CHP-EENHEDEN VOOR DE ENERGIEVOORZIENING VAN INDUSTRIËLE ONDERNEMINGEN

De gecombineerde opwekking van warmte en kracht, ook wel WKK genoemd, is de gelijktijdige omzetting van primaire energie (in de vorm van brandstof) in thermische en mechanische (als basis voor de winning van elektrische) nuttige energie in een technisch systeem. Dit type energieomzetting wordt gekenmerkt door een hoge benuttingsgraad, d.w.z. een zeer efficiënte omzetting van brandstof in nuttige energie.

In warmtekrachtkoppelingseenheden wordt een verbrandingsmotor - een diesel- of benzinemotor - gebruikt om een generator aan te drijven voor het opwekken van stroom. De gevestigde motortechnologie vindt zijn oorsprong in de industriemotoren- en scheepsbouwindustrie. Het leeuwendeel van de afvalgaswarmte en van de warmte die zich in het koelwater van de motor en in de oliekoeler verzamelt, wordt als nuttige warmte onttrokken door middel van warmtewisselaars.

De aandelen van de afvalgas-, koelwater- en motoroliewarmte zijn afhankelijk van het motorvermogen. Bij grote motoren zijn de warmteverhoudingen vrijwel gelijk, terwijl de koelwater- en motoroliewarmte bij kleine motoren groter is.

De afvalgaswarmte is beschikbaar bij een temperatuurniveau van ca. 500°C. Aan de uitlaat van de rookgaswarmtewisselaar is de temperatuur van de rookgassen normaal ongeveer 120°C. De rookgassen in de WKK-eenheid kunnen verder worden gekoeld door middel van een extra condensatiewarmtewisselaar. Door gebruik te maken van deze condensatiewarmte kan de thermische benuttingsfactor worden verhoogd.

De temperatuur van de geaccumuleerde warmte van het motorkoelwater en de oliekoeler ligt tussen ca. 85-90°C en staat bekend als lage-temperatuurwarmte (=LT-warmte). Er moet op worden gelet dat de retourstroomtemperatuur voor het koelen van de motor zo mogelijk niet hoger is dan 70°C. Hogere temperaturen bij de secundaire koelcyclus zijn mogelijk wanneer zogenaamde warmgekoelde motoren worden gebruikt in warmtekrachtkoppelingseenheden.

Voor de warmtewinning uit warmtekrachtkoppelingseenheden bestaan twee varianten:

Twee onafhankelijke secundaire cycli in de warmtekrachtkoppelingseenheid zijn nodig voor de gescheiden winning van de twee warmtebronnen. Daarbij wordt de lage-temperatuurwarmte van het motorkoelwater en de oliekoeler onttrokken door middel van een warmtewisselaar. Net als bij de eenfasige warmtewinning mag de temperatuur van de retourstroom een gedefinieerde grens van ca. 70°C niet overschrijden. De stroming heeft gewoonlijk een temperatuur van ca. 85°C. De in het uitlaatgas aanwezige energie kan worden gebruikt voor de opwekking van stoom, warmteoverdrachtsolie of warm water door middel van een afvalwarmteterugwinningsketel. Het gebruik van het uitlaatgas in directe of indirecte droogprocessen is een andere mogelijke toepassing.

Er zijn in wezen drie verschillende regelingsmodi voor WKK-systemen. Dit zijn de

• warmtegestuurde regeling
• vermogensgestuurde regeling
• lijngecommuteerde regeling

Met de warmtegestuurde regeling wordt de werking van het WKK-systeem bepaald door de warmtebehoefte. Het WKK-systeem volgt de warmtebehoefte en staat daarom gedeeltelijk in deellastbedrijf. Op deze manier worden de hoogste benuttingsfactoren bereikt, omdat er geen warmte onnodig aan de omgeving wordt afgegeven.

De warmtegestuurde regeling levert echter niet de grootst mogelijke hoeveelheid elektriciteit op. De energiebehoefte van een klant is meestal groter dan het geïnstalleerde elektrische vermogen. Omdat de prijs om stroom van het net te kopen gewoonlijk hoger is dan de kosten voor het opwekken van stroom in een WKK-systeem, kan het de moeite lonen een deel van de opgewekte warmte aan het milieu af te staan om de stroomproductie te verhogen. Als de regeling van het WKK-systeem wordt bepaald door de energiebehoeften van de klant, staat dit bekend als vermogensgestuurde regeling. In dat geval wordt het WKK-systeem alleen in deellastbedrijf geregeld als het vereiste vermogen lager is dan het geïnstalleerde vermogen van het WKK-systeem. Met de vermogensafhankelijke regeling dekt het WKK-systeem een zo groot mogelijk deel van de vermogensbehoefte. Toch is ook bij de vermogensafhankelijke regeling het vrijkomen van enige hoeveelheid warmte in de omgeving niet toegestaan. Gedurende het gehele jaar en/of de gehele maand moet worden voldaan aan het hoogrendementscriterium, op grond waarvan ten minste 70% van de uit brandstof gewonnen energie moet worden omgezet in nuttige energie, d.w.z. stroom en warmte. Zoniet kan geen aanspraak worden gemaakt op belastingvoordelen met betrekking tot de energiebelasting.

Lijnbesturing wordt steeds belangrijker. Met de netgekoppelde regeling wordt de werking van de installatie niet geregeld door de eisen van de klant, maar door de eisen van het net. De besturingen van verschillende WKK-systemen worden met elkaar verbonden om zogenaamde virtuele elektriciteitscentrales te creëren. Wanneer de vraag naar vermogen in het net groter is dan het momenteel opgewekte elektrische vermogen van de WKK-eenheid, verhogen verschillende WKK-systemen in de virtuele centrale hun elektrische vermogen, waardoor de netfrequentie wordt ondersteund. Als het in het net beschikbare vermogen groter is dan de vraag, verlagen de WKK-systemen in de virtuele elektriciteitscentrale hun output. Met de netgekoppelde regeling ondersteunen de WKK-systemen dus de netstabiliteit door compensatie-energie te leveren. Met de verdere uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen zal de netgekoppelde regeling naar verwachting steeds belangrijker worden.