de één het tekort van de ander en andersom.
De totale besparing van niet-centrale wkk-productie (in de industrie) neemt sterk toe sinds 1990. Voor de periode tussen 1995 en 2002 heeft de inzet van grootschalige en kleinschalige wkk toepassingen geleid tot een gezamenlijke energiebesparing van ongeveer 0,2 procent op het totale energieverbruik. Het micro-wkk systeem levert consumenten op de lange termijn een energie- en geldbesparing op van tien tot dertig procent.
Traditioneel systeem versus wkk-systeem:
Het gebruik van de micro-wkk kan een uiteindelijk een besparing opleveren van twintig tot vijftig procent CO2 uitstoot. Dit komt vooral door het vermijden van niet-efficiënte centrale energiecentrales. Deze elektriciteitscentrales lopen vaak op steenkool om elektriciteit te maken. Deze brandstof stoot ongeveer drie keer meer CO2 uit als bij gebruik van aardgas. Daarnaast gaat bij het opwekken van elektriciteit door grote centrales meer als de helft van de energie-inhoud van steenkool verloren als restwarmte. Ook behoren grote transportverliezen via hoogspanningsmasten tot het verleden bij het gebruik van micro-wkk.
Beleid
Naast het bevorderen van duurzame energie is het efficiënt gebruiken van energie door innovatieve nieuwe technieken een onmisbaar element in de route naar een duurzame energiehuishouding. Bijkomend is ook het verminderen van CO2 een belangrijk onderwerp bij de overheid. De warmte/kracht koppeling techniek komt tegemoet aan al deze beleidonderdelen.
De markt
Het systeem is eigenlijk op te vatten als de opvolger van de hr-ketel met als bijkomend effect dat het ook elektriciteit kan opwekken. Omdat het rendement veel hoger ligt als het apart opwekken van elektriciteit zal de consument minder geld kwijt zijn aan energie. Daarom is een interessant product voor de consument. Wel is het systeem nog in de ontwikkelingsfase en wacht het op acceptatie door de markt.
Als de micro-wkk op grote schaal is ingeburgerd zal het een groot aandeel hebben in de elektriciteitsproductie. De ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland) heeft op basis van langetermijnstudies berekend dat de micro-wkk tezamen in 2020 wel 55 procent van de energie op kunnen gaan wekken die Nederland verbruikt. Dit zou een enorme efficiëntieverbetering betekend.
Ongeveer 450.000 micro-wkk systemen leveren evenveel energie als de Eemscentrale. Dit zijn het aantal ketels dat per jaar vervangen worden, per jaar kan men door het installeren van wkk-systemen in plaats van de huidige hr-ketels de bouw van een zeer grote elektriciteitscentrale besparen.
Systeem
Voorlopig is de brandstof voor het systeem nog aardgas, maar in de toekomst met de komst van biogas en uiteindelijk waterstofgas zal het systeem steeds duurzamer worden. Daarnaast moeten de ontwikkelaars het comfort nog verbeteren, zoals het geluidsniveau en de omvang. Vergeleken met de hr-ketel zal de micro-wkk ongeveer twee keer meer gaan kosten, wat terugverdiend moet worden met de besparing op onttrekking van elektriciteit van het net. De ontwikkelaars verwachten een terugverdientijd van ongeveer vijf jaar.
Grote bedrijven bekijken de mogelijkheden om het systeem op afstand te controleren, zodat een alle wkk-systemen in een gebied als één grote energiecentrale gezien kan worden. Zo kunnen ze de vraag en aanbod het best en efficiëntst regelen.
6. Meer weten: