Analyse van de wereldwijde markt van micro-WKK’s voor residentieel gebruik en hun toepasbaarheid op een reëel Vlaams verbruikersprofiel

Jasper Van Eeghem Jasper Van Eeghem
In de overgang naar een wereld waar hernieuwbare energie de hoofdbrok uitmaakt van de elektrische productiecapaciteit kan warmte-krachtkoppeling dienen als overgangstechnologie. Grote installaties zijn momenteel al in werking in België maar de technologie voor de residentiële markt raakt moeilijk ingeburgerd. Wereldwijd zijn bepaalde landen er echter wel al in geslaagd om deze residentiële markt te ontwikkelen voor (micro-)WKK.

Analyse van de wereldwijde markt van micro-WKK’s voor residentieel gebruik en hun toepasbaarheid op een reëel Vlaams verbruikersprofiel

In de overgang naar een wereld waar hernieuwbare energie de hoofdbrok uitmaakt van de elektrische productiecapaciteit kan warmte-krachtkoppeling dienen als overgangstechnologie. Grote installaties zijn momenteel al in werking in België maar de technologie voor de residentiële markt raakt moeilijk ingeburgerd. Wereldwijd zijn bepaalde landen er echter wel al in geslaagd om deze residentiële markt te ontwikkelen voor (micro-)WKK.   In deze thesis worden de wereldwijd beschikbare micro-WKK's dan ook opgezocht en worden voor de gevonden toestellen aan de hand van opgemeten verbruiken van 3 gezinnen theoretische cash flows opgesteld. Op die manier worden de pijnpunten blootgelegd van de technologie alsook van het ondersteuningsmechanisme en worden mogelijke oplossingen aangereikt.   Uit de simulaties komt naar voor dat de hoge aankoopprijs het grootste struikelblok is. Het huidige Vlaamse ondersteuningssysteem geeft enkel een productiesteun die de jaarlijkse cash flow moet vergroten. Deze is echter in veel gevallen nog altijd te klein om de grote meerkost van de microWKK's te compenseren. In de buurlanden waar micro-WKK wel al doorgebroken is, wordt wel een investeringssteun gegeven. Het Brusselse gewest past dit systeem ook toe in combinatie met een productiesteun waardoor uit de simulaties blijkt dat micro-WKK hier wel interessant blijkt te worden.   Enerzijds bevestigt deze thesis de perceptie dat zonder subsidies micro-WKK te duur is in vergelijking met een nieuwe condensatieketel en anderzijds dat bepaalde toestellen die te koop zijn in het buitenland ook in Vlaanderen zeker zouden passen mits een verhoogde investeringssteun.  

Bibliografie

Adopted, I. (2014). CLIMATE CHANGE 2014 SYNTHESIS REPORT.  Araoz Ramos, J. A. (2015). Thermodynamic analysis of Stirling engine systems: Applications for combined heat and power.  Ávila-Neto, C. N., Dantas, S. C., Silva, F. A., Franco, T. V., Romanielo, L. L., Hori, C. E., & Assis, A. J. (2009). Hydrogen production from methane reforming: Thermodynamic assessment and autothermal reactor design. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 1(6), 205-215. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2009.12.003 Mini-KWK-Anlagen Liste der förderfähigen KWK-Anlagen bis einschließlich 20 kWel (2015). Balcombe, P., Rigby, D., & Azapagic, A. (2015). Environmental impacts of microgeneration: Integrating solar PV, Stirling engine CHP and battery storage. Applied Energy, 139, 245-259. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.11.034 Basishandboek Warmte-Krachtkoppeling. (2015). Cogen Vlaanderen. Leuven, België.  Beith, R. (2011). Small and micro combined heat and power (CHP) systems: Advanced design, performance, materials and applications: Elsevier. Beschikking nr.406/2009/EG van het Europees parlement en de raad. (2009). BESCHIKKING Nr. 406/2009/EG VAN HET EUROPEES PARLEMENT EN DE RAAD van 23 april 2009 inzake de inspanningen van de lidstaten om hun broeikasgasemissies te verminderen om aan de verbintenissen van de Gemeenschap op het gebied van het verminderen van broeikasgassen tot 2020 te voldoen (2009). Blum, L., Deja, R., Peters, R., & Stolten, D. (2011). Comparison of efficiencies of low, mean and high temperature fuel cell systems. international journal of hydrogen energy, 36(17), 1105611067.  Bollen, A., Van Humbeeck, P., & Lamote, A. (2011). Energie voor een groene economie- Boekdeel 2 : Hernieuwbare energie : beleid en evaluatie. Gent: Academia Press. Bouvenot, J. (2014). Gas Stirling engine µCHP boiler experimental data driven model for building energy simulation. Energy & Buildings, 84, pp.117–131.  Braun, R. J., Klein, S. A., & Reindl, D. T. (2006). Evaluation of system configurations for solid oxide fuel cell-based micro-combined heat and power generators in residential applications. Journal of power sources, 158(2), 1290-1305. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.10.064 Calò, E., Giannini, A., & Monteleone, G. (2010). Small stationary reformers for H 2 production from hydrocarbons. international journal of hydrogen energy, 35(18), 9828-9835.  Carter, D. (2012). Fuel Cell Residential Micro-CHP Developments  in Japan Fuel cell today. Retrieved from: www.fuelcelltoday.com D'hulster, P. (2014). Cursus Warmtekrachtkoppeling. KULAB. Oostende.  Darrow, K. (2014). Catalog of CHP technologies : Section 6. Technology Characterization – Fuel Cells Retrieved from http://www.epa.gov/chp/documents/catalog_chptech_6.pdf. De Paepe, M., D’Herdt, P., & Mertens, D. (2006). Micro-CHP systems for residential applications. Energy conversion and management, 47(18), 3435-3446.  Devogelaer, D., & Gusbin, D. (2014). Het Belgische energiesysteem in 2050: Waar naartoe? : Federaal Planbureau  Dodds, P. E., Staffell, I., Hawkes, A. D., Li, F., Grünewald, P., McDowall, W., & Ekins, P. (2015). Hydrogen and fuel cell technologies for heating: A review. International Journal of Hydrogen Energy, 40(5), 2065-2083. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.11.059 Dörr, D. H. (Producer). (2013, 16/02/2015). Recent progress in gas appliances [Powerpoint] Retrieved from http://www.edgar-program.com/uploads/fckconnector/3fb330ee-99fa-438e-ac… Duerinck, J., Wetzels, W., Cornelis, E., Moorkens, I., & Valkering, P. (2014). Potentieel studie hernieuwbare energie 2030 in  Vlaanderen VITO. Dwyer, S. (2012). Japan continues to lead as fuel cell units emerge. Cogeneration & On–Site Power Production (May - June 2012), 6.  113  Elmer, T., Worall, M., Wu, S., & Riffat, S. B. (2015). Fuel cell technology for domestic built environment applications: State of-the-art review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 42(0), 913-931. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.080 Energieagentschap, V. (2011). Actieplan van het Energierenovatieprogramma 2020 voor het Vlaamse woningbestand. Monitoringrapport oktober.  Freese, H., & Fennema, E. (2014). Higher Efficiencies for micro CHP using fuel cells (pp. 23): RVO. Gandiglio, M., Lanzini, A., Santarelli, M., & Leone, P. (2014). Design and optimization of a proton exchange membrane fuel cell CHP system for residential use. Energy and Buildings, 69(0), 381-393. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.022 Gazis, E., & Harrison, G. P. (2011, 19-23 June 2011). Life cycle energy and carbon analysis of domestic Combined Heat and Power generators. Paper presented at the PowerTech, 2011 IEEE Trondheim. Greening, B. P. (2014). Life cycle environmental and economic sustainability assessment of microgeneration technologies in the UK domestic sector. University of Manchester.    Halliday, J., Peters, M., Powell, J., & Ruddell, A. (2005). Fuel cells: Providing heat and power in the urban environment Tyndall Centre Technical Report 32. Higuchi, R. (Producer). (2013, 09/03/2015). Gas alternatives:  Heat pumps and cogeneration systems :The Netherlands  [Powerpoint] Retrieved from https://www.bsria.co.uk/download/product/?file=AoxIPxFjlyA%3D Honda. (2015). Performing more work with less fuel - Exlink.   Retrieved 02/12/2014, from http://world.honda.com/powerproducts-technology/exlink/ Hubert, C.-E., Achard, P., & Metkemeijer, R. (2006). Study of a small heat and power PEM fuel cell system generator. Journal of power sources, 156(1), 64-70.  Inventaris warmte-krachtkoppeling Vlaanderen 1990-2013 (2014). België: VITO. Kasuh, T. (Producer). (2013, 10/10/2014). Why does Japan believe in domestic fuel cell? Adaptation to European market? . [Powerpoint] Retrieved from http://www.marcogaz.org/downloads/EGATEC2013/Day2-May31/PS5/PS5f_6_Kasu… Kim, C.-S. (Producer). (2010, 03/11/2014). R&D status and prospects on fuel cells in Korea. [Powerpoint] Retrieved from http://fuelcellseminar.com/wpcontent/uploads/kim_10_19_2010.pdf Kim, D., Kim, J., Koo, C., & Hong, T. (2014). An Economic and Environmental Assessment Model for Selecting the Optimal Implementation Strategy of Fuel Cell Systems—A Focus on Building Energy Policy. Energies, 7(8), 5129-5150.  Kim, J. W. (Producer). (2013, 03/02/2015). Recent Achievements in Hydrogen and Fuel Cells in Korea. [Powerpoint] Retrieved from http://hydrogenius.kyushu-u.ac.jp/cie/event/ihdf2013/pdf/23kim.pdf Lin, W., Yuan, J., & Sundén, B. (2010). Waste Heat Recovery System for Fuel Cell System. Paper presented at the International Green Energy Conference. Liu, J. A. (2006). Kinetics, catalysis and mechanism of methane steam reforming. Worcester Polytechnic Institute.    McPhail, S. J., Leto, L., & Boigues-Muñoz, C. (2013). International Status of SOFC deployment 20122013.  Rome. Mini-KWK-Impulsprogramm: Ab 2015 deutlich mehr Förderung für Nano- und Mikro-BHKW. (2014).   Retrieved 05/05/2014, 2015, from http://www.bhkw-infothek.de/nachrichten/21897/201412-30-mini-kwk-impuls… OfgemE-serve. (2015). Feed-in Tariff Payment Rate Table for Non-Photovoltaic Eligible Installations for FIT (1 April 2014 to 31 March 2015) Ofgem e-serve.   Osaka Gas Co., L. (2013). Development status and future prospects for residential and  commercial use of SOFC systems Retrieved from: www.gas.or.jp/en/newsletter/images/22/dl/pdf01.pdf 114  Pachauri, R. K., & Meyer, L. A. (2014). Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp. 151). Geneva, Switzerland: IPCC. Pehnt, M. (2008). Environmental impacts of distributed energy systems—The case of micro cogeneration. Environmental Science & Policy, 11(1), 25-37. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.envsci.2007.07.001 Pilatowsky, I., Romero, R., Isaza, C., Gamboa, S., Sebastian, P., & Rivera, W. (2011). Thermodynamics of Fuel Cells Cogeneration Fuel Cell-Sorption Air Conditioning Systems (pp. 25-36): Springer. Qiu, G., Shao, Y., Li, J., Liu, H., & Riffat, S. B. (2012). Experimental investigation of a biomass-fired ORC-based micro-CHP for domestic applications. Fuel, 96(0), 374-382. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.028 Ren, H., & Gao, W. (2010). Economic and environmental evaluation of micro CHP systems with different operating modes for residential buildings in Japan. Energy and Buildings, 42(6), 853861. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2009.12.007 RICHTLIJN 2012/27/EU VAN HET EUROPEES PARLEMENT EN DE RAAD van 25 oktober 2012 betreffende energie-efficiëntie, tot wijziging van Richtlijnen 2009/125/EG en 2010/30/EU en houdende intrekking van de Richtlijnen 2004/8/EG en 2006/32/EG (2012). Schepers, B. L. (2010). 200-200 in 2020 : overzicht van het warmtepotentieel in Nederland. Delft: CE Delft. Six, D., & Dexters, A. (2009). Oriënterende studie micro-warmtekrachtkoppeling in Vlaanderen. Mol: VITO. Staffell, I. (2009). A review of small stationary fuel cell performance. University of Birmingham, UK.  Staffell, I. (2010). Fuel cells for domestic heat and power: are they worth it? (Ph.D.), University of Birmingham. Retrieved from http://etheses.bham.ac.uk/641/   Staffell, I. (2015). Zero carbon infinite COP heat from fuel cell CHP. Applied Energy, 147, 373-385.  Staffell, I., & Green, R. (2013). The cost of domestic fuel cell micro-CHP systems. International Journal of hydrogen energy, 38(2), 1088-1102.  Staffell, I., Ingram, A., & Kendall, K. (2012). Energy and carbon payback times for solid oxide fuel cell based domestic CHP. International Journal of Hydrogen Energy, 37(3), 2509.  Stygar, M., & Brylewski, T. (2015). Contemporary low-emissions hydrogen-based energy market in Poland: Issues and opportunities, part I. International Journal of Hydrogen Energy, 40(1), 112.  Sudtharalingam, S., Leach, M., Brett, D. J. L., Staffell, I., Bergman, N., Barton, J. P., . . . Matian, M. (2010). UK microgeneration. Part II: technology overviews. Proceedings of the ICE - Energy, 163, 143-165. doi: 10.1680/ener.2010.163.4.143 Table of quantified emission limitation or reduction commitments for the purpose of determining respective emission levels allocated to the European Community and its member states in accordance with article 4 of the Kyoto protocol (2002). Tuyen, N. D. (2012). Modelling a SOFC Power Unit Using Natural Gas Fed Directly. In H. A. Al-Megren (Ed.), Advances in Natural Gas Technology (pp. 498-524): InTech. Tuyen, N. D., & Fujita, G. (2012). Modelling a SOFC Power Unit Using Natural Gas Fed Directly: INTECH Open Access Publisher. UNFCC. (2008). Kyoto protocol reference manual on accounting of emissions and assigned amount. UNFCCC, U. (2009). Kyoto Protocol Reference Manual on Accounting of Emissions and Assigned Amount: eSocialSciences. van der Linden, J. (2014). Working Paper 10-14-De prijs van elektriciteit en aardgas voor ondernemingen in België-Samenstelling, niveau en evolutie ten opzichte van de buurlanden. Vanneste, D., Thomas, I., Goossens, L., De Decker, P., Laureys, J., Laureyssen, I., . . . Wevers, W. (2001). Woning en woonomgeving in België. Huisvestingsmonografie op de resultaten van de SEE.  Walker, I. (2014). European Fuel Cell mCHP supply chain analysis (pp. 64): ENE.FIELD. 115  Walker, I., Ruf, L., & Serna, S. d. l. (2014). Fuel Cell mCHP European supply chain analysis report ENE.FIELD. Wetzels, W., Aernouts, K., & Jespers, K. (2014). Inventaris warmte-krachtkoppeling Vlaanderen 19902013   Mol: VITO. Wikipedia. (2015a). Atkinson cycle.   Retrieved 02/12/2014, from http://en.wikipedia.org/wiki/Atkinson_cycle Wikipedia. (2015c). Organic Rankine Cycle.   Retrieved 05/04/2014, from http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_Rankine_cycle Wikipedia. (2015e). Rankine Cycle.   Retrieved 05/04/2014, from http://en.wikipedia.org/wiki/Rankine_cycle Wikipedia. (2015g). Stirling Engine.   Retrieved 02/12/2014, from http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine Wikipedia. (2015i). Viertaktmotor.   Retrieved 02/12/2014, from http://nl.wikipedia.org/wiki/Viertaktmotor WKK-Wegwijzer. (2014). Cogen Vlaanderen. Leuven.  Yokokawa, H. (Producer). (2014). Recent Activities in Japan  on SOFC Stack/System Development [Powerpoint]   

Universiteit of Hogeschool
Elektrotechniek specialisatie hernieuwbare energie
Publicatiejaar
2015
Kernwoorden
Share this on: