Wat heeft de uitfasering van kernenergie te maken met verwarmingskosten?

Bruto-elektriciteitsproductie in Duitsland in 2006
Bron: Duitse vereniging van energie- en waterbedrijven (BDEW)

Geachte heer of mevrouw,

Onze federale regering heeft zojuist een resolutie aangenomen:

•  De zeven oudste kerncentrales in Duitsland, die aanvankelijk tijdelijk werden stilgelegd na de Japanse kernramp, zullen nooit meer worden aangesloten op het elektriciteitsnet.
• De resterende levensduur van de andere tien kerncentrales wordt beperkt tot een vaste datum.
• Kernenergie wordt eind 2022 definitief afgeschaft, maar de belasting op splijtstofstaven blijft van kracht.
• De zoektocht naar een definitieve opslagplaats wordt geïntensiveerd en uitgebreid.
• De elektriciteitsnetten moeten snel worden uitgebreid om bijvoorbeeld windenergie van Noord-Duitsland naar het zuiden te transporteren. Er zullen ook duurdere ondergrondse kabels worden gebruikt.
• Windmolenparken op zee, waterkracht en geothermische energie worden meer gesubsidieerd, terwijl de subsidies voor zonnecentrales en windmolens op land worden verlaagd. Tegelijkertijd worden oudere windturbines vervangen door nieuwe, krachtigere exemplaren.
• Naast de nieuwe kolen- en gasgestookte centrales die al in aanbouw zijn, komt er nog eens 10 gigawatt aan fossiel gestookte centrales bij. Deze centrales moeten echter zo efficiënt en flexibel mogelijk zijn. De nationale doelstellingen voor het terugdringen van de CO2-uitstoot moeten echter worden gehandhaafd.
• De financiering voor energie-efficiënte renovatie van gebouwen zal in eerste instantie worden verhoogd tot 1,5 miljard euro per jaar voor de jaren 2012 tot 2014. Bovendien zullen maatregelen om het energieverbruik te verminderen gemakkelijker fiscaal aftrekbaar worden. Op deze manier wil de regering ervoor zorgen dat elk jaar twee procent van het gebouwenbestand wordt gerenoveerd om energie te besparen en de CO2-uitstoot te verminderen.

Bron: AFP, WELT ONLINE, WIKIPEDIA

Wat betekent dat voor ons?

Met onmiddellijke ingang moeten we het stellen zonder zeven van de laatste 17 of 41% van onze kerncentrales, die volgens het Duitse verbond van energie- en waterbedrijven (BDEW) in 2009 nog goed waren voor 23% van de bruto-elektriciteitsproductie. Dit betekent dat we nu een tekort hebben van 91TP3 ton van onze elektriciteitsproductiecapaciteit, die we natuurlijk nog steeds zonder problemen kunnen dekken met bestaande reserves. Aangezien er momenteel geen wind-, waterkracht-, afval- of fotovoltaïsche capaciteit meer beschikbaar is, zal dit tekort waarschijnlijk moeten worden gedekt door fossiele brandstoffen (2009: 57% elektriciteitsproductie) of biomassa (2009: 4% elektriciteitsproductie). Hierbij moet worden opgemerkt dat de reservecapaciteit van elektriciteitscentrales echter alleen kan worden benut door meer gebruik te maken van brandstof! Gezien de verdeling kan worden aangenomen dat momenteel meer dan 90% van de uitgeschakelde nucleaire capaciteit wordt gedekt door het extra gebruik van fossiele brandstoffen. Als de capaciteit van fossiele centrales in de toekomst zo "efficiënt en flexibel" mogelijk moet worden uitgebreid, kan dit alleen maar betekenen dat vooral het aandeel van aardgas (2009: 13% van de elektriciteitsproductie) moet toenemen, omdat gasturbines uiterst flexibel en zeer efficiënt zijn in combinatie met nageschakelde stoomturbines. Bovendien is gas de fossiele brandstof met de laagste CO2-uitstoot. Tegelijkertijd is het ook de belangrijkste energiebron voor de verwarming van gebouwen in Duitsland, vooral voor particuliere huishoudens.

Conclusie: Niet alleen verwarmen met elektrische warmtepompen zal duurder worden; bereid je voor op stijgende verwarmingskosten in het algemeen - zelfs voor gas en olie. Investeer deze zomer in je verwarmingssysteem zodat je volgend jaar al kunt profiteren van de kostenbesparingen.

Waarom heb je eigenlijk beide nodig: twee zones laden en twee zones lossen?

Wat nu bekend is geworden...

is dat een zo goed mogelijke gelaagdheid allesbepalend is voor een efficiënt gebruik van buffervaten. Dit komt omdat alleen een opslagvat dat zo goed mogelijk gelaagd is, nog warmte kan opnemen als het al relatief vol is en warmte kan afgeven als het al relatief leeg is. Het geheim van dit voordeel schuilt in het feit dat bij een goede gelaagdheid de cilinder aan de bovenkant altijd warm is en aan de onderkant altijd koud (afbeelding, buffer 2-4), terwijl de gemengde cilinder van boven naar beneden warm is (afbeelding, buffer 1). De grens tussen warm en koud moet zo abrupt mogelijk zijn. Hoe voller de cilinder is, hoe lager (afbeelding, buffer 3), hoe leger hij is, hoe hoger (afbeelding, buffer 4) deze grens is.

Oplaadtoestanden van bufferopslagtanks

In elk geval bevat een goed gelaagde opslagtank zo weinig mogelijk warm water.

Een fout die velen nog steeds maken

Veel van onze klanten hebben ontdekt dat ze door het gebruik van de rendeMIX 3×2 (voor één verwarmingscircuit) of rendeMIX 3×4 (voor twee verwarmingscircuits) dual-zone lozingsassemblages de gelaagdheid van hun bufferopslagtanks zo aanzienlijk hebben kunnen verbeteren dat de algehele efficiëntie van zonnesystemen merkbaar is toegenomen en de gebruikers zeer tevreden zijn. Anderen hebben zich gerealiseerd dat de rendeMIX 2×3 twee-zone laadsamenstelling (met retourstroom boost voor een houtketel of WKK eenheid) ook merkbare voordelen biedt. Maar slechts enkelen hebben zich gerealiseerd dat het juist de combinatie van beide processen is, d.w.z. het gelijktijdig gebruik van twee zones laden en twee zones lossen, die de buffercilinder tot absolute topprestaties aanzet. Als u een van de twee overslaat omdat u het andere doet, betekent dat gewoon dat u genoegen neemt met een aanzienlijk slechter resultaat.

[swfobj src="http://www.baunach.net/wp-content/uploads/be_und_entladung_p01_v05.swf" width="700″ height="525″ align="left" allowfullscreen="true"]

Waarom is de combinatie van beide methoden zo succesvol?

Beide methoden richten zich vooral op het zwakke punt van elke cilinder, het hete water op mediumtemperatuur. Helaas wordt dit steeds weer veroorzaakt door onvermijdelijke turbulentie in de cilinder, die zelfs met het meest geavanceerde binnenwerk nooit helemaal kan worden vermeden. Het systematische en geprioriteerde gebruik van dit warme, gemengde water maakt het uiteindelijk echter mogelijk om de cilinder "dynamisch op te ruimen". Dit betekent dat de stratificatie wordt verbeterd terwijl de warmte door de cilinder wordt getransporteerd. De veronderstelling dat het buffervat eerst wordt opgeladen door de warmtebron en dan pas wordt geloosd door de verbruikers is niet realistisch. In feite vinden beide processen altijd min of meer gelijktijdig plaats.

Voorbeeld 1

Als een 20 kW houtketel een 20 kW systeem voedt via een buffer, blijft de warmte-inhoud van de boiler constant. Toch betekent het gelijktijdig laden en ontladen van de boiler met de tweezonemethode dat al het gemengde warme water wordt verwijderd en dat de gelaagdheid van de boiler volledig wordt hersteld.

Voorbeeld 2

Als het stroomverbruik stijgt tot meer dan 20 kW, wordt de buffervat langzaam maar zeker geleegd, omdat het ontbrekende vermogen wordt onttrokken aan de warmtevoorziening.

Voorbeeld 3

Als het stroomverbruik onder de 20 kW daalt, wordt het bufferopslagreservoir langzaam maar zeker gevuld, omdat het overtollige vermogen wordt toegevoegd aan de warmtereserve.

Pro tip: je goed voelen is het halve werk

Wat is de kwaliteit van een regelkring?

Sensor op WKK

Een regelaar vergelijkt voortdurend een gespecificeerde SET-waarde met een gemeten ACTUELE waarde en bepaalt uit het verschil (afwijking) een reactie (gemanipuleerde variabele) met als doel de afwijking tussen de SET- en ACTUELE waarden zo klein mogelijk te maken. Als bijvoorbeeld voor een WKK-eenheid een constante retourtemperatuur van 60°C vereist is, is dit de SET-waarde, terwijl de ACTUELE waarde wordt bepaald door een temperatuursensor. Een mogelijke reactie is een driepuntsignaal dat via een elektrische aandrijving een mengklep opent, stopt of sluit, zodat de retourtemperatuur wordt verhoogd, gehandhaafd of verlaagd.

Gedrag sturen via sensoren

De kwaliteit van de regelkring wordt in de eerste plaats begrepen als hoe nauwkeurig en hoe snel de regelaar de ACTUELE waarde dichter bij de SETPOINT-waarde brengt, bijvoorbeeld na een plotselinge verandering in de SETPOINT-waarde op tijdstip T. In het ideale geval overschrijdt de ACTUELE waarde het doel slechts één keer lichtjes en benadert dan de SETPOINT-waarde vanaf deze kant. Als de regelaar te langzaam is, zal er te veel tijd verstrijken voordat het doel wordt bereikt. Als de regelaar te snel is, wordt het doel meerdere keren overschreden. Aangezien de servomotor in ons voorbeeld ook deel uitmaakt van de regelkring en dus de kwaliteit ervan beïnvloedt, moet de looptijd correct worden ingesteld op de regelaar als deze optie beschikbaar is.

Wat is een dode tijd?

Grote afstand van de sensor tot de mixer

De dode tijd van het geregelde systeem is de tijd die verstrijkt voordat het effect van een verandering in de regelaar wordt gedetecteerd door de sensor. Als bijvoorbeeld de sensor van onze bovengenoemde retourstroomversterker zich bij de retourstroominlaat van de WKK-eenheid bevindt, terwijl de mixer 5 meter verderop is geïnstalleerd, dan is de dode tijd minstens zo lang als de looptijd (t) die nodig is om het water de afstand (s) met de snelheid (v) van de mixer naar de sensor te laten stromen.

t = s / v

v = Q / A = Q / ¼πDN²

Voor een WKK-eenheid met een thermisch vermogen van 12,5 kW, die 80°C in de aanvoer levert en 60°C in de retour ontvangt, is de delta T 20K en het debiet (Q) dus 0,54 m³/u. Dit resulteert in de volgende stroomsnelheden (v) voor de volgende nominale breedtes en de volgende looptijden (t) voor bijvoorbeeld een sectie van 5 m:

DN [mm]		v [m/s]	t [s]
15	½“	0,84	5,9
20	¾"	0,47	10,6
25	1″	0,30	16,5
32	1¼"	0,19	27,0

Hieruit blijkt dat een sterk overgedimensioneerde nominale grootte leidt tot een aanzienlijke toename van de dode tijd. En dit staat een hoge regelkwaliteit zeker in de weg.

Waarom is een correcte sensorinstallatie zo belangrijk?

Het is ook duidelijk dat de afstand tussen de sensor en de mixer zo klein mogelijk moet zijn om de dode tijd niet onnodig te verlengen. De montagelocatie van de sensor is daarom de eerste parameter waarmee rekening moet worden gehouden.

Korte afstand van de sensor tot de mixer

De warmteoverdracht van het verwarmingswater naar de sensor vormt echter ook een hindernis die relevant is voor de tijd: hoe beter de warmteoverdracht, hoe sneller de sensor reageert. Contactsensoren, die worden gemonteerd aan de buitenkant van de pijp waardoor het te meten verwarmingswater stroomt, zijn bijzonder gebruikelijk. Hierbij spelen drie belangrijke factoren een rol:

Contactoppervlak
Het contactoppervlak moet zo groot mogelijk zijn. Als een sensor bijvoorbeeld in de lengterichting van een gegolfde pijp wordt geplaatst, zijn er slechts enkele kleine punten beschikbaar voor warmteoverdracht.

Bij een gladde buis bestaat het contact tussen de sensor en de buis nog steeds uit een lijn. Alleen door warmtegeleidende pasta of een andere koudebrug te gebruiken, wordt de lijn het vereiste contactoppervlak dat een snelle warmteoverdracht garandeert.

Sensor zonder warmtegeleidende pasta en sensor met warmtegeleidende pasta

Warmtegeleidingsvermogen van de overgangsmaterialen

Metalen zijn de beste warmtegeleiders in tegenstelling tot kunststoffen, oxides (roest) of andere onzuiverheden. De pijp moet daarom van metaal zijn en zorgvuldig worden gereinigd voordat de sensor wordt geïnstalleerd.

Contactdruk

De spanning van de contactdruk moet blijvend elastisch blijven, waarmee rekening moet worden gehouden bij de keuze van de spanband. In dit opzicht is een spiraalveerdraad zeker beter dan een kabelbinder en een kabelbinder is zeker beter dan plakband.

Contactdruk door spanband

In elk geval zijn de deskundigheid en zorgvuldigheid van de installateur vereist om onnodige fouten op dit punt te voorkomen, die in het ergste geval de kwaliteit van de regelkring zodanig kunnen verslechteren dat er permanente temperatuurschommelingen optreden in de retourstroom van de WKK-eenheid.

Slechte warmteoverdracht leidt tot langere dode tijd