Warning: getimagesize(): SSL operation failed with code 1. OpenSSL Error messages: error:14090086:SSL routines:SSL3_GET_SERVER_CERTIFICATE:certificate verify failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-thiswebsite.php on line 535

Warning: getimagesize(): Failed to enable crypto in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-thiswebsite.php on line 535

Warning: getimagesize(https://www.nav.be/upload/artikel/862/foto/large/micro-pkk.jpeg): failed to open stream: operation failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-thiswebsite.php on line 535

Ontwerpparameters - Technieken

Micro-WKK brengt warmtekrachtkoppeling bij particulier

Jan De Naeyer • 23 december 2011

Als alternatieve energiebron zijn zonnepanelen en warmtepompen al langer bekend, net als de klassieke warmtekrachtkoppelingen. Die zijn momenteel nog enkel voorbestemd voor industrieel gebruik. Daar komt verandering in, want zowat alle fabrikanten zijn momenteel bezig met de ontwikkeling van een zogenaamde micro-wkk voor de residentiële markt. Omdat micro-wkk’s in de architectenwereld weinig bekend zijn, geven we in dit artikel een algemeen overzicht van de huidige stand van zaken.

Warning: getimagesize(): SSL operation failed with code 1. OpenSSL Error messages: error:14090086:SSL routines:SSL3_GET_SERVER_CERTIFICATE:certificate verify failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(): Failed to enable crypto in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(https://www.nav.be/upload/artikel/862/foto/artikel/micro-pkk.jpeg): failed to open stream: operation failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Princiepe

 

Microwarmtekrachtkoppeling (micro-wkk) is in feite niets anders dan een HR-ketel die naast warmte ook elektriciteit opwekt. De warmte en de kracht (= elektriciteit) worden samen in een vaste verhouding aangemaakt. De ketel wordt daarom een HRe-ketel genoemd, met name ‘e’ van elektra en HR (hoogrendementsketel) die warmte genereert. Met een dergelijke ketel kan een eindgebruiker dus een deel van de elektriciteit die hij verbruikt, zelf opwekken. Dit komt uiteraard voordeliger uit dan de elektriciteitsproductie bij een elektriciteitscentrale waar veel warmte en energie verloren gaan.

 

Minder verliezen

 

Microwarmtekrachtkoppeling staat voor de gecombineerde productie van nuttig bruikbare warmte en elektriciteit in een gebouw, waarbij het geproduceerde elektrische vermogen gewoonlijk lager is dan 10 kW (piek), daar waar voor een woning doorgaans een elektrisch vermogen van 2 tot 3 kW volstaat. Op basis van aardgas (of bijvoorbeeld biobrandstof) wordt er, net als in een traditionele verwarmingsketel,warmte geproduceerd die typisch dient voor de warmwatervoorziening en de centrale verwarming. Wanneer die warmte door een HRe-ketel nog eens deels wordt omgezet in elektriciteit, kan een micro-wkk dan ook een belangrijke besparing betekenen op de energiefactuur. Een en ander draagt eveneens bij tot een verminderde milieuvervuiling, aangezien minder elektriciteit opgewekt moet worden.

 

Vlaams regeerakkoord

 

Als doelstelling werd in het Vlaamse regeerakkoord ingeschreven dat tegen 2010 een kwart van de elektriciteitsleveringen getrokken wordt uit duurzame energiebronnen (19% warmtekrachtkoppeling en 6% hernieuwbare energiebronnen).


Om deze doelstelling te realiseren, wordt energiebesparing via warmtekrachtkoppeling aangemoedigd door het systeem van de warmtekrachtcertificaten of groenestroomcertificaten. In 2006 bedroeg de totale elektriciteitsproductie in warmtekrachtinstallaties 14% van het elektriciteitsverbruik. Er is dus nog een heel eind te gaan en micro-wkk’s kunnen helpen om aan het streefcijfer van 25% te geraken.

 

Elektriciteitsoverschot in net geïnjecteerd

 

Het systeem van een HRe-ketel is qua behandeling van elektriciteitsoverschotten vergelijkbaar met dat van zonnepanelen. Wordt er op een bepaald moment (bij zonnepanelen is dat vooral in de zomer, bij een HRe-ketel zal dat voornamelijk ’s winters zijn) meer elektriciteit geproduceerd dan nodig, dan wordt het teveel aan elektriciteit in het algemene net gepompt en draait de meter van de particulier in kwestie achteruit. Daarvoor kan hij warmtekrachtcertificaten van de overheid ontvangen. Adder onder het gras is evenwel dat de prijs van een warmtekrachtcertificaat niet vastligt (zoals bij de groenestroomcertificaten) maar afhankelijk is van de elektriciteitsmarkt, met haar gekende pieken en dalen.

 

Toekomst voor micro-wkk?

 

Condensatieketels met een hoog rendement kunnen een efficiëntie halen van 107%. De condensatietechniek zit evenwel aan haar plafond en kan niet verder verbeterd worden. Ze blijven evenwel een geduchte concurrent voor de HRe-ketels. Om het potentieel van een micro-wkk te kunnen benutten, moeten een aantal technische en economische uitdagingen overwonnen worden. Hiertoe moeten de kosten verbonden aan het produceren en uitbaten van een micro-wkk teruggebracht worden tot een niveau vergelijkbaar met een klassieke verwarmingsinstallatie met eenzelfde vermogen, weliswaar rekening houdend met het extra rendement van de HRe-ketel door de elektriciteitsopwekking.
Ook de onderhoudsfrequentie en -duur en eventuele visuele en akoestische hinder moeten tot een minimum beperkt worden. Tot slot moet geprobeerd worden om een micro-wkk compatibel te maken met bestaande verwarmingsinstallaties (bijvoorbeeld op het vlak van debiet, temperatuur, installatiegemak …).
Een en ander wordt bevestigd door Henk Sijbring, voorzitter van de Nederlandse Smart Power Foundation. “In het begin zal de HRe-ketel nog maar met mondjesmaat leverbaar zijn en zal de prijs nog aan de hoge kant zijn. Zodra de HRe-ketel voldoende verkrijgbaar zal zijn, tegen een redelijke prijs, zal niets meer het succes in de weg staan.”

 

Bekendmaking en lobbying

 

Onbekend is onbemind. Hetzelfde geldt voor de micro-wkk. De sector van fabrikanten gaat ervan uit dat de architectenwereld nog quasi niet geïnformeerd is over deze nieuwe evolutie. Zij zijn nochtans degene die mee aan de kar moeten zullen trekken om het systeem geïntroduceerd te krijgen. Een proactieve houding t.o.v. dit nieuwe systeem kan alleen maar helpen. Bovendien is het een vaststaand gegeven dat woningen in de toekomst zullen moeten beschikken over een energielabel (volgens de richtlijn ECO Design Directive 2005/32/EEC). Een micro-wkk kan alleen maar bijdragen tot het behalen van een dergelijk label. Het spreekt voor zich dat ook de diverse vakorganisaties een belangrijke rol zullen spelen. Niet alleen dienen de klant en de vakman geïnformeerd te worden, ook de overheid zal grondig bewerkt moeten worden om – alvast in de beginjaren – de nodige subsidies te voorzien. Zo niet blijft het systeem onbetaalbaar.

 

Ontwikkeling en marktintroductie

 

Hoewel het grootste deel van de producenten momenteel nog bezig is met de ontwikkeling van hun eigen micro-wkk, zijn er op dit moment al enkele toestellen op de markt die aan de vermelde eisen voldoen. Ze hebben ongeveer het formaat van een wasmachine en kunnen desgewenst aan de muur gemonteerd worden. Er bestaan verschillende primaire energieomzettingsprincipes voor micro-wkk’s, waaronder:

  • inwendige verbrandings-machines (IVM).
  • machines op basis van de Stirling- of Rankine-cyclus
  • en brandstofcellen,

Daar waar vroeger voornamelijk klassieke inwendige verbrandingsmotoren werden gebruikt, die veelal te kampen hadden met hoge onderhoudskosten en een korte levensduur, worden nu vooral micro-wkk’s ontworpen op basis van de stirling- of Rankine cyclus. Naar alle waarschijnlijkheid zullen over enkele jaren ook micro-wkk’s op de markt komen op basis van brandstofcellen (onder meer Polymer Exchange Membrane - PEM FC - of Solid Oxide brandstofcellen - SOFC/MCFC).


Stirlingmotor

 

De micro-wkk met stirlingmotor produceert warmte en daarnaast een kleine hoeveelheid elektriciteit. Deze motor werkt volgens het principe dat gas uitzet door warmte en inkrimpt door afkoeling. Door dit beurtelings te laten gebeuren, wordt een zuiger in beweging gebracht. Deze beweging kan omgezet worden naar elektriciteit. Deze techniek is vooral geschikt voor oudere (lees: minder goed geïsoleerde) woningen met een grote warmtevraag. Momenteel worden vooral in het Verenigd Koninkrijk en Denemarken heel wat micro-wkk’s geïnstalleerd. Ook in Nederland lopen momenteel projecten om HRe-ketels in de markt te plaatsen. Vanwege de succesvolle en massale introductie van micro-wkk in het VK werd de btw erop verlaagd van 17,5% naar 5%. Het kan een hint zijn voor de Vlaamse overheid.


Rankine versus Stirling

 

Toch zijn er ook fabrikanten die voor een ander principe kiezen. Zo is een bepaalde HRe-ketel gebaseerd op de Organic Rankine Cycle (ORC). Met behulp van een kleine stoomturbine wordt elektriciteit opgewekt uit de restwarmte van cv-ketels. Volgens deze producent biedt deze techniek goede vooruitzichten voor stille, betrouwbare en lichte ketels. Deze ketel is plug-and-play compatibel met een gewone ketel en stelt geen bijzondere installatievereisten: overal waar een HR-ketel kan worden geplaatst, past ook een dergelijke HRe-ketel.
Door de modulaire opzet zijn diverse capaciteiten leverbaar terwijl het gewicht vergelijkbaar blijft. De producent toonde het prototype op de VSK 2008 en beroept zich op enthousiaste reacties vanuit de installatiewereld. 2008 is het jaar van de uitgebreide proeven. Marktintroductie wordt voorzien in 2009. Ontwerpdoelen zijn:

  • 1 kW elektriciteit – 15 kW verwarming;
  • modulerend tussen 4,5 – 15 kW (elektrisch: 0,4 – 1 kW);
  • gasgestookte boostmodules voor grotere vermogens (tot in totaal 38 kW);
  • opslag van 100 liter met daarbij relais voor het zogenaamde offnetschakelen;
  • gaskeurlabel CW 6 warm water;
  • geluid vergelijkbaar met huidige HR-ketel;
  • gewicht vergelijkbaar of minder dan huidige HR-ketel.

In tegenstelling tot andere fabrikanten, maakt deze producent geen gebruik van de stirlingmotor maar van ORC. “Ten opzichte van de stirlingmotoren maakt ORC gebruik van bewezen technieken, hij maakt minder lawaai en is lichter. Het rendement van de stirlingmotor is weliswaar hoger, maar daar staat een lagere kostprijs van ORC tegenover. Dat leidt tot een optimale prijs-rendementsverhouding”, klinkt het.

 

Brandstofcellen

 

Een op brandstofcellen gebaseerde micro-wkk produceert voornamelijk elektriciteit en daarnaast warmte. Een dergelijke micro-wkk is veeleer geschikt voor goed geïsoleerde woningen waar de vraag naar elektriciteit groter is dan die naar warmte. Nadeel hiervan is dat bij onvoldoende warmte bijverwarmd moet worden met een extra installatie als gevolg.


De brandstofcel, die ontwikkeld werd door het Australische Ceramic Fuels Cells, is een zwavelbrandstofcel (SOFC) die werkt met interne aardgasreformatie. Door de hoge werktemperatuur zal de brandstofcel permanent moeten draaien, iets wat zeker als een nadeel valt te noteren. Maar hoe zit het principe precies in elkaar? Een brandstofcel zet chemische energie direct om in elektriciteit. Die omzetting is in feite omgekeerde elektrolyse. Elektrolyse splitst water en elektriciteit in zuurstof en waterstof.


In een brandstofcel wekt de reactie van waterstof en zuurstof water en elektriciteit op. De cel is opgebouwd uit een poreuze anode en kathode met daartussen een elektrolytlaag, een vast oxide bij een SOFC, maar er zijn meer types. Waterstof wordt toegevoegd aan de anode en zuurstof aan de kathode. Waterstof (H2) wordt aan de anode gesplitst in twee protonen (2 H+) en twee elektronen (2 e-).


De elektronen stromen door een elektrisch circuit naar de kathode: dit levert een elektrische stroom. Bij de kathode leiden de elektronen tot de vorming van zuurstofionen die door het elektrolyt naar de anode stromen en met de protonen water (H2O) vormen. Dit water wordt afgevoerd, meestal in de vorm van stoom door de vrijgekomen warmte.
Veelal wordt waterstof als brandstof gebruikt, eventueel in de cel zelf geproduceerd uit aardgas, maar er kan bijvoorbeeld ook methanol worden gebruikt.


Producenten kiezen voor stirlingmotor

 

Ook een andere HRe-ketel die op de markt zal komen, maakt gebruik van de stirlingmotor. Het toestel zal 24 kW warmte en 1 kW elektriciteit leveren. Voor de stirlingmotor wordt een levensduur van 60.000 uren gegarandeerd. Een andere producent investeert jaarlijks 30 miljoen euro in research and development.
Daar lopen momenteel drie projecten met betrekking tot micro-wkk. Een daarvan maakt eveneens gebruik van de stirlingmotor.


“Wij zijn een van de eersten die een prototype testen in een particuliere woning”, zo klinkt het daar.


Warning: getimagesize(): SSL operation failed with code 1. OpenSSL Error messages: error:14090086:SSL routines:SSL3_GET_SERVER_CERTIFICATE:certificate verify failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(): Failed to enable crypto in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(https://www.nav.be/upload/artikelcontent/2531/foto/large/microwkk4.jpg): failed to open stream: operation failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(): SSL operation failed with code 1. OpenSSL Error messages: error:14090086:SSL routines:SSL3_GET_SERVER_CERTIFICATE:certificate verify failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(): Failed to enable crypto in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240

Warning: getimagesize(https://www.nav.be/upload/artikelcontent/2532/foto/large/microwkk2.jpg): failed to open stream: operation failed in /var/www/vhosts/energiebewustontwerpen.be/httpdocs/modules/phplib/functions-default.php on line 240
Bronnen
  • Professional Media Group - Vakblad Architect