Energierendement warmtekrachtcentrale

De warmtekrachtcentrale van E.ON in Rotterdam-Alexander levert warmte aan het stadsverwarmingsnet (huizen, winkels, kantoren). De installatie levert bij normaal bedrijf 250 MW aan het elektriciteitsnet en er verdwijnt 75 MW restwarmte met het rookgas. De centrale gebruikt 800 MW aan hoogcalorisch aardgas als brandstof.

Wat is het nuttig energierendement van de centrale?

Beantwoording

Gebruik hiervoor de systeembenadering:
1a. Lees de systeembeschrijving. Het gaat om een warmtekrachtcentrale dus in aanvulling op de stromen van beschrijving produceert de WKC ook nog nuttige warmte.
1b. Leg de systeemgrens om de WKC. Inventariseer alle stromen en teken het systeemdiagram (onderstaande tabel en figuur).

Inputs		Outputs
Naam	Hoeveelheid [MW]	Naam	Hoeveelheid [MW]
aardgas	800	elektriciteit	250
lucht	0	nuttige warmte	?
		rookgas	75

2. Eerste schatting van het antwoord is 80-90%.
3. Oplossingstrategie:
• Gevraagde rendement: η = (E_{elektriciteit} + Q_nuttig) / (E_aardgas)
• Opstellen energiebalans: E_aardgas + E_lucht = E_{elektriciteit} + Q_nuttig + Q, hieruit volgt: Q_nuttig = E_aardgas + E_lucht - E_{elektriciteit} - Q
4. Oplossing:
• Q_nuttig = 800 MW + 0 MW - 250 MW - 75 MW = 475 MW
• η = (250 MW + 475 MW) / 800 MW = 91%
5. Controle: Het berekende antwoord klopt met de eerste schatting.

Merk hierbij op dat bij de bepaling van dit overall rendement de producten elektriciteit en warmte als gelijkwaardig worden beschouwd. In het vak TB242E, Processen in de energiesector, wordt behandeld dat elektriciteit en warmte volgens de 1e en 2e hoofdwetten van de thermodynamica verre van gelijkwaardig zijn.

Rendement van de warmtekrachtcentrale in de zomer

In de zomer is er veel minder vraag naar warmte van de huishoudens aangesloten op het stadsverwarmingsnet doordat ruimteverwaring in deze periode meestal niet nodig is en de huishoudens slechts warm tapwater gebruiken. Als er (zoals in dit geval) geen andere mogelijkheid is om de warmte als product af te zetten, wordt in deze periode een speciale restwarmtekoeler bijgeschakeld waarmee bij gelijkblijvende elektriciteitsproductie 90% van de geproduceerde warmte wordt weggekoeld. Hoe groot is in dit geval het energierendement van de WKC?

Bij het doorlopen van dezelfde stappen als hierboven, komt naar voren dat er nu een extra energiestroom is, nl. E_koelwater met een hoeveelheid van 0,9 · Q_nuttig. Q_nuttig,zomer is daarmee gelijk aan 0,9 · Q_nuttig.

Het gevraagde energierendement wordt daarmee: η_zomer = (250 MW + 0,1 · 475 MW) / 800 MW = 37%

Bovenstaande is een voorbeeld van hoe met beschikbare gegevens relatief eenvoudig een eerste indruk gekregen kan worden van de stromen en het energierendement van een energieconversiesysteem door een 'black box'-benadering toe te passen.

Laatste wijziging: 17-04-2024

Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.