figuur 1: een warmtekrachtcyclus maakt gebruik van de afvalwarmte die wordt gegenereerd door een thermodynamisch proces om huizen, auto ‘ s en andere apparaten te verwarmen.
warmtekrachtkoppeling of warmtekrachtkoppeling (WKK) is de opwekking ter plaatse van elektriciteit uit afvalwarmte. Bij de opwekking van elektriciteit uit steenkool, aardgas of kernenergie wordt slechts een fractie van de werkelijke energie-inhoud die vrijkomt bij de verbranding omgezet in elektriciteit. De rest van de energie gaat verloren als afvalwarmte., In een WKK-centrale wordt deze afvalwarmte Teruggewonnen Voor andere toepassingen zoals ruimteverwarming of andere industriële processen die warmte vereisen. Daarom is WKK een efficiënt proces om energie terug te winnen die anders verloren zou zijn gegaan. Door deze toename van de efficiëntie heeft warmtekrachtkoppeling vele voordelen voor het milieu en kan zij een belangrijke factor zijn bij het terugdringen van de klimaatverandering.
warmtekrachtcentrales bieden grote kostenbesparingen en leveren een extra concurrentievermogen op voor industrieel en commercieel gebruik door betaalbare warmte voor huishoudelijke gebruikers aan te bieden., Zij bieden duidelijke milieuvoordelen door hun verbeterde omzetting van energie en gebruik van afvalwarmte. Er zijn echter veel wegversperringen in de bouw van dergelijke installaties. Een factor is de relatief hoge investeringskosten verbonden aan dergelijke installaties, waardoor het onaantrekkelijk voor potentiële ontwikkelaars. Warmtekrachtcentrales vormen een bedreiging voor dergelijke bedrijven, en het is bekend dat er veel juridische twistpunten zijn bij de ontwikkeling van deze centrales., Bovendien kunnen gedistribueerde opwekkingsbronnen van elektriciteit schokgevaren creëren voor het energiebedrijf door een deel van het elektriciteitsnet te elektrificeren dat anders uit zou zijn wanneer het bedrijf aan dat deel van het net moet werken.
aangezien fossiele brandstoffen voornamelijk als inputbron worden gebruikt, kan WKK niet worden beschouwd als een uiteindelijk duurzame oplossing voor de lange termijn. Het kan echter helpen de koolstofuitstoot te vertragen met aanzienlijke energiebesparingen door hogere efficiëntie in situaties waarin duurzamere opties niet beschikbaar of betaalbaar zijn.,
een bespreking van enkele van de voors en tegens van CHP kan worden gezien op de blog TriplePundit hier.
efficiëntie
energiecentrales produceren ongeveer tweemaal zoveel energie als afvalwarmte als elektriciteit. Woningen worden meestal verwarmd met ovens en hebben ook brandstof nodig om hun warmte te genereren. Als een deel van de afvalwarmte wordt onttrokken aan de opwekking van elektriciteit, bespaart dit aanzienlijke hoeveelheden geld en energie.
het produceren van de equivalente hoeveelheid warmte en elektriciteit met behulp van een WKK-systeem is veel efficiënter omdat warmte uit elektriciteitsproductie nuttig kan worden toegepast., Het totale rendement van een WKK-systeem wordt verkregen door de totale gebruikte energie, zowel elektrische als warmte-energie, gedeeld door de energie die binnenkomt. Een veel kleiner deel van de warmte is onherstelbaar en gaat nog steeds verloren als afvalwarmte.
Figuur 2: Energiestroomdiagram dat de efficiëntie van gescheiden opwekking en warmtekrachtkoppeling vergelijkt. Gegevens over efficiëntie, warmte-en energievraag zijn voorbeeldig. Groene pijlen worden geassocieerd met nuttige energie, zwarte met verliezen.,
Efficiëntieberekeningen
een huishouden heeft een specifieke vraag naar thermische energie en een vraag naar vermogen . De WKK heeft een thermische efficiëntie en een elektrische efficiëntie . Door gecombineerde Opwekking is de WKK-efficiëntie de som van deze efficiëntieverbeteringen , waarbij de totale brandstof die nodig is om aan de behoeften van het huis te voldoen, is . Door de veel hogere efficiëntie van in vergelijking met een huishouden dat geen WKK gebruikt, is de hoeveelheid brandstof die nodig is om aan zijn energiebehoeften te voldoen veel minder., Als een huis dat WKK gebruikt bijvoorbeeld een rendement van 90% heeft, zal het relatief gezien slechts 1/3 van de brandstof gebruiken die een huis met een rendement van 30% zou gebruiken!
typen
schematische weergave op een met het elektriciteitsnet verbonden residentiële warmtekrachtkoppelingseenheid
de benodigde elektrische output zal bijdragen aan de systeemgrootte van de warmtekrachtkoppelingseenheid. Doorgaans zal Micro-WKK minder dan 5 kilowatt (kW) produceren, terwijl Mini-WKK groter zal zijn dan 5 kW en minder dan 500 kW., Micro-WKK-systemen worden meestal geïnstalleerd in Huizen en worden de warmtevraag gecontroleerd. Dit betekent dat ze worden ingeschakeld wanneer er behoefte is aan warmte om de bijproduct warmte te produceren terwijl het opwekken van elektriciteit.
De verschillende typen Micro-WKK-systemen omvatten bijvoorbeeld:
- Microgasturbines
- verbrandingsmotoren
- brandstofcellen
- Stirlingmotoren
integratie van WKK in het elektriciteitsnet
om een WKK-systeem op het net te integreren, moet het eerst worden aangesloten op een omvormer om gelijkstroom-elektriciteit om te zetten in wisselstroom-elektriciteit., Hierdoor kan de opgewekte elektriciteit worden gebruikt door anderen op het net.Een hoge penetratiegraad van micro-WKK-systemen in woningen kan instabiliteit in het elektriciteitsnet veroorzaken. Dit is toe te schrijven aan de moeilijkheid om te voorspellen wanneer deze systemen elektriciteit zullen opwekken aangezien zij warmte in huis moeten produceren om de voor de lading vereiste elektriciteit te verkrijgen. Tijdens piekuren wanneer het elektriciteitsverbruik hoog is, is er een grotere behoefte aan extra elektriciteit op het elektriciteitsnet dan in daluren.,Gebieden die van belang zijn om dit probleem aan te pakken, zijn onder meer warmteopslag, waardoor WKK daadwerkelijk de vraag naar elektriciteit wordt beheerst in plaats van de vraag naar warmte. Het systeem zou elektriciteit opwekken zoals vereist door het net en overtollige warmte opslaan voor gebruik op een ander moment.