Warmtekrachtkoppeling als duurzame gangmaker voor zon en wind

CHPCogen, de koepelorganisatie voor warmtekrachtkoppeling hield op woensdag 14 juni een leerrijke studiedag. Warmtekrachtkoppeling blijkt een passend sluitstuk te zijn voor een energetisch systeem dat streeft naar volledige groene energie uit zon en wind, eventueel aangevuld met biomassa. Wiebe Eekman van Climaxi was erbij en schreef er volgend verslag over.



Warmtekrachtkoppeling, wat is dat?

Even herinneren wat we met warmtekrachtkoppeling of ‘cogeneratie’ bedoelen. Dat is met één machine zowel bruikbare warmte opwekken als elektrische stroom, ‘kracht’. Je zou dat “het Ei van Colombus” in besparing op energieverspilling kunnen noemen. Bij het produceren van elektriciteit met een klassieke generator of turbine worden brandstoffen gestookt. De energie-inhoud van die brandstof wordt slechts beperkt omgezet in elektrische stroom. Een groot deel gaat verloren als restwarmte. Voor het ‘finaal energiegebruik’ in de vorm van elektrische stroom heb je drie à vier keer zoveel ‘primair energiegebruik’ aan brandstof nodig in de vorm van olie, gas of vaste brandstof.

Waarom dat verspilde ‘primaire energiegebruik’ niet gebruiken als nuttige warmte? In plaats van daar nog eens afzonderlijk brandstof voor te stoken. Des te meer omdat we globaal in onze woningen en in onze industrie drie à vier keer meer kilowatturen aan verwarming gebruiken, dan kilowatturen aan elektrische stroom.

Combined Heat and Power of CHP is de Engelse benaming voor WKK. Door één machine te gebruiken in plaats van twee afzonderlijk wordt de efficiëntie van de omzetting van primaire naar finaal bruikbare energie fors opgedreven. In dit voorzichtig voorbeeld met 24%. Maar het kan met een goed ontwerp nog veel meer zijn. Bemerk dat naast motoren en turbines ook brandstofcellen zonder verbranding in aanmerking komen voor een warmtekrachtopstelling.

Omwille van het klimaat, meer inzetten op zon en wind

We kunnen verwijzen naar het Parijse Klimaatakkoord, naar de Europese doelstellingen en de Belgische doelstellingen tegen 2020, 2030 of 2050. We willen de uitstoot van broeikasgassen drastisch verminderen door het gebruik van fossiele brandstoffen naar beneden te halen. Goed, in de meeste scenario’s wordt gedacht om de elektriciteitsopwekking volledig met zon en wind te doen. Tegelijk wordt er gesproken om ook transport en verwarming eerder met elektriciteit aan te drijven dan met fossiele brandstoffen. In het finale energieverbruik zou het aandeel van elektriciteit dan meer dan verdubbelen. De grote vraag is welke randvoorwaarden vervuld moeten worden om die transitie te verwezenlijken? 

Politieke, organisatorische en technische randvoorwaarden

Om te beginnen zijn de klimaatdoelstellingen het uitgangspunt. Daar voegen we ook de waarborg op voldoende energievoorziening bij. Vanuit de Europese Unie wordt het streven naar een hogere competitiviteit beklemtoond. Politiek-organisatorisch gaat het debat over meer marktwerking of meer overheidsingrijpen. Investeerders in installaties vragen enerzijds een stabiele en billijke regelgeving en anderzijds een waarborg op hun investering. Persoonlijk blijft het mij een raadsel hoe je dat kan bereiken met het uitgesproken marktdenken van de Europese commissie. Evenmin begrijp ik hoe je de dringendheid van het klimaatprobleem kan overlaten aan de chaos van de markt. Het zal eerder naar meer planning moeten gaan en dwingend initiatief vanuit de overheid, zoals indertijd de aanpak van de zure regen. Dat politiek-organisatorisch debat doorkruist alle wetenschappelijke bijeenkomsten over energie en klimaat. Nu wil ik het eerder hebben over twee grote leerpunten van COGEN op technisch en organisatorisch vlak voor het energie-klimaatbeleid.

Zon en wind kunnen warmtekrachtkoppeling goed gebruiken

Om twee redenen. Wind en zon kunnen globaal meer dan voldoende energie leveren, maar zijn onregelmatig. Terwijl op het net vraag en aanbod steeds met elkaar in evenwicht moeten zijn binnen beperkte grenzen. 

Wat dan bij langdurige windstilte, tegelijk met bewolkte lucht? Een klassiek antwoord om dit op te lossen is de vraag naar meer hoogspanningstransportlijnen doorheen Europa. “Het zal wel altijd ergens in Europa waaien” wordt er gezegd. COGEN gooit hier een knuppel in het hoenderhok. Over 2015, van dag tot dag beschouwd, van uur tot uur, lopen de windstille en donkere uren gelijk op tussen Oost –Duitsland en Vlaanderen

In de winter rekenen op zonneschijn uit Italië? Tijdens de voorbije winter was het langdurig evengoed bewolkt in Italië. Hoogspanningslijnen zijn voor het balanceren van stroom uit zon en wind dus géén oplossing. Dan heb je wel back-up productie-installaties nodig. Warmtekrachtkoppelingen die snel kunnen opgestart worden zijn hier een oplossing.

Bij veel meer productie dan afname, loopt de spanning op het net te hoog op. Momenteel lost vooral Duitsland dat op door haar teveel naar buurlanden te exporteren. Dat lukt nog omdat het aandeel hernieuwbare elektriciteit relatief klein is, minder dan 7%. Dan wordt er ook gerekend op vraagsturing: het aanzetten van installaties die enkel stroom afnemen bij piekproductie. Zoals warmwaterproductie voor huishoudelijk gebruik of voor het voeden van een lokaal warmtenetwerk 

Gaan we naar 40% aandeel hernieuwbare stroom, dan lukt exporteren en vraagsturing niet meer. Beter is de overtollige elektrische stroom om te vormen in andere vormen van energiedragers om ze zo op te kunnen slaan om later te gebruiken. Dat kan op de meest klassieke manier als omhoog pompen van water naar een stuwmeer. Een andere mechanische vorm is opslaan in perslucht. Nog meer belovend om de seizoensverschillen te overbruggen zijn de zogenaamde “Power to Gas” methoden. Dat is piekstroomproductie van zon en wind gebruiken om gewoon water door elektrolyse te splitsen in waterstof en zuurstof. Beide stoffen worden nu al massaal gebruikt in onze petrochemische industrie. Waterstof kan samen met CO2 verder omgezet worden in methaan, methanol en andere chemische verbindingen in vloeibare vorm. Al deze producten kunnen weer gebruikt worden om warmtekrachtkoppelingen aan te drijven, waarmee de kring duurzaam gesloten wordt.

Als dergelijke opslagsystemen uitgebouwd worden, dan springt de beperking op een snelle ontplooiing van zonne- en windinstallaties. 

Komen tot decentrale geïntegreerde energiesystemen.

Op het Nederlandse Waddeneiland Ameland loopt het project “Slimme Stroom Ameland”. Bedoeling is het eiland onafhankelijk te maken van stroomaanvoer van het vastenland. Naast de windmolens werden heel wat warmtekrachtkoppelingen geïnstalleerd die op biogas draaien. Ameland heeft een gunstige verhouding bevolking-landbouwoppervlakte, waardoor er voldoende biogas kan geproduceerd worden.

Verschillende sprekers van Cogen legden uit dat het inpluggen van massale hoeveelheden stroom van zon en wind, een integratie van de verschillende energienetwerken vergt. Zowel het elektriciteitsnet, als het gasnet, als het warmtenetwerk. Het teveel aan stroom wordt opgeslagen deels in het warmtenet met inzet van warmtepompen, deels onrechtstreeks in het gasnet via  “Power to gas”. Omgekeerd voedt het gasnet warmtekrachtkoppelingen die het elektriciteitsnet in evenwicht houden. Daarmee gooien zij ook een tweede knuppel in het hoenderhok: Nee, het gasnet moeten we niet om klimaatredenen op termijn volledig uitfazeren. Het heeft nog zijn rol te spelen op korte termijn met aardgas. Op halflange termijn zal aardgas vervangen worden door biogas en de verschillende vormen van synthetisch gas op duurzame wijze geproduceerd uit water en CO2.

Wiebe Eekman (Lid van de Raad van Bestuur van Climaxi)