Productie van elektriciteit en warmte d.m.v. warmte-krachtkoppeling (WKK) Productie van elektriciteit en warmte d.m.v. warmte-krachtkoppeling (WKK) - Milieurapport Vlaanderen MIRA
Warmte-krachtkoppeling of WKK is de gelijktijdige omzetting van een energiestroom in kracht (meestal gebruikt om stroom op te wekken) en nuttige warmte. WKK-installaties benutten de primaire energiebronnen beter en verlagen de emissies in vergelijking met de gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte.
Wanneer minder primaire energie (brandstoffen) wordt gebruikt dan bij de best beschikbare technologie voor gescheiden opwekking van dezelfde hoeveelheden elektriciteit en warmte, dan beschouwt men de installatie als een 'kwalitatieve WKK'. Installaties met een elektrisch vermogen groter of gelijk aan 1 MWe dienen een primaire energiebesparing van ten minste 10 % te realiseren om te voldoen aan de definitie van kwalitatieve WKK. Voor WKK-installaties met een elektrisch vermogen kleiner dan 1 MWe volstaat een besparing >0 %.
In deze indicator geven we een overzicht van de karakteristieken van alle WKK's geïnstalleerd in Vlaanderen. Dit omvat dus niet enkel de installaties geëxploiteerd door of in samenwerking met elektriciteitsbedrijven (energiesector), maar ook installaties van zelfproducenten (= bedrijf dat naast haar hoofdactiviteit ook zelf elektriciteit produceert voor eigen gebruik en eventuele verkoop aan anderen) uit andere sectoren.
Bron: MIRA op basis van Energiebalans Vlaanderen VITO (WWW.MILIEURAPPORT.BE)
In het Pact 2020 ambieerde de Vlaamse overheid om tegen 2010 een kwart (25 %) van de elektriciteitsleveringen (bruto binnenlands elektriciteitsgebruik) milieuvriendelijk op te wekken, waarvan 19 % in WKK's en de rest door middel van groene stroom.
In uitvoering van het Europese Energie- en Klimaatpakket 2020 wil de Beleidsnota Energie 2014-2019 het aandeel elektriciteit geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen en kwalitatieve WKK verder optrekken naar 2020 toe. De nieuwe beleidsnota omvat echter geen kwantitatieve doelstelling voor kwalitatieve WKK.
Sterke toename operationeel vermogen in tweede helft jaren 90
Voor 1990 werden vooral stoomturbines geïnstalleerd voor WKK-toepassingen (bv. in de voedingsindustrie). Na een sterke groei in de tweede helft van de jaren 90 viel de bouw van nieuwe WKK-installaties (gasturbines en motoren) nagenoeg stil (eerste figuur). Mogelijke verklaringen daarvoor waren:
de liberalisering van de elektriciteitsmarkt met een ongunstige verhouding tussen brandstof- en elektriciteitsprijzen,
een stijgende aardgasprijs,
het uitblijven van de invoering van WKK-certificaten.
De groei kwam enkel nog van kleine WKK-installaties op basis van motoren. Dit gebeurde waarschijnlijk onder invloed van de regeling voor groenestroomcertificaten, waarbij als brandstof voor de motoren vooral biogas afkomstig van de vergisting van organisch materiaal gebruikt werd.
Warmte-krachtcertificaten leiden tweede groeispurt in
Eind 2014 was het totaal operationeel vermogen (elektrisch + mechanisch) aan WKK-installaties in Vlaanderen opgelopen tot 2 223 MWe+m (eerste figuur). Sinds eind 2004 wordt de verdere invulling van het WKK-potentieel immers ondersteund door een certificaatsysteem dat de Vlaamse overheid oplegt aan de elektriciteitsleveranciers. Enkel installaties die voor het eerst in dienst genomen of ingrijpend gewijzigd werden na 1 januari 2002, kunnen voor WKK-certificaten (WKC's) in aanmerking komen. Kwalitatieve WKK-installaties ontvangen de eerste vier jaar na indienstneming van de (ver)nieuw(d)e installatie het volle aantal certificaten (1 WKC per MWh primaire energiebesparing). Na die periode wordt nog slechts een degressieve fractie van de WKK-certificaten toegekend: hoe groter de initiële besparing, hoe langer men kan rekenen op de inkomsten uit WKK-certificaten. De invoering van het WKC-systeem zorgde voor een verdubbeling van het opgesteld elektrisch & mechanisch vermogen aan WKK-installaties tussen 2004 en 2012. De sterkste groei werd opgetekend in de eerste jaren na de invoering van het certificaatsysteem. De laatste jaren lijkt de groei afgevlakt en het operationele vermogen te stagneren.
Samen met het degressieve karakter waarmee installaties certificaten kunnen opbrengen, zorgt de kwaliteitseis van het WKC-systeem ervoor dat er niet alleen nieuwe WKK's geïnstalleerd worden, maar ook dat bestaande (minder kwalitatieve) installaties de laatste jaren versneld werden vervangen.
Net als het systeem voor groenestroomcertificaten is de regeling voor WKC's grondig aangepast met ingang van 2013. Voor een gedetailleerde bespreking van het warmte-krachtcertificatensysteem en een evaluatie van het jaarlijks aantal uitgereikte en ingeleverde certificaten verwijzen we naar de website van de Vlaamse Regulator van de Electriciteits- en Gasmarkt (VREG).
WKK's: energieproductie aan een hoog rendement
De tweede figuur zet de input aan energiebronnen en de nuttige output van WKK's naast elkaar. Uit het beperkte verschil tussen input en totale output blijkt dat het omzettingsrendement van WKK's hoog oploopt.
De input blijft voornamelijk uit aardgas bestaan, met een aandeel van 61 % in 2014. Het gebruik van hernieuwbare brandstoffen (biomassa, plantaardige olie, biogas) in WKK's neemt jaar na jaar toe. De opmars van deze zogenaamde bio-WKK's leidde tot een hernieuwbaar aandeel van 12 % in de brandstofinput van 2014.
Alle WKK-installaties samen produceerden in 2010 voor 12 127 GWh elektriciteit. Dat was goed voor 19,7 % van het bruto binnenlands elektriciteitsgebruik (BBEl). Daarmee werd tijdig de WKK-doelstelling gehaald die Vlaanderen zich had opgelegd in het Pact 2020. Na 2010 viel de stroomoutput van de WKK's sterker (-17 % in 2014 tot 10 099 GWh) terug dan het BBEl (-7 %), waardoor het aandeel WKK in de Vlaamse stroomvoorziening in 2014 wat lager uitkwam op 17,6 %. De gedaalde output is grotendeels terug te brengen tot een verminderde inzet van de aardgasgestookte STEG-installaties. In België wordt 15,2 % van alle stroom opgewekt in WKK-installaties. Daarmee presteert ons land beter dan het Europees gemiddelde van 11,7 % (EU28), en doet het ook beter dan de meeste buurlanden. Uitzondering is Nederland dat met 34,5 % veel meer WKK's inzet (cijfers voor 2013).
Naast elektriciteit produceren WKK's ook nog andere nuttige energie onder de vorm van warmte, stoom en/of direct inzetbare kracht. Voor alle WKK's in Vlaanderen samen bestond de nuttige energetische output in 2014 voor 67 % uit stoom en andere warmte, voor 29 % uit elektriciteit en voor 4 % uit directe aandrijvingskracht. Tussen 2005 en 2014 bleef de verhouding tussen nuttige output en energetische input van WKK's schommelen rond de 80 %. Met een totaalrendement van 83 % in 2014 bleven de transformatieverliezen dat jaar beperkt tot 17 %. Dit rendement ligt heel wat hoger dan dat van referentie-installaties die louter stroom opwekken: 23 à 53 %, afhankelijk van de brandstof.
22 % primaire energiebesparing
De diverse technieken ingezet voor warmte-krachtkoppeling realiseren verschillende efficiëntiewinsten ten aanzien van een afzonderlijke productie van stroom en warmte (derde figuur). De relatieve energiebesparing is doorgaans het grootst bij motoren (circa 34 %), en schommelt voor de andere technieken rond de 20 %. Alle installaties samen realiseerden in 2014 - net als de voorgaande jaren - een gemiddelde primaire energiebesparing van 22 % (of 39,8 PJ) ten opzichte van gescheiden opwekking. In 2014 voldeed 84 % van het operationele vermogen aan de kwaliteitsvereisten om in aanmerking te komen voor WKC's.