Warmtekrachtkoppeling (WKK): tegelijk verwarmen en elektriciteit produceren

23/10/2018

Warmtekrachtkoppeling (WKK): tegelijk verwarmen en elektriciteit produceren

Bij warmtekrachtkoppeling (WKK) wordt tegelijkertijd warmte en elektriciteit geproduceerd met behulp van een door brandstof aangedreven motor. Dat kan een fossiele brandstof zijn (stookolie, aardgas, LNG), een hernieuwbare brandstof (biogas of biomassa) of zelfs een brandstofcel.

De WKK-techniek werd oorspronkelijk ontwikkeld voor grote gebouwen met een grote warmtebehoefte zoals ziekenhuizen, bedrijven, zwembadinfrastructuur of eventueel voor wijkverwarming. WKK-oplossingen voor residentieel gebruik worden micro-WKK’s genoemd en beginnen stilaan door te breken.

In het kader van de energietransitie en de stijgende energieprijzen wint decentrale stroomopwekking steeds meer aan belang. Na hernieuwbare energie, is warmtekrachtkoppeling de meest duurzame wijze om in onze energiebehoeftes te voorzien. WKK’s leveren een besparing aan brandstof op tot 50% en komen tegemoet aan de flexibiliteitseisen van het huidige en het toekomstige energiesysteem. Warmtekrachtkoppeling is een belangrijke aanvulling op de elektriciteitscentrales. Het is de bedoeling om het aandeel van de elektriciteit die via WKK-installaties wordt opgewekt, tegen 2020 te doen stijgen van de huidige 20 naar 25 procent.

Hoe werkt warmtekrachtkoppeling?

Het werkingsprincipe van WKK is vrij eenvoudig.

De brandstof laat de motor draaien. Naargelang de brandstof kan dit met verschillende technieken: stoomturbine, gasturbine, Stirlingmotor (met externe verbranding), inwendige verbrandingsmotor, brandstofcellen…

De motor zet een alternator (wisselstroomdynamo) in beweging, waardoor elektriciteit wordt opgewekt en een koelvloeistof zorgt ervoor dat de installatie niet oververhit geraakt. Een warmtewisselaar recupereert de warmte uit de koelvloeistof en gebruikt die om warm water aan te maken voor de verwarming of sanitaire toepassingen. Ook de warmte uit de verbrandingsgassen wordt via condensatie gerecupereerd en gebruikt voor de warmwaterproductie.

Het grote voordeel van gedecentraliseerde WKK’s ten opzichte van ‘klassieke’ elektriciteitscentrales is duidelijk. De warmte die bij de opwekking van elektriciteit ontstaat, gaat in die centrales steeds als restwarmte verloren. WKK-installaties gebruiken die restwarmte wel en slagen er zo in om een rendement te halen dat soms dubbel zo hoog ligt dan wanneer elektriciteit en warmte afzonderlijk worden geproduceerd.

Micro-WKK voor residentieel gebruik: op gas of op brandstofcellen

Microwarmtekrachtkoppeling (micro-WKK) is in feite niets anders dan een hoogrendementsketel die naast warmte ook elektriciteit opwekt.

Bij micro-WKK’s worden vooral toestellen op aardgas met een Stirlingmotor aangeboden. Een klein aantal fabrikanten heeft ook al Micro WKK’s die werken op brandstofcellen in zijn gamma.

Met een WKK-installatie op aardgas (of vloeibaar gas) verbetert het rendement van de verwarming en vermindert de elektriciteitsrekening (tot 50%) en de afhankelijkheid van externe elektriciteitsleveranciers.

Een WKK-module op gas is geschikt voor woongebouwen en bedrijven.

Daarnaast heb je WKK’s met een motor met interne verbranding, vergelijkbaar met de zuigermotoren van benzinewagens. Dit systeem wordt voornamelijk in appartementsgebouwen gebruikt.

Ten slotte heb je micro-WKK’s die werken op brandstofcellen. Een veelbelovende techniek.

In de eerste fase wordt er waterstof vanuit aardgas geproduceerd. Wanneer deze waterstof in contact komt met zuurstof ontstaat er een elektrochemische reactie die elektriciteit en warmte genereert. Een heel ecologisch proces, waardoor de CO2-uitstoot tot 50% lager ligt dan bij traditionele systemen. Een micro-WKK-brandstofcel-verwarmingsketel is perfect geschikt voor hedendaagse een- en tweegezinswoningen.

Vraag raad aan je vakman

Een WKK moet goed afgestemd worden op de elektriciteits- en warmtebehoefte. Een WKK mag immers niet teveel maar ook niet te weinig produceren. Voor een optimaal rendement is er een welbepaalde hoeveelheid elektriciteit en warmte nodig. Laat dus zeker vooraf een rentabiliteitsstudie maken of vraag naar een simulatie met een warmtekrachtkoppeling door een vakman.

Men rekent gemiddeld op een warmteverbruik van 15.000 kWh om rendabel te zijn. Een micro-warmtekrachtkoppeling is dus niet interessant voor heel goed geïsoleerde woningen.

Een installatie voor micro-warmtekrachtkoppeling kost, afhankelijk van de gekozen technologie, tussen 8.000 en 20.000 euro. In Wallonië en Brussel (maar niet in Vlaanderen) worden er premies uitgereikt voor micro-WKK’s.

Weinig voordeel voor de EPB-score

Wanneer een micro-WKK wordt doorgerekend door de EPB-verslaggever, blijkt vaak dat het voordeel slechts beperkt is ten opzichte van een traditionele ketel. Wel is er een bijkomend voordeel omdat er elektriciteit wordt geproduceerd. Hoe groter het project, hoe groter het voordeel. Voor gewone woningen met een beperkte warmtevraag is dit meestal minder interessant voor het E-peil.

Nog een groot potentieel

WKK is momenteel goed voor ongeveer 20% van de elektriciteitsproductie op de Belgische markt, maar er is nog een aanzienlijk potentieel en breed toepassingsgebied voor bijkomende installaties, zowel op de residentiële markt als voor grotere gebouwen. Nieuwe WKK-installaties worden zo ontworpen dat zij naast de invulling van de elektriciteits- en warmtevraag ook flexibel inspelen op de toenemende productie door hernieuwbare energiebronnen. Zo blijven ze belangrijke hoekstenen van het systeem tijdens de energietransitie en daarna, want ook bij het toenemend gebruik van brandstoffen van hernieuwbare oorsprong blijft efficiëntie belangrijk.