5.2 Analyse van de energievraag
Het uitgangspunt van een haalbaarheidsstudie voor WKK is het maken van een gedetailleerde analyse van de energievraag van de onderneming.
Bij de analyse van de energievraag wordt onderscheid gemaakt tussen:
· totale energievraag
· voor WKK relevante energievraag
Totale energievraag
Een eerste indruk van de totale energievraag kan opgemaakt worden aan de hand van de (maandelijkse) facturen. Hoewel deze facturen slechts geaggregeerde gegevens weergeven, kunnen hieruit reeds mogelijke verbeteringen in de energievoorziening blijken (bijvoorbeeld: het vermijden van nodeloos reactief elektriciteitsverbruik).
Bij de maandelijkse elektriciteitsrekening kan men de volgende gegevens aflezen: maximale piekafname, afname gedurende de 'normale' tariefuren en gedurende de 'stille' tariefuren.
Bij het gebruik van aardgas als brandstof is het belangrijk op te merken dat aardgas gefactureerd wordt op de bovenste verbrandingswaarde; deze bovenste verbrandings-waarde is enkel relevant indien de latente warmte van de waterdamp in de rookgassen gerecupereerd wordt, zoals bijvoorbeeld gebeurt bij het condenseren van de rookgassen. In de praktijk echter wordt deze latente warmte niet gebruikt en gebruikt men enkel de 'onderste verbrandingswaarde' van het aardgas, die gemiddeld circa 90% bedraagt van de bovenste verbrandingswaarde van het aardgas.
Indien het rendement van een niet-condenserende ketel 80% op basis van de onderste verbrandingswaarde bedraagt, dan is de warmtevraag gelijk aan 0,9 * 0,8 = 0,72 maal het aardgasverbruik in GJcbw op de factuur. Indien men dus zonder nadenken een WKK plaatst op basis van de aardgasfactuur, zou het kunnen dat de WKK-installatie te groot gedimensioneerd is voor wat de warmtevraag betreft, met alle nadelige gevolgen van dien (tegenvallende warmtevalorisatie, meer deellastbedrijf dan verwacht, slechtere economische rendabiliteit, …).
Bij gebruik van andere brandstoffen zoals steenkool en stookolie is het moeilijker om het maandelijks verbruik vast te stellen aangezien deze brandstoffen niet maandelijks gefactureerd worden.
Voor WKK relevante energievraag
Nadat de totale energievraag globaal in kaart gebracht is, dient de voor
WKK relevante energievraag bepaald te worden.
In het eenvoudigste geval is deze gelijk aan de totale energievraag van
het bedrijf. In een aantal gevallen bestaat de voor WKK relevante energievraag
slechts uit een gedeelte van de totale energievraag.
Voorbeeld 1:
Een ziekenhuis heeft een warmtevraag zowel in de vorm van stoom als in de vorm van warm water. Indien we als WKK-technologie een installatie op basis van motoren beschouwen, waarbij enkel warmterecuperatie in de vorm van warm water gebeurt, dan valt de behoefte aan stoom buiten de voor WKK relevante energievraag. Het is dus noodzakelijk voor de dimensionering van de WKK enkel de voor WKK relevante warmte te bepalen.
Voorbeeld 2:
Een KMO heeft zijn activiteiten verdeeld over meerdere gebouwen; omwille van de eigenschappen van warmtetransport (hoge investeringskosten, transportverliezen) kunnen de eventueel verder afgelegen gebouwen niet in aanmerking komen voor WKK: er moet bekeken worden welke gebouwen op de voor WKK relevante stookplaats aangesloten zijn, en welke warmtevraag hieraan gekoppeld is.
Voorbeeld 3:
Bij een groot industrieel bedrijf wordt stoom geproduceerd op drie drukniveaus: oververhitte stoom (40 bar, 400 °C), verzadigde stoom op 25 bar en verzadigde stoom op 10 bar. Afhankelijk van het ontwerp van de afgasssenketel van de WKK met gasturbine komt de stoomvraag met een bepaald drukniveau in aanmerking voor WKK: daarom zijn voor dimensionering gegevens over de stoomvraag per drukniveau nodig.
Hoewel de energiefacturen een eerste idee geven over de energievraag, is het toch best om de dimensionering van de WKK-installatie te baseren op metingen; dit is echt noodzakelijk wanneer de totale energievraag niet gelijk is aan de voor WKK relevante energievraag.
Veel bedrijven hebben geen meetgegevens beschikbaar, zodat acties ondernomen moeten worden om energiemetingen uit te voeren. Omdat metingen tijd en geld kosten probeert men energiemetingen vaak te vermijden, maar de ervaring heeft geleerd dat het de dimensionering van een WKK ten goede komt als men zich kan baseren op meetgegevens.
Een belangrijk voordeel van een dergelijke gedetailleerde analyse is
dat zelfs indien uiteindelijk geen WKK toegepast wordt dit zeker geen
vergeefse moeite geweest is. Eventuele onduidelijkheden en misstanden
inzake energieverbruik kunnen ten gevolge van metingen te voorschijn komen
en kunnen aanleiding geven tot andere energiebesparende maatregelen. Soms
kan zelfs ten gevolge van deze energiebesparende maatregelen een WKK niet
meer in aanmerking komen, maar ook hier hebben de energiemetingen hun
nut dan bewezen.
In deze paragraaf worden ter illustratie drie energiemetingen (metingen op uurbasis) besproken van drie voor WKK mogelijk interessante bedrijven:
· een ziekenhuis, verder aangeduid als 'bedrijf A' (figuur 5.2-1)
· een middelgroot industrieel bedrijf, 'bedrijf B' (figuur 5.2-2)
· een groot industrieel bedrijf, 'bedrijf C' (figuur 5.2-3)
Het verloop van de elektriciteitsvraag kan vaak tamelijk eenvoudig gemeten worden en in veel gevallen is het mogelijk om meetgegevens op kwartierbasis te verkrijgen van het elektriciteitsbedrijf. Op basis van een maand verbruiksmetingen kan vaak een bepaald patroon afgeleid worden; dit patroon dient dan op basis van de maandelijkse elektriciteitsfacturen en op basis van informatie afkomstig van het bedrijf (bijvoorbeeld productieschema's van processen) geëxtrapoleerd te worden naar een jaarpatroon.
In het elektriciteitsvraagpatroon van 'bedrijf A' (figuur 5.2-1) is het
verschil tussen week en weekend duidelijk zichtbaar; ook bij 'bedrijf
B' (figuur 5.2-2) is het verschil tussen weekdagen en weekend duidelijk.
Voor beide toepassingen is het afnamepatroon van de werkdagen tamelijk
constant.
Bij 'bedrijf C' (figuur 5.2-3) zien we, zoals bij veel grote bedrijven,
een quasi constante elektriciteitsafname, omdat bij grote bedrijven veelal
continue processen de energievraag bepalen.
Meting van de warmtevraag is aanzienlijk complexer omdat meettoestellen meestal niet aanwezig zijn en vaak ook moeilijk ingebouwd kunnen worden. Voor meting van de vraag naar warm water is meting van het waterdebiet gekoppeld aan twee temperatuurmetingen (vertrek- en retourtemperatuur) nodig; de temperatuurmetingen kunnen eenvoudig uitgevoerd worden, maar meting van het waterdebiet vereist eigenlijk een ingebouwde debietmeter. Indien geen debietmeter aanwezig is, is het vaak praktisch moeilijk/onmogelijk een dergelijke meter in te bouwen voor een meetperiode: een oplossing kan het gebruik van een ultrasone debietmeter zijn, die op de leiding geplaatst kan worden en waarvoor dus geen grote technische ingrepen vereist zijn. Een ultrasone debietmeter is weliswaar tamelijk duur, maar kan voor veel informatie over de waterstromen in een bedrijf zorgen.
Voor wat de warmtevraagpatronen betreft, tonen de figuren 5.2-1 ('bedrijf
A') en figuur 5.2-2 ('bedrijf B') dat de warmtevraag veel sterker fluctueert
dan de elektriciteitsvraag: de temperatuurafhankelijkheid van de warmtevraag
blijkt duidelijk. Bij extrapolatie van de warmtemetingen van een maand
naar warmtevragen voor een jaar dient dus een correlatie gelegd te worden
tussen temperatuur en warmtevraag.
In 'bedrijf C' is de stoomvraag tamelijk constant omdat deze sterk procesge-bonden
is; bijkomend voordeel bij het laatste bedrijf is dat het bedrijf de energievraag
zelf continu registreert, zodat geen extrapolatie nodig is.
Dit fenomeen komt vaak voor:
· hoe groter het bedrijf, des te meer inzicht in de energievraag
(soms zelfs een 'energie manager'), des te 'constanter' de energievraag:
vaak wordt veel energiedata geregistreerd en beschikbaar gesteld;
· hoe kleiner het bedrijf, des te minder inzicht in de energievraag
(vaak geen of zeer beperkte technische staf), des te 'variabeler' de energievraag:
vaak is er een volledig gebrek aan inzicht en data van de energievraag.
Figuur 5.2-4 toont de resultaten van de extrapolatie van de energiemetingen van 'bedrijf B': deze extrapolatie is gebeurd op basis van klimatologische gegevens, van energiefacturen en van gesprekken met mensen van de technische dienst van het bedrijf.
Figuur 5.2-1: Elektriciteits- en warmtemeting in 'bedrijf A' in oktober
Figuur 5.2-2: Elektriciteits- en warmtemeting 'bedrijf B' in januari
Figuur 5.2-3: Elektricteits- en warmtemeting 'bedrijf C' in februari
Figuur 5.2-4: Geëxtrapoleerde energievraagpatronen 'bedrijf B'