Interpretatie formule berekening energetische efficiëntie

1. Inleiding

Belgian Waste-to-Energy vertegenwoordigt alle Belgische installaties die huishoudelijk en vergelijkbaar restafval energetisch valoriseren. Met een capaciteit van 2,55 miljoen ton produceren deze installaties jaarlijks meer dan 1 miljoen MWh elektriciteit, voldoende voor eigen intern gebruik (23 %) én om ruim 234 000 gezinnen van elektriciteit te voorzien. Daarnaast produceren zij ook nog warmte voor eigen gebruik (38 %) en diverse warmtetoepassingen in een industriële context (bijna 500 000 MWh).

Met dit document wenst BW2E zijn standpunt weer te geven i.v.m. de interpretatie van de formule uit de WFD (2008/98/EG) betreffende de berekening van de energetische efficiëntie van een Waste-to-Energy-installatie.

De gevolgen van het al dan niet behalen van de R1-status moeten nog duidelijk worden. Naast de vraag welke invloed dit zal hebben op de export/import van afval, kan de status immers ook een invloed hebben op het bepalen van de milieuheffing, het verkrijgen of verlengen van vergunningen, ....

Het belangrijkste voor onze organisatie is het uniformiseren van de interpretatie van deze formule in alle lidstaten. Het bewaken van dit level playingfield zal één van de grootste uitdagingen van de Europese Commissie zijn!

2. Interpretatie formule

Systeemgrenzen:

BW2E gaat ervan uit dat

a. alle processen anders dan de thermische verwerking die plaatsvinden op dezelfde site als de Waste to Energy-installatie -zoals het uitsorteren of shredderen van afval, zoals een bodemasbehandeling of MBT... - buiten de systeemgrenzen van de WtE-installatie vallen. Of deze processen nu energie van de WtE-installatie gebruiken of niet, maakt geen verschil.

b. de rookgasreinigingsinstallatie – alhoewel integraal deel uitmakend van een WtE-installatie – buiten de systeemgrenzen moet beschouwd worden. Indien de rookgasreinigingsinstallatie binnen de systeemgrenzen beschouwd wordt, kan de energetische efficiëntie van de totale installatie verhogen indien de rookgasreiniging minder energie verbruikt.

De operatoren van installaties zouden slechts die hoeveelheid energie kunnen gebruiken die nodig is om net onder de maximale emissiewaarden te blijven. Het nemen van extra initiatieven om de emissies te verminderen, zou bestraft worden op gebied van energetische efficiëntie wat dus een negatieve en ongewenste ‘bijwerking’ van deze formule is!

Daarom dient de rookgasreiniging buiten de systeemgrenzen beschouwd te worden en houdt dit concreet in dat

indien de installatie hiervoor energie gebruikt die door de WtE-eenheid zelf geproduceerd wordt, zit deze hoeveelheid in Ep vervat
indien de installatie energie importeert voor de rookgasreiniging, deze hoeveelheid niet bij Ei of Ef gerekend wordt.

Deze redenering verzekert een gelijk speelveld voor installaties die energie importeren voor hun rookgasreininiging en installaties die hiervoor zelf geproduceerde energie aanwenden.

c. indien de turbine eigendom is van en beheerd wordt door de WtE-installatie, de turbine binnen de systeemgrenzen beschouwd wordt. Dit betekent dat de stoom die naar de turbine gaat, niet bij Ep heat gerekend wordt. De elektriciteit geproduceerd door de turbine komt dan uiteraard wel bij Ep electricity.

Indien echter de turbine behoort tot een derde partij die het beheer ervan doet, kan de WtE-installatie niet verantwoordelijk gesteld worden voor de wijze waarop de turbine beheerd wordt. Dus is het mogelijk dat de turbine in dat geval buiten de systeemgrenzen beschouwd wordt. Dit houdt dan in dat de stoom die naar de turbine gaat, bij Ep heat gerekend wordt. Tegelijkertijd betekent dit dat alle elektriciteit die de WtE-installatie gebruikt, bij Ei gerekend wordt net als de bleed steam (zie verder bij Ep).

Ep = de hoeveelheid energie die jaarlijks als warmte of elektriciteit geproduceerd wordt. Bij de berekening wordt energie in de vorm van elektriciteit vermenigvuldigd met een factor 2.6 en warmte die wordt geproduceerd voor commerciële toepassingen met een factor 1.1. (GJ/jaar)

In Ep moet zeker met de totale hoeveelheid geproduceerde energie (som van de geëxporteerde hoeveelheid energie en de intern gebruikte energie) gerekend worden. De definitie van Ep spreekt immers duidelijk over de “hoeveelheid energie die geproduceerd wordt” en niet alleen over “de hoeveelheid energie die geëxporteerd wordt”.

Onder commercieel toegepaste warmte verstaan we zowel de geëxporteerde warmte als de warmte die intern aangewend wordt. Immers, indien niet voorzien door het afval, zou deze vereiste energie geïmporteerd moeten worden.

Zoals reeds vermeld, wordt een deel van de intern gebruikte stoom en elektriciteit aangewend voor het behalen van verplichte milieudoeleinden en dient dus bij Ep geteld te worden.

Ep = (Ep heat x 1.1) + (Ep electricity x 2.6) met

Ep heat = de totale hoeveelheid geproduceerde warmte zoals de warmte die naar derden geëxporteerd wordt, de warmte afkomstig van de tussenaftap van de turbine (bleed steam*), de warmte die aangewend wordt voor intern gebruik, de warmte die mogelijks vernietigd wordt**, ... (en dit zowel voor stoom als voor oververhit water).
Ep electricity = de totale hoeveelheid elektrische energie geproduceerd door de turbine, dus inclusief de hoeveelheid electriciteit die intern gebruikt wordt. Indien de turbine eigendom is van een derde, wordt deze hoeveelheid elektriciteit buiten de systeemgrenzen opgewekt en hoort deze dus niet bij Ep electricity.

De geproduceerde warmte die binnen de installatie gebruikt wordt, wordt als een commerciële toepassing beschouwd. Dus dient ook deze hoeveelheid warmte met factor 1.1 vermenigvuldigd te worden. Analoog zoals de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit die intern gebruikt wordt, met 2.6 vermenigvuldigd wordt. Zo wordt immers overal met dezelfde ‘eenheden’ primaire energie gerekend.

*Bleed steam: dit is de hoeveelheid stoom die bij de tussenaftap (midden druk en lage druk) van de turbine ‘afgetapt’ wordt en niet in elektriciteit wordt omgezet. Afhankelijk van installatie tot installatie wordt deze stoom ingezet voor het op temperatuur houden van de ontgasser, voor de verwarming van de burelen, voor het opwarmen van het condensaat of de primaire verbrandingslucht, .... Deze hoeveelheid wordt berekend op basis van de turbinegegevens (druk, temperatuur, maximaal debiet) en omgerekend in functie van de belasting van de turbine.

**Vernietigde stoom: Indien stoom na productie vernietigd wordt (vb. voor connectie met het net), dient deze hoeveelheid toch bij Ep heat geteld te worden, zeker indien deze geëxporteerd wordt naar een derde partij die buiten de macht van de WtE-installatie een deel stoom vernietigt. Uiteraard belet dit niet om naar oplossingen op zoek te gaan om een maximum van deze hoeveelheid stoom te valoriseren.

Bij de berekening van Ep heat wordt gewerkt met de netto-enthalpie van de geproduceerde stoom/oververhit water. De enthalpie van het ketelvoedingswater dat in de ketel binnenkomt wordt afgetrokken van de bruto enthalpie van de geproduceerde stoom/oververhit water. Voor de bepaling van de enthalpie stellen we voor gebruik te maken van referentietabellen (http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables/superheated-steam.asp).
We rekenen met de druk, temperatuur en debiet gemeten aan de systeemgrenzen: leidingverliezen mogen immers geen invloed hebben op de bepaling van de geproduceerde energie.

Ef = de jaarlijks energie-input in het systeem afkomstig van brandstoffen die voor de productie van stoom worden gebruikt (GJ/jaar)

We rekenen onder Ef de brandstof (vb. gas) die geïmporteerd wordt voor het behoud van de 850 °C en voor start up/shut down processen (voor de tijdsperiode dat stoom/heet water gegenereerd wordt) zolang de connectie met het stoomnet/warmwaternet nog in dienst is.
Niet elke installatie meet momenteel welk deel van de geïmporteerde energie met de stoomproductie gelinkt is (Ef) en welk deel niet (Ei). Indien deze hoeveelheden niet gekend zijn, werd een 50-50 verdeling van het totaal van de geïmporteerde energie aangenomen.

Ei = de hoeveelheid energie die jaarlijks wordt geïmporteerd, Ew en Ef niet meegerekend (GJ/jaar)

Ei is de hoeveelheid geïmporteerde energie die niet gebruikt wordt voor de productie van stoom. Het is dus dat gedeelte van de brandstof of elektriciteit dat geïmporteerd en gebruikt wordt voor de op- of afstook van de installatie (alvorens er connectie is met het stoomnet).
Niet elke installatie meet momenteel welk deel van de geïmporteerde energie met de stoomproductie gelinkt is (Ef) en welk deel niet (Ei). Indien deze hoeveelheden niet gekend zijn, werd een 50-50 verdeling van de totaal geïmporteerde energie aangenomen.
De hoeveelheid zelf geproduceerde energie die intern gebruikt wordt, hoort niet bij Ei maar bij Ep. Indien de turbine echter eigendom is van een derde en indien de turbine buiten de systeemgrenzen beschouwd wordt, wordt alle electriciteit en blead steam die de WtE-installatie intern gebruikt, ook bij Ei geteld.
Bij Ei wordt ook de hoeveelheid geïmporteerde elektriciteit vermenigvuldigd met 2.6 en de hoeveelheid geïmporteerde warmte met 1.1. Indien de hoeveelheid geïmporteerde energie niet met deze factoren zou vermenigvuldigd worden, leidt dit welliswaar tot een hogere waarde voor de energetische efficiëntie van de installatie. Maar vanuit technisch standpunt zou dit niet logisch zijn omdat dan niet met dezelfde ‘eenheden primaire energie’ wordt gerekend. Volgens BW2E dient zowel bij Ep, Ef als Ei elektriciteit vermenigvuldigd te worden met 2.6, warmte met 1.1 en primaire energiebronnen (zoals gas, ...) met 1.
De energie-inhoud van het terugkerend condensaat (indien gekend, anders wordt de energie-inhoud van het ketelwater gebruikt) wordt in mindering gebracht van de bruto enthalpie van de geproduceerde warmte (en wordt dus verrekend bij Ep en niet geteld bij Ei).

Ew = hoeveelheid energie die is besloten in de jaarlijks verwerkte hoeveelheden afvalstoffen, berekend aan de hand van de netto calorische waarde van de afvalstoffen (GJ/jaar)

De energetische inhoud van alle types afval die in de installatie verwerkt worden (puur huishoudelijk afval, commercieel afval, slibs, schreddermateriaal, RDF ...) hoort bij Ew.
Belangrijk bij de berekening van Ew is de bepaling van de netto calorische waarde (NCV) van het afval: indien de NCV te hoog wordt berekend, betekent dit een daling van de energetische efficiëntie van de installatie en vice versa. Heel wat installaties hebben een eigen rekenmodel uitgewerkt om de NCV te bepalen in functie van de ketelprestaties. Om het gelijk speelveld te bewaren, ijvert BW2E om te werken met de formule voor de berekening van de NCV uit de BREF Waste Incineration of een genormaliseerde methode zoals de methode van de verliezen (DIN 1942).

3. Scope

De WFD stelt dat enkel installaties die specifiek bestemd zijn om vast stedelijk afval te verwerken, binnen de scope van de R1-formule vallen. Volgens BW2E betekent dit dat de installatie ontworpen en vergund dient te zijn voor het verwerken van vast stedelijk afval maar niet noodzakelijk dat het de grootste input van de installatie moet zijn.

Het is voor BW2E wel duidelijk dat meeverbranders buiten de scope vallen omdat deze installaties van een totaal andere aard zijn dan WtE-installaties en bovendien geen gelijk speelveld kennen o.a. wat betreft emissies.

4. Lokale condities en klimaatfactoren

Ook in België wordt duidelijk ervaren dat de efficiëntie van de turbine daalt indien de temperatuur stijgt. BW2E is dan ook (conform art. 38 van de WFD) voorstander van het uitwerken van een klimatologische correctiefactor. Ook hier benadrukken we dat dit op een uniforme manier dient te gebeuren in alle lidstaten.

5. Verificatieprocedure

Volgens BW2E dient de berekening van de energetische efficientie door een onafhankelijk en erkend organisme te gebeuren.

BW2E stelt voor bestaande installaties de volgende procedure voor:

De berekening moet gebaseerd worden op het gemiddelde van de operationele gegevens van de voorbije 3 jaren.
Enkel gegevens van periodes die de normale werking weergeven, worden gebruikt voor de berekening. Dit houdt dus in dat cijfermateriaal van ‘abnormale’ periodes (niet-geplande onderbrekeningen ) niet meegerekend wordt.
Indien er gedurende deze 3 jaar ingrijpende aanpassingen zijn uitgevoerd, dient gerekend te worden met deze nieuwe situatie (-> zie procedure nieuwe of vernieuwde installaties)

Voor nieuwe installaties of vernieuwde installaties:

De berekening moet gebaseerd worden op ontwerpgegevens (designwaarden). Zo kent een nieuwe installatie direct de status voor het eerste werkingsjaar.
1 jaar na de start van de installatie, wordt een herberekening uitgevoerd om de status te bevestigen
3 jaar na de start van de installatie, moet door een onafhankelijk en erkend organisme de status bevestigd worden en dit op basis van de operationele gegevens (cfr bestaande installaties).

Voor het behouden van de R1-status, zijn wij voorstander van

een jaarlijkse ‘administratieve’ controle in die zin dat installaties waar structurele veranderingen hebben plaatsgevonden die een invloed hebben op de energetische efficiëntie, aan een herberekening onderworpen zullen worden (procedure van nieuwe of vernieuwde installaties). De andere installaties behouden gewoon hun status.
een 3-jaarlijkse controle en herbereking van alle WtE-installaties. Door deze regelmatige controle krijgen de autoriteiten een bevestiging van het behoud van de efficiëntie van de site.

Indien door omstandigheden die buiten de macht van de installatie liggen (vb. stopzetten van afnemen van energie door derde, ...), een installatie de R1-status verliest, kunnen er maatregelen voorgesteld worden door de beheerder van de installatie om de R1-status terug te krijgen binnen een bepaalde periode. Gedurende deze periode wordt de installatie nog steeds als R1 beschouwd na goedkeuring door de lokale autoriteit.

Indien een installatie de R1-status verliest, kan na technische aanpassingen opnieuw een controle gelanceerd worden door de eigenaar om terug de R1-status te bekomen.