Wat is WKK?
Algemeen
kader
Wanneer het over energievoorziening gaat, wordt vaak in eerste instantie aan elektriciteit gedacht. Toch
bestaat het overgrote deel van de energievraag niet uit elektriciteit, maar uit warmte.
Klassiek gebeurt de productie van
elektriciteit en warmte gescheiden. Een gezamenlijke opwekking van deze twee energievormen met behulp van warmtekrachtkoppeling, biedt echter een aantal
aanzienlijke voordelen, zoals wij hierna zullen zien.
Zowel warmte als elektriciteit zijn vormen van energie, maar ze zijn niet
gelijkwaardig. Voor een goede vergelijking dienen we rekening te houden met de omzetbaarheid van energie in een andere energievorm. Niet alle vormen van
energie zijn immers volledig omzetbaar in andere. In dit kader moeten we de begrippen "exergie" en "anergie" vermelden.
Exergie is dat gedeelte van de energie dat volledig omzetbaar is in andere energievormen; anergie daarentegen is het gedeelte dat niet (meer)
volledig omzetbaar is in andere vormen. Het is duidelijk dat aan exergie een grotere waarde dient gehecht te worden dan aan anergie, en dat met deze
exergie dan ook zuinig omgesprongen moet worden.
Elektriciteit is volledig omzetbaar in andere vormen, zoals bijvoorbeeld
mechanische energie, in warmte, ... en bestaat dus volledig uit exergie. Warmte is echter een energievorm met een lagere kwaliteit, die niet meer
volledig kan omgezet worden in een andere energievorm. Warmte bevat dus naast exergie ook anergie, en het aandeel van de anergie neemt toe naarmate de
warmte op lagere temperatuur beschikbaar is.
Meestal worden warmte en elektriciteit gescheiden geproduceerd, wat wil zeggen dat elke
energievorm in een afzonderlijke installatie wordt opgewekt. Elektriciteit is, in tegenstelling tot warmte, gemakkelijk te transporteren. De opwekking
gebeurt dan ook vaak op afstand, in grote centrales. Via het net wordt de elektriciteit dan naar de eindgebruiker gebracht. Warmte wordt meestal ter
plaatse, bij de verbruiker, geproduceerd met behulp van een boiler of een ketel.
De chemische energie van de brandstof wordt daar
via een verbranding omgezet in warmte. Deze warmte is meestal echter gevraagd op een niet al te hoge temperatuur. Dit betekent dat de energie uit
brandstof wordt omgezet in warmte die een groot deel anergie bevat. In het kader van een zo efficiënt mogelijke benuttiging van brandstoffen is dit
uiteraard een spijtige zaak, gezien kostbare exergie verloren gaat.
Het principe van WKK
WarmteKrachtKoppeling (afgekort WKK) (F: cogénération ; E: cogeneration ; D: Kraft-Wärme-Kopplung) is een energetisch proces dat
kan bijdragen tot het reduceren van de exergieverliezen bij de productie van warmte.
Hierbij wordt warmte en elektriciteit in eenzelfde
installatie opgewekt. Gezien warmte zo moeilijk te transporteren is, bevindt deze installatie zich dicht bij de warmteverbruiker.
De
hoogwaardige warmte (1200°C) die vrijkomt bij het verbranden van de brandstof wordt dan eerst gebruikt voor het produceren van mechanische energie, die
dan verder via een alternator wordt omgezet in elektriciteit. Hierna blijft de laagwaardige restwarmte (waarvan de temperatuur kan gaan van 80 °C tot
500 °C) over, en deze wordt dan gebruikt om te voldoen aan de specifieke warmtevraag van een bedrijf, van een ziekenhuis, ...
Men
kan dus stellen dat een WKK een slimme manier is om warmte te produceren, waarbij een veel hoger exergetisch rendement bekomen wordt. Warmte is
inderdaad de belangrijkste factor, en het is dan ook essentieel dat de warmte nuttig aangewend wordt. Daarom wordt een warmtekrachtkoppelingsinstallatie
ook bij voorkeur op de warmtevraag gedimensioneerd. De elektriciteitsopwekking wordt hierbij gebruikt om de warmte op de gewenste temperatuur te
produceren, en zorgt daardoor voor minder exergieverlies en voor een meer rationeel energiegebruik.
Er bestaan verschillende
technologieën om het bovenstaande principe van gecombineerde productie van elektriciteit en warmte te realiseren. Elke technologie heeft zijn specifieke
toepassingsgebieden. De meest courante uitvoeringsvormen zijn de water/stoom Rankinecyclus met stoomturbine, de gasturbine en de inwendige
verbrandingsmotor, die zowel gas als diesel als brandstof kan hebben. Daarnaast staan een aantal nieuwere technologieën klaar voor marktdoorbraak :
microgasturbines en Stirlingmotoren. Op langere termijn kunnen ook brandstofcellen ingezet worden voor WKK toepassingen..
Het
principe van warmtekrachtkoppeling kan verder uitgebreid worden door ook trigeneratie te beschouwen. Naast elektriciteit en warmte produceert een
dergelijke eenheid ook koude. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een absorptiekoelmachine. Sterk vereenvoudigd zou men dus kunnen stellen dat in een
dergelijke machine warmte gebruikt wordt om koude te produceren. Wanneer de warmtevraag in de zomerperiode afneemt, kan de WKK toch nog blijven draaien,
en zijn warmte nuttig aanwenden om te voldoen aan de vraag naar koude.
De troeven van WKK
Het grote voordeel van warmtekrachtkoppeling is dus dat bij een gezamenlijke opwekking van warmte en elektriciteit de in de brandstof
aanwezige nuttige energie (exergie) veel beter wordt benut. Hierdoor is bij cogeneratie minder brandstof nodig dan bij een gescheiden productie van
eenzelfde hoeveelheid warmte en elektriciteit. Zoals bekend zijn de reserves aan fossiele brandstoffen eindig, en dienen we er dus zuinig mee om te
springen. In dit opzicht is warmtekrachtkoppeling natuurlijk een interessante techniek. De meeste WKK's werken op fossiele brandstoffen, maar het is
ook mogelijk om hernieuwbare energiebronnen als brandstof te gebruiken, denken we maar aan biomassa of biogas. Een dergelijke uitvoering biedt een
dubbel voordeel: er wordt niet alleen een milieuvriendelijke brandstof gebruikt, maar deze wordt bovendien optimaal benut.
Minder
brandstofverbruik houdt bovendien ook in dat de CO2-uitstoot en de uitstoot van andere schadelijke stoffen (roet, NOx, SO2, CO,...) gereduceerd wordt.
De vermelde stoffen komen in steeds hogere concentraties voor in lucht, water en bodem. De impact ervan op leefmilieu, atmosfeer en klimaat is
aanzienlijk, denk maar aan het broeikaseffect en de ozonproblematiek. Het klimaatbeleid van de Europese Unie hebben drie doelstellingen bepaald voor 2020, gekend als de “20-20-20” doelstellingen. Deze zijn:
• 20% vermindering van broeikasgas uitstoot in vergelijking met niveau van 1990;
• 20% hernieuwbare energie productie;
• 20% verbetering op de energie efficiëntie.
Warmtekrachtkoppeling
kan hier een bijdrage leveren, maar het spreekt voor zich dat ook andere maatregelen nodig zijn.
Een toename van het aantal
warmtekrachtkoppelingsinstallaties zorgt er bovendien voor dat de elektriciteitsproductie wat opschuift van een sterk centrale productie naar een meer
gedecentraliseerde productie. Dit kan onder meer leiden tot een reductie van de verliezen in het elektrisch transportnet.
WKK en Rationeel energiegebruik
Rationeel omgaan met energie levert een bijdrage tot duurzame
ontwikkeling, wat betekent: een leefbare wereld doorgeven aan de generaties na ons, ze niet belasten met de negatieve gevolgen van onze huidige
activiteiten. Rationeel energiegebruik dient te gebeuren op alle niveau's: zowel de energiebronnen, de energieomzetting als het energiegebruik dienen
met de nodige omzichtigheid aangepakt te worden. Warmtekrachtkoppeling zorgt voor een efficiëntere omzetting van energie, en draagt in dat opzicht bij
tot een rationeel gebruik van energie. Toch zal deze inspanning pas echt zinvol zijn, als ook op het niveau van de eindverbruiker zuinig wordt
omgesprongen met energie.
WKK in de regelgeving
Omwille van het belang
van WKK in iedere duurzame energiepolitiek, hebben de autoriteiten van verschillende niveaus (Europees, federaal, regionaal) een uitgebreide regel- en
wetgeving op punt gezet. Deze regelgeving dekt twee domeinen : de begripsvorming (met definities en berekeningsmethodes) en de steunmaatregelen.
WKK in de praktijk
WKK levert een primaire energiebesparing tegenover een gescheiden energieproductie.
Achter deze link vindt u een fictieve toepassing van WKK in de praktijk.
