Warmtekrachtcentrale aan huis

Nog niet zo lang geleden had ieder huishouden in Nederland zijn eigen energiecentrale in de vorm van een open haard of fornuis om op te koken en om zich te verwarmen. Binnenkort keert die tijd gedeeltelijk terug in de vorm van warmtekrachtcentrales aan huis in combinatie met duurzame energie van zonnecollectoren en warmtepompen. Tekorten en overschotten lopen via een plaatselijk energienetwerk. Dat scheelt soms wel 75 procent van het aardgas.

Als het zover komt, zal dat in belangrijke mate te danken zijn aan de voormalig onderzoeks- en ontwikkelingsdirecteur van KEMA, dr.ir. J. van Liere, nu directeur van KEMA/TNO onderneming Alpha Power Systems. Hij werd eind vorig jaar beloond met de Dow-energieprijs. De door KEMA ontworpen huiswarmtekrachtcentrale wordt binnenkort door verschillende leveranciers op de markt gebracht.

Bij een gewone hoogrendementsketel (links op de tekening) wordt de vrijkomende warmte meer benut door de toepassing van een extra warmtewisselaar die de rookgassen afkoelt waardoor de waterdamp die bij de verbranding ontstaat, condenseert. Van de honderd (kilo-)calorieën die per gasbuis worden aangevoerd, verdwijnen er tien door de schoorsteen en lijkt de hr-ketel een opbrengst van negentig procent te hebben. ,,In werkelijkheid maken we van de verbrandingswarmte van 1.100 graden van het aardgas in één trap huiswarmte van 90 graden en dat is een enorm verlies aan energiekwaliteit, want we hadden uit die hoogwaardige warmte eerst arbeid zoals elektriciteit moeten winnen alvorens de restwarmte laagwaardig te gebruiken'' aldus Van Liere. ,,Het kwaliteitsniveau van een hr-ketel is, energetisch gezien, bij 90 graden Celsius of 363 Kelvin en een omgevingstemperatuur van 15 graden Celsius of 288 Kelvin (1-288/363=) 0,21. We hebben dus uit de brandstof 90 maal 0,21 = 19 eenheden gevist. Het rendement is dus 19 procent doordat we veel kwaliteit in de brandstof hebben laten liggen.''

Een warmtekrachtcentrale levert in de vorm van een kleine gasmotor, stirlingmotor of brandstofcel elektriciteit en warmte (middelste figuur). De elektriciteit drijft een warmtepomp aan die rivierwater, grondwater of koelwater van een zonnecollector langs een verdamper leidt waar de warmte wordt overgedragen aan een warmtedrager met een laag kookpunt die daardoor snel verdampt. Met een elektrische compressor wordt deze damp vervolgens samengedrukt waardoor de temperatuur aanzienlijk stijgt en de woning verwarmt. Van Liere: ,,Een warmtepomp zet dus laagwaardige warmte van buiten om in hoogwaardige binnen. Hij levert gemiddeld driemaal zoveel warmte als nodig is voor de aandrijving.'' Bijgevolg worden van de 100 (kilo) calorieën er 70 benut en 50 procent van het aardgas bespaard.

Bij drievoudige opwekking gaat het om warmte, stroom en tapwater (rechts op de tekening). Met goedkope nachtstroom kan dan met warmtepompen water warm worden gemaakt, dat wordt opgeslagen en overdag gebruikt voor de verwarming. Nu wordt 67,5 procent van de verlangde warmte uit de aarde gepompt en besparen we dus 75 procent van het aardgas ten opzichte van tegenwoordig. ,,Op dit moment zijn de aanschafkosten van een microwarmtekracht centrales met elektrische warmtepompen nog aanzienlijk hoger dan die van een gasgestookte hr-ketel'', aldus Van Liere. Over enkele jaren kan dat verschil door grote series verkleinen of zelfs verdwijnen. Samen met de econoom prof. dr. A. Heertje heeft hij in een zelf uitgegeven boekje, `Van Megawatt naar Ecowatt: een nieuwe visie op energiegebied', uitgerekend dat de brandstofkosten voor het verwarmen op elektriciteit dan 0,5 eurocent per megajoule bedragen tegenover 0,8 met gas. Volgens Van Liere en Heertje zijn dubbele en drievoudige opwekking van energie ook toepasbaar in grote gebouwen als scholen en kantoren, tuinbouwkassen en fabrieken. ,,Tegen lagere kosten kunnen met dertig tot vijftig procent minder energie en minder koolstofdioxide-uitstoot dezelfde diensten worden geleverd. Voor Nederland als geheel betekent dat een besparing van 15 procent in uitstoot en verbruik.'' Belemmerend voor de invoering van microwarmte/kracht is om te beginnen, dat er dan honderdduizenden kleine decentrale elektriciteitscentrales bijkomen, die hun overschot aan elektriciteit aan het net terugleveren en hun tekorten daaraan onttrekken. Een wkk (warmtekracht koppeling)-centrale brengt bijna namelijk evenveel elektriciteit als warmte voort, terwijl momenteel de vraag naar warmte viermaal zo groot is als de vraag naar elektriciteit en niet tegelijkertijd optreedt. ,,Wat dat betekent voor de kwaliteit van de stroom, de spanning en de frequentie, is nog niet helemaal duidelijk'' aldus Van Liere. ,,Bovendien moeten de installateurs en monteurs leren omgaan met deze huisinstallaties, die ingewikkelder zijn dan een gewone cv-ketel.'' Een voordeel ten opzichte van grootschalige warmtekrachtkoppeling (stadsverwarming) is, dat er nu geen lange en dure geïsoleerde warmteleidingen moeten worden aangelegd naar de afnemers.