Warmtekrachtkoppeling

 Bij WarmteKrachtKoppeling ( afgekort WKK ) ( F: cogénération ; E: cogeneration ; D: Kraft-Wärme-Kopplung ) wordt warmte en elektriciteit in eenzelfde installatie opgewekt.
Een WKK is een grote motor die aangedreven wordt door een brandstof. Dit is meestal aardgas, maar dat kan ook palmolie, biogas, … zijn. De hoogwaardige warmte (1200°C) die vrijkomt bij het verbranden van de brandstof wordt 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 °C tot 500 °C) over, en deze wordt dan gebruikt om te voldoen aan de specifieke warmtevraag van een bedrijf, van een ziekenhuis, serre, ... Niet alleen de laagwaardige restwarmte wordt benut, ook de warmte aanwezig in de rookgassen wordt zoveel mogelijk gerecupereerd en gebruikt om het water van het verwarmingssysteem te verwarmen.
De geproduceerde elektriciteit kan benut worden voor eigen gebruik, of kan op het elektriciteitsnet worden geplaatst. Op deze manier wordt groene stroom geproduceerd. De opgewekte elektriciteit, afkomstig van alle WKK’s in de Vlaamse glastuinbouw, voorziet ongeveer 200.000 gezinnen van groene stroom. Daarenboven worden de rookgassen die ontstaan bij de verbranding verder gezuiverd, zodat de CO2 aanwezig in deze rookgassen in de serre kan benut worden om de fotosynthese van de planten te stimuleren. Zo wordt tegelijk de opbrengst verhoogd en de uitstoot van CO2 gereduceerd.

Klik op onderstaande link voor informatie over warmtekrachtkoppeling

http://www.cogenvlaanderen.be

 Er bestaan verschillende technologieën 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 technologieën klaar voor marktdoorbraak : microgasturbines en Stirlingmotoren. Op langere termijn kunnen ook brandstofcellen ingezet worden voor WKK toepassingen..

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 efficiënt mogelijke benuttiging van brandstoffen is dit uiteraard een spijtige zaak, gezien kostbare exergie verloren gaat.

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. Gezien warmte zo moeilijk te transporteren is, bevindt deze installatie zich dicht bij de warmteverbruiker.

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 protocol van Kyoto bepaalt dat de uitstoot van broeikasgassen, waarvan CO2 het belangrijkste is, voor de periode 2008-2012 met 5% gereduceerd dient te worden ten opzichte van het referentiejaar 1990. Europa gaat een stapje verder, wat er voor België op neerkomt dat een daling van 7,5% gerealiseerd moet worden voor wat betreft de uitstoot van broeikasgassen. Warmtekrachtkoppeling kan hier een bijdrage leveren, maar het spreekt voor zich dat ook andere maatregelen nodig zijn.
Wanneer een WKK-installatie in een serre wordt uitgerust met een rookgasreiniger, kan de CO2 uit de rookgassen van de verbranding benut worden als CO2-bemesting voor de planten. CO2 is een essentiële bouwstof voor de planten: zonder CO2 is er geen fotosynthese mogelijk. Dit creëert een win-win-situatie: enerzijds de stimuleert CO2 toegediend aan de planten de fotosynthese en hierdoor de productie en anderzijds wordt zo de uitstoot van CO2 verlaagd.
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.

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.

Dimensioneren WKK (houdt rekening met het Waals subsidiesysteem)

Dimensioneren WKK (houdt rekening met het Vlaams subsidiesysteem)

Voor meer informatie over WKK, raadpleeg ook de presentaties van demodag 3 '(Bio)WKK op uw landbouwbedrijf?' van 16/12/2008.