Warmte & Kracht - op de Amerikaanse manier

Warmte-kracht-koppeling in de V.S. nu en in de toekomst
WKK nu en in de toekomst
Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK, Advanced Manufacturing Office, U.S.

Warmte-kracht-koppeling (WKK) is een efficiënte manier om elektrisch vermogen en bruikbare thermische energie op te wekken vanuit een enkele brandstof. WKK staat al op vele plaatsen in de V.S. opgesteld, met nog meer in de pijplijn. Eén hiervan is Capitol Hill in Washington DC waar een WKK-installatie de energie levert voor het Capitool, het Supreme Court en de kantoorgebouwen van de Senaat en het Huis van Afgevaardigden. 

Het U.S. Department of Energy werkt samen met de industrie om te voldoen aan het plan van President Obama om nog eens 40 GW aan WKK te installeren in de V.S. in 2020, wat leidt tot een schoner milieu en een grotere energie-onafhankelijkheid. 

Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK van het Advanced Manufacturing Office bij het U.S. Department of Energy brengt ons op de hoogte van de rol van WKK in de V.S. nu en in de toekomst.

 

 

 

FOTO: Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK, Advanced Manufacturing Office, U.S.

Zijn er bijzondere factoren waardoor WKK van belang is voor de V.S.?

Katrina Pielli (DOE): WKK is al een belangrijke hulpbron voor de V.S., waarbij de bestaande 82 GW aan WKK-capaciteit meer dan 12% van het totaal aan jaarlijks gegenereerde MWh vertegenwoordigt. WKK is goed geschikt voor bepaalde marktsegmenten waaronder ziekenhuizen, universiteiten, maar ook industriële sectoren zoals chemie, papier en raffinage. Het kan ook gebruikt worden om pieken in het stroomnet op te vangen en kritische infrastructuur (ziekenhuizen, noodopvang en andere soortgelijke voorzieningen) draaiende te houden tijdens extreem weer zoals de superstorm Sandy.

Zijn er nog uitdagingen die uitbreiding van WKK in de V.S. bemoeilijken?

Katrina Pielli (DOE): Jawel, er zijn barrières - binnen en buiten de markt - die invloed kunnen hebben op het rendabel zijn van WKK-projecten, met factoren als onzekerheid over de hoogte van brandstofkosten in de toekomst, regelgeving voor nutsbedrijven aangaande de koppeling tussen netten, en het bewustzijn van de eindgebruiker en andere beslissers.

Maar recente tekenen uit de markt suggereren dat WKK-ontwikkelingen worden gestimuleerd door lagere kosten voor de huishoudelijke gastoevoer, toenemende ondersteuning van staten en gemeentes, en veranderende marktomstandigheden voor elektrische en industriële sectoren.


Warmte-kracht-koppeling kan ook gebruikt worden om pieken in het stroomnet op te vangen en kritische infrastructuur draaiende te houden tijdens extreem weer zoals de superstorm Sandy.

Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK, Advanced Manufacturing Office, U.S. Department of Energy.

Wat is de huidige status van WKK in de utiliteitsbouw, en wat verwacht u dat er gaat gebeuren?

Katrina Pielli (DOE): Tussen 2006 en 2011 werd er meer dan 350 megawatt (MW) aan nieuwe WKK geïnstalleerd op universiteiten en campussen, en bijna 150 MW aan nieuwe WKK in ziekenhuizen. In de komende vijf jaar verwachten we meer inzet van WKK in de utiliteitsbouw. Op basis van onze schattingen is er een technisch potentieel van 65 gigawatt (GW) aan WKK in de utiliteitsbouw.

 

Texas Medical Center

Al wijdverspreid
Zoals Katrina Pielli hierboven al zegt is WKK wijdverspreid in de Amerikaanse utiliteitsbouw. Enkele voorbeelden in de V.S. zijn:

• Texas Medical Center, Houston: De grootste medische campus ter wereld biedt huisvesting aan 14 ziekenhuizen, 21 academische instellingen, drie medische opleidingen en zes verpleegopleidingen. Een totaal van 48 MW aan WKK is in de campus geïntegreerd en werkt met rendementen van 80%. Het WKK-systeem verlaagt de koolstofemissie van het Center met 75,000 ton per jaar en de kooldioxide-emissie met meer dan 305,000 ton per jaar in vergelijking met een conventioneel systeem.

FOTO: Texas Medical Center

• Cornell University, New York: Een 30 MW WKK-installatie levert aan meer dan 250 campusgebouwen. De installatie heeft een operationeel rendement van 77% en levert 85% van de benodigde elektriciteit. Koolstofemissies zijn verminderd met 50,000 ton per jaar.

• Laclede Gas Building, Saint Louis: 4.3 MW capaciteit, volledig onafhankelijk van het elektrische distributienet, levert verwarming, warm water, elektrische en koellasten voor een kantoorgebouw van 31 verdiepingen en bijna 50.000 vierkante meter vloeroppervlak.

• Rio Hotel, Las Vegas: 4.9 MW WKK-systeem levert 50% van de jaarlijkse elektriciteitsbehoefte en huishoudelijk warm water voor verwarming van ruimtes. Jaarlijkse energiebesparingen van 1,500,000 Amerikaanse dollar en een terugverdientijd van 5 jaar.


In de komende vijf jaar verwachten we meer inzet van WKK in de utiliteitsbouw. Op basis van onze schattingen is er een technisch potentieel van 65 gigawatt (GW) aan WKK in de utiliteitsbouw.

Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK, Advanced Manufacturing Office, U.S. Department of Energy.

Sectoren
WKK-installaties kunnen grofweg in drie sectoren worden verdeeld: de elektriciteitsector waar stroom wordt geproduceerd voor openbare verkoop; de industriële sector waar de WKK-installatie doorgaans wordt gebruikt om stroom te leveren, maar ook stoom voor een fabriek; en de utiliteitsbouw waar de WKK-installatie het meest wordt gebruikt voor de levering van stroom en verwarming en/of airco op een universiteitscampus of voor een gebouw.

WKK wordt gebruikt, of heeft de potentie om gebruikt te worden, op vele gebieden zoals:
• Op industriegebieden en in fabrieken
• Militaire bases
• Gevangenissen
• Verpleegtehuizen
• Afvalwaterzuiveringsinstallaties
• Meergezinswoningen en leefgemeenschappen.

Klik op de tab "Toekomstige technologieën - nu" bovenaan dit verhaal om meer te lezen over de technologieën achter WKK en de toekomst ervan in de V.S.

Toekomstige technologieën - nu

Een reeks technologieën is beschikbaar om WKK-installaties van energie te voorzien, en de meest geschikte is vaak een kwestie van grootte. Volgens Katrina Pielli, waarnemend hoofd voor inzet van WKK van het Advanced Manufacturing Office bij het U.S. Department of Energy kunnen verschillende WKK-technologieën worden gebruikt.

Bij toepassingen van minder dan 10 MW wordt veel gebruik gemaakt van heen-en-weer bewegende inwendige verbrandingsmotoren, die zuiger-aangedreven systemen voor stroomopwekking gebruiken. Grotere systemen gebruiken vaak industriële ketels, stoomturbines met eenvoudige circuits en gasturbines.

Welke technologieën zijn het beste voor de utiliteitsbouw?

Katrina Pielli (DOE): Zowel de utiliteitsbouw als industriële sectoren maken gebruik van een reeks WKK-technologieën die het beste voldoen aan de behoeften van elke toepassing en het energieverbruik ervan. Binnen de utiliteitsbouw worden heen-en-weer bewegende motoren vaak gebruikt. WKK-systemen hebben de neiging om rendabeler te zijn bij middelgrote en grote utiliteitsgebouwen, met een gemiddelde systeemgrootte van ongeveer 10 MW. Voor kleinere vermogens, zeg 30 tot 250 kW, kunnen microturbines beter geschikt zijn.

Andere technologieën
Andere soorten WKK-technologie omvatten:

• Geavanceerde industriële gasturbines: Voor toepassingen tot 20 MW waarbij atmosferische lucht wordt gecomprimeerd, verwarmd en daarna geëxpandeerd, wordt de overmaat aan vermogen dat door de turbine wordt geproduceerd minus het vermogen dat door de compressor gebruikt wordt, voor stroomopwekking gebruikt.

• Geavanceerde systemen met heen-en-weer bewegende motoren (ARES): Zuiger-aangedreven systemen voor stroomopwekking tussen 0.5-5 MW

• Brandstofcellen: Bieden een emissievrije oplossing door DC-elektriciteit te produceren met een elektrochemisch proces, vergelijkbaar met een standaard batterij, door continue toevoer van brandstof naar de brandstofcel.

Toekomstige doelen
Volgens Katrina Pielli heeft de V.S. een plan uitgestippeld om hun WKK-capaciteit 50% groter te hebben in 2020. De President heeft in 2012 opdracht gegeven voor 40 GW aan extra WKK in 2020, in aanvulling op de 82 GW aan WKK die al opgesteld staat.

Zou naar uw mening WKK kunnen worden gezien als onderdeel van een algemene trend naar meer duurzaamheid in Noord Amerika?

Katrina Pielli (DOE): WKK wordt gezien als een energiezuinige stap. WKK-toepassingen draaien met 65-75% rendement, wat een grote verbetering is ten opzichte van het nationale gemiddelde van 45% voor deze diensten als ze afzonderlijk worden aangeboden. Beleidsmakers, industriële bedrijven en niet-gouvernementele organisaties zien het als een efficiënte en schone energie-oplossing vergeleken met afzonderlijk warmte- en stroomopwekking. Dit hogere rendement leidt tot een aantal voordelen zoals lagere energiekosten en minder uitstoot van broeikasgassen.

Besparing van tien miljard Amerikaanse dollar
Schattingen van het U.S. Department of Energy laten zien dat bij het bereiken van dit doel het land naar schatting 1 biljard BTU aan brandstof kan besparen. Dat komt bijna neer op 1% van al het energieverbruik in de V.S. Uitgedrukt in geld zou dit energieverbruikers een besparing kunnen opleveren van tien miljard Amerikaanse dollar per jaar. CO2-emissies zouden ook verlaagd kunnen worden met 150 MMT (miljoen metrische ton) per jaar, gelijk aan de uitstoot van meer dan 25 miljoen auto's.

Lees meer over de doelstellingen in het rapport van 2012





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati