5.3.2 Technische dimensionering WKK met motor
Een belangrijk hulpmiddel bij de dimensionering van een WKK-installatie
is de zogenaamde 'jaarbelastingduurcurve', ook wel 'monotoondiagram' genoemd.
Een dergelijke curve is eenvoudig af te leiden als het verloop van de
energievraag over een jaar bepaald is (zie paragraaf 5.3.2).
Het begrip jaarbelastingduurcurve (verder aangeduid als 'jbdc') wordt toegelicht aan de hand van het voorbeeld van het ziekenhuis ('bedrijf A' in paragraaf 5.3.2). Bij een jbdc wordt de belasting (elektrisch of thermisch) uitgezet in functie van de belastingduur.
Figuur 5.3.2-1 toont de jaarbelastingduurcurve voor elektriciteit, waarin
de elektriciteitspiek van 857 kWe en de basislast aan elektriciteit van
250 kWe zijn terug te vinden: de piekbelasting van ruim 850 kWe treedt
maar enkele uren per jaar op terwijl gedurende de 8760 uren in een jaar
de belasting 250 kWe of hoger is.
Op basis van deze figuur kan opgemerkt worden dat een WKK-installatie
met een elektrisch vermogen van 300 kWe ruim 6000 uur per jaar zal maken,
terwijl een WKK-systeem met een elektrisch vermogen van 600 kWe maximaal
2600 uur per jaar zal kunnen werken; hierbij wordt geen rekening gehouden
met de warmtevraag en wordt terugleveren van elektriciteit niet beschouwd
en bovendien werkt de WKK-installatie enkel op vollast.
Figuur 5.3.2-2 toont de elektriciteitsproductie die samenhangt met de
diverse configuraties (steeds uitgaand van een WKK-systeem met één
motor werkend op vollast): deze figuur is afgeleid uit figuur 5.3.2-1
door telkens de belasting te vermenigvuldigen met de belastingduur.
Uit figuur 5.3.2-2 blijkt dan dat jaarlijks een elektriciteitsproductie
met WKK van circa 2.000 MWh mogelijk is met WKK-systemen met een elektrisch
vermogen tussen 250 en 450 kWe.
Dezelfde benadering kan gevolgd worden voor de warmtevraag: figuur 5.3.2-3
toont de jaarbelastingduurcurve (piek 2,2 MWt) voor warmte en figuur 5.3.2-4
toont de met de WKK mogelijke warmteproductie. Ook hierbij zijn de aannames
dat de WKK bestaat uit één motor, dat deze motor volgens
aan/uit bedrijf werkt en dat geen rekening gehouden wordt met de elektriciteitsvraag.
Figuur 5.3.2-4 toont dat, bij de gestelde aannames, WKK-installaties met
een thermisch vermogen tussen 500 en 750 kWt de maximale hoeveelheid warmte
produceren (minimaal 13.000 GJ per jaar).
Belangrijke opmerking betreffende jaarbelastingduurcurves:
Jaarbelastingduurcurves hebben de zeer belangrijke tekortkoming dat ze geen rekening houden met de mate van synchronisme tussen elektriciteits- en warmtevraag. Het kan dus gebeuren dat perioden met hoge elektriciteitsvraag samenvallen met perioden van lage warmtebehoefte en omgekeerd. Hoewel bij de technische dimensionering een eerste indruk verkregen kan worden op basis van de jaarbelastingduurcurves, dient men bij de berekening van de economische haalbaarheid van WKK-systemen rekening te houden met het synchronisme tussen elektriciteits- en warmtevraag.
Figuur 5.3.2-1 : Jaarbelastingduurcurve elektriciteit
Figuur 5.3.2-2 : Elektriciteitsproductie WKK volgens jbdc
Figuur 5.3.2-3 : Jaarbelastingduurcurve warmte
Figuur 5.3.2-4 : Warmteproductie WKK volgens jbdc
Voor de technische dimensionering van de WKK met motor voor 'bedrijf A'
kan op basis van figuren 5.3.2-1 tot en met 5.3.2-4 gesteld worden dat
best gezocht wordt naar een WKK met een elektrisch vermogen tussen 250
en 450 kWe (figuur 5.3.2-2) en een thermisch vermogen tussen 500 en 570
kWt (figuur 5.3.2-4).
Bij het selecteren van een concrete WKK-installatie met motor dient men zich onder andere te baseren op de retourtemperatuur, zoals die zich voordoet in het bestaande verwarmingscircuit: zoals in hoofdstuk 2 werd toegelicht, bepaalt de retourtemperatuur met welke motor de maximale warmte gerecupereerd kan worden. Het is daarom zeer sterk aan te bevelen deze retourtemperatuur afzonderlijk continu te meten gedurende de energiemeting.
Figuur 5.3.2-5 toont de metingen van de retourtemperatuur gedurende een maand.
Figuur 5.3.2-5: Retourtemperatuur bestaand verwarmingssysteem
Figuur 5.3.2-5 toont dat de retourtemperatuur van het water zich vaak
rond de 75 °C situeert. Indien men dus een op de markt aanwezige motor
met een maximale retourtemperatuur voor het motorkoelwatercircuit van
72 °C zou kiezen, komt men bij de inpassing van deze WKK in de problemen.
Op basis van de metingen in figuur 5.3.2-5 zou men beter opteren voor
een motor waarbij men warmte kan recupereren bij een retourtemperatuur
van bijvoorbeeld 80 °C.
Op basis van de jaarbelastingduurcurves en de meting van de retourtemperatuur kan men tot een onderbouwde technische dimensionering van de WKK-installatie komen.
Afhankelijk van de bedrijfsvoering van de WKK kan men een aantal aspecten inschatten voor een geselecteerde WKK-installatie, zoals bijvoorbeeld de invloed van deellastbedrijf, het effect ten gevolge van het kunnen terugleveren van elektriciteit aan het elektriciteitsnet, het effect van het gedurende beperkte tijd kunnen wegkoelen van warmte, het effect van het opsplitsen van het voorziene WKK-vermogen over meerdere modules,… .
Bij de dimensionering van de WKK-installatie speelt de 'financieringsvorm van de WKK' zoals die is besproken in paragraaf 1.3 een grote rol.
Indien de WKK-installatie in 'eigen beheer' geplaatst wordt, wordt bij de dimensionering van de WKK-installatie zowel op de elektriciteits- als op de warmtevraag gelet, waarbij meestal die WKK-installatie wordt gekozen die de meeste elektriciteit maakt met benutting van de warmte. De mate van synchronisme tussen elektriciteits- en warmtevraag is een essentieel element bij de dimensionering.
Indien echter een WKK-installatie door het energiebedrijf geplaatst wordt, dan wordt de WKK 'uitsluitend' gedimensioneerd op de warmtevraag van de klant, en is de elektriciteitsvraag van de klant quasi onbelangrijk. Wel zal het energiebedrijf ervoor willen zorgen dat de WKK-installatie op nominaal bedrijf werkt op tijdstippen in de winter dat de elektriciteitsvraag het hoogst is; dan is de door de WKK geproduceerde elektriciteit voor de intercommunale het meeste waard.