3.2 Achtergronden bij 'kwaliteits-WKK'
Zoals eerder vermeld, zijn de meeste analyses van de energiebesparing
door WKK gebaseerd op een vergelijking van de rendementen tussen gescheiden
opwekking en WKK. Figuur 3.2-1 toont de belangrijkste parameters voor
deze vergelijking waarbij in de ideale situatie de elektriciteits- en
warmtelevering door de WKK-installatie gelijk is aan de elektriciteits-
en warmtevraag van het bedrijf.
Figuur 3.2-1 : Basisschema vergelijking WKK en gescheiden opwekking
op basis van
ontwerprendementen
Uit figuur 3.2-1 volgt dat WKK energiebesparend is als geldt :
Verder uitwerken van deze ongelijkheid leidt tot de volgende eis voor rendementen van WKK-systemen om energiebesparend te zijn:
of
Er wordt benadrukt dat dit tot uiterst gesimplificeerde conclusies kan leiden met betrekking tot de met WKK bereikbare energiebesparing. Dit probleem wordt toegelicht aan de hand van figuur 3.2-2, waarin WKK ten opzichte van twee referentiesituaties (situatie 'geen WKK') wordt vergeleken.
In figuur 3.2-2a heeft de referentiesituatie betrekking op een elektriciteitscentrale
met een rendement van 35% (hE = 0,35) en een ketel met een rendement van
80% (hQ = 0,80).
In figuur 3.2-2b wordt als referentie het actuele alternatief gehanteerd:
een STEG-centrale met een rendement van 50% en een ketel met een rendement
van 90%.
In de figuren 3.2-2 staat op de horizontale as het elektrisch rendement van de WKK (aE) en op de verticale as het thermische rendement van de WKK (aQ).
Ook zijn in beide figuren een aantal schuine lijnen getekend, waarbij 0%, 10%, 20%,… is genoteerd. De lijn '0 %' betekent dat elk WKK-systeem met een elektrisch en thermisch rendement (aE en aQ) dat rechts van deze lijn ligt, energiebesparend is ten opzichte van de gedefinieerde referentiesituatie; WKK-systemen met rendementen rechts van de lijn '10 %' besparen minimaal 10% ten opzichte van de referentiesituatie, enz.
De gearceerde vlakken tonen het gebied waarin de rendementen van WKK-systemen
moeten liggen om energiebesparend te zijn ten opzichte van een bepaalde
referentiesituatie: dit vlak wordt begrensd door de energiebesparingslijn
'0 %' en de praktische rendementsgrenzen.
Duidelijk is dat ten gevolge van een performante referentiesituatie het
'zwarte vlak' in figuur 3.2-2b aanzienlijk kleiner is dan dat van figuur
3.2-2a.
Uit figuur 3.2-2b blijkt dat in de praktijk een energiebesparing van 30%
enkel bij extreem performante WKK-systemen mogelijk is; een waarde van
20% als 'maximum' is meer realistisch.
Figuur 3.2-2: Randvoorwaarden voor energiebesparing door toepassing
van WKK
Voor twee referentiesituaties
De vraag stelt zich nu in hoeverre de momenteel op de markt beschikbare
WKK-systemen zich situeren ten opzichte van de actuele referentiesituatie
(gescheiden elektriciteitsproductie 55% en gescheiden warmteproductie
90%).
De figuren 3.2-3 tot en met 3.2-5 tonen de haalbare energiebesparing voor
WKK-systemen met respectievelijk gasmotoren, dieselmotoren en gasturbines
ten opzichte van de genoemde referentiesituatie.
Hierbij wordt opgemerkt dat bij de motoren een maximale retourtemperatuur
van 70 °C verondersteld werd, waardoor de warmterecuperatie relatief
groot is; bij de WKK-systemen met gasturbine werd uitgegaan van een warmteproductie
op een niveau van 10 bar verzadigde stoom.
Figuur 3.2-3 : Energiebesparing met WKK met gasmotor
Figuur 3.2-4 : Energiebesparing met WKK met dieselmotor
Figuur 3.2-5 : Energiebesparing met WKK met gasturbine
Figuur 3.2-3 toont dat bij WKK-systemen met gasmotoren de maximale energiebe-sparing tussen 15 en 25% ligt.
Voor de WKK-systemen met dieselmotor toont figuur 3.2-4 dat de energiebesparing tussen 20 en 30% ligt.
Figuur 3.2-5 toont dat de energiebesparing door WKK-systemen met gasturbine tussen 0 en 20% ligt; vooral een aantal gasturbines met lage elektrische rendementen (< 25%) leiden tot zeer beperkte energiebesparingen van enkele procenten. De gevaloriseerde warmte bevindt zich wel op een aanzienlijk hoger temperatuurniveau (180 °C) dan bij de WKK-systemen met motoren (70 °C).