nieuws

Gasexpansieturbine verlaagt druk en wekt tevens energie op

bouwbreed Premium

Smoorkleppen verlagen de druk in gasverdeelstations. Daarbij gaat veel potentiële energie verloren. Een gasexpansieturbine verlaagt eveneens de druk en wekt daarbij in een generator of compressor energie op. Nederland maakt vooralsnog weinig gebruik van dergelijke installaties.

De drukverlaging gebeurt in een Joule-Thompson smoorklep. Bij deze expansie daalt de temperatuur beneden het vriespunt waardoor ijs de installatie kan beschadigen. Moeilijk te verwijderen hoogwaardige koolwaterstofverbindingen kunnen condenseren en hydraten vormen. Het gas vergt, net als een smoorklep, om die reden een tamelijk dure voorverwarming. Een standaardinstallatie in een leiding met een doorstroming van 80.000 newton maal kubieke meter per uur (Nm3) aardgas wekt een elektrisch vermogen op van 2100 kilowatt, voldoende voor zo’n 3500 huishoudens. Een kleine installatie kan een rendement bereiken van ongeveer 83 procent en een grote zelfs van 91 procent. Met de vrijkomende energie verdient een installatie zich volgens turbinefabrikant Atlas Copco binnen een of twee jaar terug.

Krachtcentrale

In Nijmegen beheert NUON een gasexpansieturbine van het fabrikaat ABB. Deze installatie reduceert 40.000 Nm3 per uur gas van 40 tot 8 bar en 20.000 Nm3 per uur gas van 8 tot 4 bar en levert per jaar ongeveer 10 miljoen kilowattuur. De investering beliep 2,3 miljoen euro. Een krachtcentrale verstookt voor dezelfde hoeveelheid energie 1,5 miljoen kubieke meter aardgas en brengt 4500 ton koolstofdioxyde in de lucht. Een warmtekrachtinstallatie verzorgt de voorverwarming van het gas. Het Belgische energiebedrijf Electrabel installeerde in een verdeelstation voor 230.000 huishoudens in Brussel een gasexpansieturbine met generator van 2,7 megawatt. De opstelling bestaat verder uit twee Cummins V16 gasmotoren met een generator van 1,36 megawatt. Het binnenkomende gas heeft een druk van 9 bar bij 8 graden Celsius. Voorverhitting tot 90 graden Celsius met warmte van de gasmotoren voorkomt de vorming van ijs en hydraten. Het gas verlaat de turbine met een druk van 1,7 bar en een temperatuur van ongeveer 7 graden Celsius. De hoeveelheid gas bedraagt 75000 Nm3 per uur. De installatie werkt alleen ’s winters; ’s zomers is de doorstroming te laag.

Bedrijfsgebouwen

De turbine draait constant op het nominale vermogen. De motoren leveren 3,7 megawatt aan warmte waarvan 3 megawatt ten goede komt aan de turbine en de rest aan de verwarming van de bedrijfsgebouwen. Het elektrisch rendement bedraagt ongeveer 70 procent en het totale rendement ongeveer 80 procent. De installatie staat in een omkasting waardoor het geluidsniveau op 1 meter buiten de gevel 45 dB(A) bedraagt. De investering beliep 1,4 miljoen euro; het onderhoudscontract vergt jaarlijks 20.000 euro. Een subsidie vermindert de investering met 390.000 euro oftewel zo’n 30 procent. Bij een kilowattuurprijs van 0,02269 euro verdient de installatie zich in 2,3 jaar terug. Electrabel plaatst een soortgelijke installatie in Antwerpen. Productie van elektriciteit uit de druk van aardgas is ook met kleine projecten vanaf zo’n 50 kilowatt en in regionale gasnetten van 8 bar mogelijk. Gasexpansie kan bijvoorbeeld in de ontwikkeling van duurzame bedrijventerreinen worden opgenomen en biedt zo mogelijkheden voor het gebruik van afvalwarmte. In dat geval verminderen de emissies vrijwel tot nul.

Warmtepomp

Hetzelfde gebeurt wanneer de opgewekte elektriciteit een warmtepomp bedient. De turbine kan de primaire energie ook uit de aanvoerleiding van een ander gas zoals argon halen of uit de persluchtaanvoer van een scheidingsinstallatie voor zuurstof en stikstof. De turbine kan verder de drukval opwekken die nodig is om gas af te koelen. De gasexpander kan ook als koelmachine fungeren. Dan komt minder ver voorverwarmd aardgas met een lage temperatuur uit de expansiemachine. Als die het toelaat mag de temperatuur van het aardgas dalen tot min 11 graden Celsius. Het aardgas warmt bij het uittreden van de expansiemachine weer op in een koudwatercircuit. De turbines zijn geschikt voor wisselende belastingen. Bij de nominale doorstroming is het rendement het hoogst. Bij 30 procent meer doorstroming neemt het rendement met 0,5 procent af en bij 50 procent minder doorstroming met 15 procent. Moderne expanders werken zonder smeerolie waardoor vervuiling van het aardgas wordt voorkomen.

Reageer op dit artikel