4.3.3 Inpassing van WKK

Regeltechnische aspecten

De regeltechnische inpassing van een WKK-installatie is vooral gericht op het ontwerpen en inpassen van een regelstrategie waarin een doeltreffende afstemming plaatsvindt tussen ketel(s) enerzijds en WKK anderzijds. Aangezien het thermisch gedrag van beide eenheden geheel verschillend is, vraagt een geïntegreerde regeling specifieke aandacht.

Huidige regelingen zijn doorgaans digitaal. Figuur 4.3.3-1 geeft een schema van een digitale vermogensregeling van een warmtesysteem. De regeling gebeurt aan de hand van volgende variabelen:

- Pg: gewenst vermogen: Soortelijke warmte (kJ/kg.K)
Soortelijke massa (m3/kg)
Gemeten debiet (m3/s)
Gewenste aanvoertemperatuur (°C) (stooklijninstelling)
Gemeten retourtemperatuur (°C)

- Pgel: geleverd vermogen: Soortelijke warmte (kJ/kg.K)
Soortelijke massa (m3/kg)
Gemeten debiet (m3/s)
Gemeten aanvoertemperatuur (°C)
Gemeten retourtemperatuur (°C)

- Pc: berekend vermogen: Pc = Pg - Pgel

Figuur 4.3.3-1: Schema digitale vermogensregeling van een warmtesysteem

Het belangrijkste aspect bij de inpassing van een WKK-systeem langs warmtezijde is het gevaar van een te hoge retourtemperatuur indien deze rechtstreeks beïnvloed wordt door de aanvoertemperatuur van de ketels. Dit fenomeen treedt vooral op bij een hoge warmtevraag:

1. De WKK levert onvoldoende vermogen om de warmtevraag te dekken;
2. De ketel komt in bedrijf;
3. De ketel levert op korte tijd zoveel warmte dat de retourtemperatuur stijgt zodat de WKK-eenheid uitschakelt (beveiliging);
4. Na afkoeling komt de WKK weer in bedrijf;
5. Door stilstand van de WKK kan deze niet snel genoeg voldoen aan de warmtevraag zodat de ketel weer inschakelt.

Naast het specifieke probleem van de retourtemperatuur dient er voor gezorgd te worden dat de warmtelevering van de WKK-eenheid preferent is. Bij een (te) kleine warmtevraag genieten ketels echter de voorkeur dit om deellastwerking en te hoge start/stop-frequentie van de eenheid te vermijden. Figuur 4.3.3-2 geeft een typische vermogenskarakteristiek van een warmtesysteem.

Figuur 4.3.3-2: Vermogenskarakteristiek van een warmtesysteem

Hydraulische aspecten

1. Buffering

Indien de warmtevraag kleiner is dan het thermisch vermogen van de WKK-eenheid is de WKK doorgaans niet in bedrijf. Deellastwerking en wegkoelen van de overtollige warmte zijn technisch zeker mogelijk maar hebben elk hun specifieke nadelen:

- deellastwerking: daling elektrisch rendement
stijging specifieke onderhoudskosten (BEF:kWh)

- wegkoelen: verminderde (negatieve) energiebesparing

Een mogelijke oplossing bestaat erin om de overtollige warmte tijdelijk op te slaan, te bufferen. In periodes met een beperkte warmtevraag (nacht) kan de geproduceerde warmte gebufferd worden; in periodes met een grote warmtevraag kan de warmte nuttig aangewend worden. De voordelen van bufferwerking zijn ondermeer:

- de WKK dekt een groter aandeel van de warmtevraag;
- de start-stop frequentie van de WKK-eenheid wordt beperkt wat de (technische) levensduur van de installatie ten goede komt;
- de vereiste synchroniteit tussen elektriciteits- en warmtevraag wordt (gedeeltelijk) ontkoppeld. De WKK kan ingezet worden om te voldoen aan een hoge elektriciteitsvraag zonder noodzakelijke inzet van de noodkoeler.

Buffering kan plaatsvinden op verschillende manieren:

- buffering in de bestaande ketels;
- buffering in het leidingnet;
- buffering in een afzonderlijk buffervat.

Bij elke wijze van buffering dient wel rekening gehouden te worden met de optredende verliezen (stilstandverliezen ketel, leidingverliezen…). Daarnaast is de hydraulische inpassing en regeling van een buffer complexer dan de standaardinpassing van een WKK.

2. Serieschakeling

Bij een serieschakeling wordt de WKK voor de ketel(s) geplaatst. Figuur 4.3.3-3 geeft een serieschakeling weer voor een hooggestookt en een variabel systeem.

Figuur 4.3.3-3: Serieschakeling hooggestookt en variabel systeem

In het hooggestookt systeem worden de ketels bij een geringe warmtevraag niet noodzakelijk doorlopen. Buffering van warmte in deze ketels is mogelijk, hoewel dit een vrij complexe regeling vereist.

Het voordeel van de inpassing van de WKK in een variabel gestookt systeem is de lage retourtemperatuur, afhankelijk van de belasting. Er vindt echter wel steeds ketelbuffering plaats met hoge stilstandverliezen indien de ketel afgeschakeld is. Een mogelijke oplossing is het aanbrengen van een extra omloopleiding.

Figuur 4.3.3-4 geeft een serieschakeling waarbij de WKK op drie manieren ingepast kan worden ten opzichte van de evenwichtsfles.


Figuur 4.3.3-4: Seriële WKK-inpassing in een drukloos systeem

Inpassing A is niet wenselijk wegens de rechtstreekse beïnvloeding van de retourtemperatuur door de aanvoertemperatuur. De keuze tussen B en C is afhankelijk van eventuele ketelbuffering; indien men van deze mogelijkheid gebruik wil maken is optie B aangewezen. Bij een geringe warmtevraag vindt er bij optie C immers geen buffering plaats. Voor drukgeregelde systemen geldt een gelijkaardige conclusie.

Figuur 4.3.3-5 geeft een WKK-schema met een afzonderlijk buffervat. In tegenstelling tot bovenstaande configuratie (figuur 4.3.3-4) is mogelijkheid C wel een optie. De ketels hoeven niet doorlopen te worden, wat de stilstandverliezen van de ketel beperkt.

Figuur 4.3.3-5: Seriële WKK-inpassing met afzonderlijk buffervat

De opslag van warmte gebeurt langs boven. Het ontladen van de buffer gebeurt door de toevoer van koud water langs beneden; door verdringing van het warme water levert de buffer warmte.

3. Parallelschakeling

Bij de parallelschakeling wordt de WKK-eenheid naast (= parallel aan) de ketels geplaatst. Dit heeft als voordeel dat bij een beperkte warmtevraag die volledig gedekt kan worden door de WKK de ketel niet steeds doorlopen hoeft te worden, wat minder verliezen geeft.

Figuur 4.3.3-6 geeft een mogelijk schema voor de parallelle inpassing van een WKK in een hoogestookt systeem. Ook hier geniet de optie b de voorkeur daar een rechtstreekse koppeling tussen aanvoer- en retourtemperatuur afwezig is.

Figuur:4.3.3-6 Parallelle inpassing WKK in een hooggestookt systeem