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 warmte-krachtkoppeling, 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 efficiŽnt mogelijke benuttiging van brandstoffen is dit uiteraard een spijtige zaak, gezien kostbare exergie verloren gaat.

Het principe van WKK

WarmteKrachtKoppeling (afgekort WKK) (F: cogťnťration ; E: cogeneration ; D: Kraft-Wšrme-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 (1200įC) 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 įC tot 500 įC) 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 technologieŽn 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 technologieŽn 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 ď20-20-20Ē doelstellingen. Deze zijn:
ē    20% vermindering van broeikasgas uitstoot in vergelijking met niveau van 1990;
ē    20% hernieuwbare energie productie;
ē    20% verbetering op de energie efficiŽntie.

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 efficiŽntere 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.