Flexibele WKK heeft toekomst

05-06-2015

Door: Martin (M.C.J.) Horstink en Stijn (A.T.M.) Schlatmann, Energy Matters


Industriële WKK’s, vooral must-run WKK’s, hebben het economisch moeilijk bij de huidige spark spread. Met de verwachte ontwikkeling van de elektriciteitsmarkt lijkt er weinig plaats te zijn voor WKK’s met een must-run karakter. Adviesbureau Energy Matters heeft daarom onderzoek gedaan naar de technische en economische mogelijkheden van het flexibiliseren van industriële WKK’s.

In het onderzoek is voor industriële WKK uitgegaan van een gasturbine/afgassenketel combinatie die netleverend is. De regel- en start/stopsnelheid van luchtvaartafgeleide gasturbines, de zogenaamde aeroderivatives, zijn aanzienlijk beter dan van ‘heavy duty’ of landbased gasturbines. Zo kan een aeroderivative opstarten in 5 tot 10 minuten, terwijl een landbased machine in 1 tot 1,5 uur nodig heeft om te starten. Ook de minimale vereiste stilstand na een stop (minimum down time) en de minimale bedrijfstijd (minimum uptime) alsmede de extra kosten van een start/stop-cyclus zijn gunstiger dan van een landbased gasturbine.

In de combinatie met een afgassenketel blijkt dat de afgassenketel (HRSG) een belangrijke factor is in de opstarttijd van een WKK. Vooral de voorwaarde van vijfvoudige ventilatie alvorens de gasturbine wordt ontstoken alsmede de maximaal toelaatbare temperatuurgradiënt voor dikwandige delen zijn hierin bepalend.

De volgende (technische) maatregelen zijn geïdentificeerd om de flexibiliteit van een WKK te verbeteren:

  • Versnellen van de ventilatieperiode (bijv. hoger toerental startmotor) of het overslaan van ventilatie door met behulp van sensors aantoonbaar veilig te starten zonder ventilatie;
  • Spanningsmonitoring om daarmee dicht tegen de toelaatbare temperatuurgradiënt te starten;
  • Toepassen van een rookgasklep in de schoorsteen om de ketel bij stilstand warm te houden;
  • Toepassen van een bypass-stack om de traagheid van de ketel te omzeilen;
  • Bijstoken in combinatie met koudluchtbedrijf van de afgassenketel (evt. bijplaatsen van losse ketel);
  • Stoominjectie voor (tijdelijk) extra vermogen uit de gasturbine;
  • Variabele inlaatleischoepen van de gasturbine-compressor (VIGV’s) indien nog niet toegepast om het deellastrendement te verhogen.
Afgassenketel omgebouwd naar koudluchtbedrijf [bron: NEM Energy b.v.]
Afgassenketel omgebouwd naar koudluchtbedrijf [bron: NEM Energy b.v.]


Het toepassen van bovenstaande maatregelen dient in nauw overleg met de leverancier van gasturbine en afgassenketel te gebeuren. Veel maatregelen hangen af van de toegepaste bouwwijze cq. de beschikbare ruimte en bijkomende systemen. Lang niet altijd kunnen de maatregelen standaard toegepast worden. Het wordt sterk aanbevolen om met leveranciers een assessment op huidige installatie te doen om de technische grenzen van de installatie te bepalen. Van een afgassenketel zijn bijvoorbeeld de aanwezigheid van voldoende expansielussen in verbindend leidingwerk van belang voor de optredende thermische spanningen. Ook het vijfvoudig ventileren van de ketel is geen wettelijke vereiste (meer) mits met voldoende zekerheid kan worden aangetoond dat altijd veilig gestart kan worden zonder ventileren.

Om in deze studie de meerwaarde van flexibilisering te kunnen bepalen is het gasturbine-exploitatie-model van Energy Matters gebruikt. Met dit model is het mogelijk om verschillende inzet-strategieën en marktscenario’s technisch en financieel door te rekenen voor stoominstallaties, zoals gasturbines/afgassenketelcombinaties, gasketels en elektrische stoomgeneratoren. Per inzetstrategie en marktscenario wordt op uurbasis berekend welke installatie op de productiesite economisch het voordeligst is om stoom te produceren. Afhankelijk van technische randvoorwaarden van de installatie, zoals bijvoorbeeld minimale stilstandtijd, wordt vervolgens beoordeeld of deze installatie ook daadwerkelijk kan worden ingezet. Op basis van de operationele inzet van de installaties volgen hieruit de jaarlijkse kosten voor een bepaalde gasturbine.

Er zijn in deze studie 3 marktscenario’s doorgerekend: een business as usual scenario (BAU – 2014 prijzen APX, TTF en CO2), een scenario waarbij de effecten van uitvoering van het SER Energieakkoord op de energiemarkt is meegenomen (SER EA – Energy Market Forecast analyse) en een scenario met herstel van energieprijzen tot op het niveau van 2008 (Herstel E-markt).

Met betrekking tot de economische rentabiliteit van flexibiliseren kunnen de volgende conclusies getrokken worden:

  • Onder de huidige marktomstandigheden presteert stoomproductie met bestaande WKK met netlevering marginaal beter dan met een stoomketel. Zodra moet worden overgegaan tot een (her)investering in een revisie (major overhaul) van de gasturbine verslechtert de rentabiliteit van WKK.
  • Onder het scenario SER Energieakkoord verbetert de rentabiliteit van een WKK in base load beperkt, terwijl het investeren in flexibiliseren van een WKK in dit scenario een rendabele business case oplevert. De waarde van flexibel vermogen stijgt in het SER EA scenario aanzienlijk.
  • Het overgaan tot ketelbedrijf in combinatie met het verwijderen van de WKK leidt tot grote risico’s op de energiekosten van een industriële locatie. Als de komende jaren de marktprijzen evolueren naar de scenario’s SER EA of Herstel van E-markt worden de kosten voor stoomopwekking met een ketel aanzienlijk hoger dan met een flexibele WKK.
  • Kleinere WKK’s en aeroderivatives zijn flexibeler dan (grotere) landbased gasturbines. Dit levert extra voordeel op, maar ook van een flexibel bedreven landbased gasturbine verbetert de rentabiliteit aanzienlijk.


Het investeren in een nieuwe WKK komt pas in beeld bij een volledig herstel van elektriciteitsprijzen tot integrale kostprijzen van aardgasvermogen zoals in 2008 het geval was.

Op basis van deze uitkomsten wordt het exploitanten aanbevolen om een bestaande WKK in bedrijf te houden zolang dat nog kan tot het moment van revisie. Ook een onderzoek met leveranciers naar de mogelijkheden van flexibiliseren wordt aanbevolen. Indien flexibiliseren mogelijk is, wordt aanbevolen om indien een revisie aan de orde is, de WKK niet definitief uit bedrijf te nemen, maar voorlopig in de mottenballen te zetten. Als de markt verbetert dan kan de revisie en ombouw worden uitgevoerd. In vergelijking met amoveren WKK en overgaan op gasketelbedrijf wordt door het motballen van de WKK het risico verlaagd dat men tegen een hoge stoomprijs aanloopt indien de elektriciteitsprijs en eventueel ook de gasprijs flink stijgen. Met name de stijging van de elektriciteitsprijs is een reëel risico, de huidige elektriciteitsprijs is namelijk onvoldoende hoog voor elektriciteitsproducenten om ook de kapitaallasten van de centrale te kunnen bekostigen en zal op enig moment weer moeten stijgen.

Het zou ook wenselijk zijn als de overheid een financiële ondersteuning kan bieden voor het investeren in flexibilisering van bestaande WKK. Dit zou WKK exploitanten iets meer vertrouwen geven in de toekomst van WKK en het behoud van schoon en efficiënt WKK vermogen stimuleren. Ook een aanpassing van de nettariefstructuur, waarbij het afnemen van elektriciteit tijdens een situatie van (duurzaam) overschot minder zwaar drukt op de rekening, zou gewenst zijn.

De uitdaging voor industriële bedrijven zal zijn om het risico op hoge stoomprijzen te beperken nu de slechte spark spread voor WKK leidt tot een relatief hoge stoomprijs. Het onderzoek naar de technische mogelijkheden en de simulaties met het exploitatie model laten zien dat een flexibele uitvoering van industriële WKK in een markt met een groeiend duurzaam productievermogen mogelijkheden biedt om kosten te drukken, zeker als de CO2 prijzen verder gaan stijgen. Of exploitanten echter zo lang willen en kunnen wachten op herstel van de markt is een tweede. De kosten van het in de mottenballen zetten zijn echter beperkt, terwijl een WKK die eenmaal is verwijderd niet snel meer zal worden herplaatst. Het worden dus spannende tijden voor de bestaande industriële WKKs, en industriële partijen zullen bij hun overwegingen voor de toekomst goed de verschillende scenario’s moeten afwegen.

Als afsluitend onderdeel van de studie zal Energy Matters 6 assessments van industriële WKK’s bij bedrijven uitvoeren. Energy Matters is daarvoor op zoek naar geïnteresseerde industriële partijen die een (kosteloze) assessment op hun bedrijf uit willen laten voeren. In deze assessment zijn opgenomen:

  • Een inventarisatie op locatie, tijdens een bezoek wordt een eerste inschatting gemaakt van de aanpassingskosten om de WKK flexibel in te kunnen zetten. Tevens wordt aangegeven welke informatie noodzakelijk is om de assessment uit te kunnen voeren.
  • Vervolgens rekent Energy Matters, met behulp van haar gasturbine-exploitatie-model, verschillende inzetstrategieën en marktscenario’s technisch en financieel door. Hierbij wordt de analyse aangepast naar uw situatie en wordt rekening gehouden met uw energiebehoefte, installaties, tariefstructuren etc.
  • De resultaten van de analyse worden verwerkt in een management presentatie en met u besproken en toegelicht.


De doorlooptijd van de assessment is ongeveer drie weken, waarbij er dus twee bezoeken, start- en eindbespreking, van Energy Matters aan uw bedrijf zijn opgenomen. De inhoudelijke resultaten van de individuele assessments zullen niet worden gedeeld met derden of openbaar worden gemaakt. Wel zullen generieke en geanonimiseerde leerpunten en conclusies van deze fase van de studie in een rapportage worden opgenomen. Alvorens publicatie van deze rapportage zal deze aan uw bedrijf voorgelegd worden ter goedkeuring.

Voor meer informatie over de studie of bent u geïnteresseerd in een assessment van uw WKK neem contact op met: stijn.schlatmann@energymatters.nl of martin.horstink@energymatters.nl (telefoon: 030 691 1844).

De volledige studie kan gedownload worden op de website van Energy Matters:
http://www.energymatters.nl/Actueel/Nieuws/tabid/79/articleType/ArticleView/articleId/289/Resultaten-studie-technische-en-economische-voorwaarden-flexibiliseren-industriele-WKK.aspx

Disclaimer: Deze studie is met de grootst mogelijk zorg uitgevoerd door Energy Matters in opdracht van GasTerra. De resultaten geven een indicatie van de technische en economische mogelijkheden om met gasturbines en -ketels in de stoombehoefte in de industrie te kunnen voorzien op basis van gestandaardiseerde cases. Aan de resultaten zijn geen rechten te ontlenen. GasTerra en Energy Matters aanvaarden geen aansprakelijkheid voor enige vorm van schade die voortvloeit uit het gebruik van de gepresenteerde resultaten.

Een individuele assessment dient uitgevoerd te worden om locatie-specifieke eisen en randvoorwaarden mee te kunnen nemen in de analyse en om zodoende een uitspraak te kunnen doen aan de meerwaarde van flexibilisering van een bepaalde gasturbine/afgassenketel combinatie.

Meld u aan voor de nieuwsbrief