Stirlingmotor

Het rendement van de stirlingmotor is lager dan die van een dieselmotor (maar wat hoger dan die van een benzinemotor), maar kan met alle soorten brandstof werken. De motor heeft echter een grote thermische traagheid, waardoor die niet als aandrijfmotor in voertuigen gebruikt kan worden. De motor werkt enkel goed op een bepaald regime (toerental). Men zou de motor eventueel kunnen gebruiken als "range extender" in een electrische auto. De stirling motor laadt dan de batterijen opnieuw op tijdens het rijden.

Het hoofddoel van een verwarmingsketel met warmte-kracht koppeling (WKK) is om warmte te leveren om ruimtes te verwarmen, niet om electriciteit te leveren, al warmt de hoofdbrander eerst de motor en de nog hete verbrandingsgassen worden dan gebruikt om het circulatiewater op te warmen. Het heeft geen zin de ketel in te schakelen om enkel electriciteit te produceren: het rendement is te laag, de ketel is daarop niet voorzien. De werking van de ketel wordt gestuurd door de warmtevraag.

Ketel met warmte-kracht koppeling

Om je een richtwaarde te geven: de ketel levert ongeveer 1kW als de hoofdbrander werkt. Om een voldoende hoog rendement te bekomen is het nodig dat de brander voldoende lang blijft werken (minstens 30 minuten). Nadat de brander gestopt is, moet de watercirculatie nog verder gebeuren om de motor af te koelen en beschadiging van de motor te vermijden.

De hoofdbrander levert een constant vermogen dat voldoende is om het huis op temperatuur te houden. De ketel heeft een hulpbrander die ingeschakeld kan worden als er extra warmte nodig is (opwarmen van een koud huis of productie van sanitair warm water).

De tweede voorstelling toont ons hoe zo'n ketel werkt, maar eerst moeten we de onderdelen aangeven.

1. Luchttoevoer
2. Gastoevoer
3. Koud water toevoer (circulatiewater)
4. Schakelkast voor de verbinding met het electriciteitsnet
5. Generator (alternator)
6. Sturing hulpbrander
7. Sturing hoofdbrander
8. Stirlingmotor
9. Hoofdbrander
10. Hulpbrander
11. Uitgang warm water

Het koud water afkomstig van de radiatoren wordt gebruikt als "koude bron" in de stirlingmotor. Het water koelt de motor af en wordt warm.

De hoofdbrander warmt de stirlingmotor tot een temperatuur van 300 à 350°. De restwarmte van de nog warme verbrandingsgassen wordt gebruikt om het water verder op te warmen. De brander levert dus eerst warmte aan de motor.

De tweede schema is wat duidelijker wat de plaatsing van de elementen betreft. Men ziet dat de hoofdbrander vooral de motor opwarmt en de restwartmte wordt gebruikt om het water op te warmen, eerst door de koeling van de motor, dan door het gebruik van de restwarmte van de warme uitlaatgassen in de warmtewisselaar (10).

Indien er een sterke warmtevraag is wordt een hulpbrander ingeschakeld. Deze werkwijze moet indien mogelijk vermeden worden, want hier wordt er geen electriciteit opgewekt (de motor werkt reeds op maximaal vermogen).

De ketels met WKK zijn interessant in situaties waar er constant een warmtevraag is zoals hospitalen, rust- en verzorgingstehuizen, zwembaden, sanitair van fabrieken waar continu gewerkt wordt, hotels, enz. Ook tuinbouw onder glas gebruikt vaak ketels met WKK. Door de bijna-permanente werking van de ketel wordt de installatie sneller rendabel. Maar ook bij de particulier is zo'n installatie interessant op lange termijn (met de prijs van de brandstoffen die maar blijft stijgen).

Voordelen

De electriciteit wordt geproduceerd daar waar die ook nodig is (in het industriegebied, in de huizen), terwijl bij windmolens de geproduceerde energie nog over een lange afstand vervoerd moet worden (hetzelfde geld ook voor kerncentrales).

Er wordt electriciteit opgewekt op het ogenblik dat er een sterkere vraag is (automatische peak shaving): als de fabrieken draaien, bij particulieren 's morgens en 's avonds als er een piek in het electriciteitsverbruik is. De stroomproduktie is hoger in de winter en 's nachts, als de zonnepanelen niet produceren en de vraag naar electriciteit hoger is.

De stroomproduktie is beperkt (maar doorlopend) en het net moet niet verzwaard worden (kabels en teller). Zonnepanelen kunnen stroompieken van 10kW leveren op het einde van de lente en dit vergt een verzwaring van de electrische installatie.

Nagenoeg alle installaties kunnen aangepast worden om uitgerust te worden met aangepaste ketel, maar het is niet mogelijk een bestaande ketel aan te passen. De werking is het meest soepel met gas.

Nadelen

Om constant in- en uitschakelen te vermijden moet de ketel soms voorzien worden van een warmwaterketel die opgewarmd wordt tijdens de produktie, om dan de warmte af te staan volgens de vraag.