Laatst bijgewerkt op November 17, 2021 door Energiebesparen
Met een brandstofcelverwarmingssysteem kan warmte worden verkregen uit waterstof en dus worden gebruikt voor verwarming en warmwaterbereiding. Hier vindt u alle informatie over functie, voor- en nadelen en de kosten.
Hoe werkt brandstofcelverwarming?
Een brandstofcelverwarmingssysteem wordt meestal bediend met aardgas. In tegenstelling tot de gascondensatieketel wordt het gas echter niet direct verbrand en omgezet in warmte, maar wordt waterstof eerst afgesplitst van het aardgas. Pas dan volgt koude verbranding in de brandstofcel.
De brandstofcel bestaat uit twee elektroden gescheiden door een gedeeltelijk doorlatend membraan. Aan de anode wordt de waterstof nu gesplitst in waterstofionen en elektronen. De positief geladen waterstofionen migreren nu door het membraan naar de kathode, terwijl de elektronen niet door het membraan kunnen. Ze worden nu langs een elektrische geleider op het membraan naar de kathode geleid en er wordt elektriciteit opgewekt. Ondertussen reageren de waterstofionen aan de andere kant van het membraan met de zuurstof aan de kathode en wordt waterdamp gevormd. De brandstofcel zet waterstof en zuurstof dus om in elektriciteit, warmte en waterdamp.
Het gehele brandstofcelverwarmingssysteem bestaat uit de volgende componenten:
- Brandstofcel
- Gascondensatieketel als extra verwarming tijdens het stookseizoen
- Uitlaat
- Expansievat
- Buffertank / warmwatertank
Historische kosten
Een brandstofcelverwarmingssysteem kan 10.000 tot 20.000 euro kosten, afhankelijk van het rendement en inclusief alle benodigde apparaten. Als je de kosten voor installatie en inbedrijfstelling meetelt, krijg je kosten van 25.000 tot 35.000 euro.
Voor de werking van de brandstofcelverwarming heb je een gasaansluiting nodig. Als het nog niet beschikbaar is, moet het voor zo’n 1500 tot 2500 euro worden gelegd.
Om het zelfverbruik te verhogen, kan een brandstofcelverwarmingssysteem ook worden aangesloten op een elektriciteitsopslagsysteem – vergelijkbaar met een fotovoltaïsch systeem. In 2019 kosten elektriciteitsopslagsystemen gemiddeld 1200 euro per kilowattuur.
De benodigde capaciteit is afhankelijk van het vermogen van de brandstofcelverwarming en is ongeveer 3 tot 12 kilowattuur voor een eengezinswoning. Als we uitgaan van de gemiddelde prijs, krijg je tot 14.400 euro voor een elektriciteitsopslag met een capaciteit van 12 kilowattuur. Dit is echter slechts een geschatte waarde, omdat elektriciteitsopslagsystemen met een hoge capaciteit per kilowattuur minder kosten dan de kleinere varianten.
Economie
Brandstofcelverwarming is met name geschikt voor gebouwen met een hoge verwarmings-, elektriciteits- en warmwaterbehoefte. Wanneer het zich precies terugbetaalt, hangt van veel factoren af: Welke kachel werd eerder gebruikt? Hoe goed is het gebouw geïsoleerd? Hoeveel warmte en elektriciteit is er nodig? Een nauwkeurige berekening is erg belangrijk voor de aankoop en moet worden uitgevoerd door een professionele verwarmingsingenieur of energieadviseur.
In een interview met Erdgas Südwest uit 2020 doet Herwig Marschelke verslag van zijn ervaringen met een brandstofcelverwarmingssysteem uit 2013. Hij komt uit op een eigen verbruik van 63 procent en bespaarde elektriciteitskosten van 540 euro per jaar. De jaarlijkse warmtebehoefte van zijn huis is 22.000 kWh, de elektriciteitsbehoefte is 6.000.
Net als bij het fotovoltaïsche systeem moet ook brandstofcelverwarming erop gericht zijn om het zelfverbruik zo hoog mogelijk te houden. Hoewel het teruglevertarief ook de uitgaven aan gas vermindert, is het veel lager dan de elektriciteitskosten die worden bespaard vanwege het hoge zelfverbruik. Bovendien kunt u er nooit zeker van zijn dat het teruglevertarief tot het einde van de levensduur van de plant zal duren. Elektriciteit van het openbare net daarentegen zal waarschijnlijk nog enkele decennia duurder blijven dan gas.
Voor- en nadelen
Voordelen
- Produceert elektriciteit en warmte
- Hoog rendement
- Minder afhankelijkheid van elektriciteitsprijzen
- Overheidsfinanciering
- Klimaatvriendelijk
- Kleine voetafdruk
- Rustig
Nadelen
- Hoge aanschafkosten
- Gasaansluiting noodzakelijk
- Nauwelijks gegevens beschikbaar over werking op lange termijn
Soorten brandstofcelverwarmingssystemen
Twee soorten brandstofcellen worden gebruikt in verwarmingssystemen: de protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcel en de vaste oxide brandstofcel. U kunt ze worden vaak afgekort tot PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) en SOFC (Solid Oxide Fuel Cell).
SOFC brandstofcel
- Bedrijfstemperatuur: 650 – 1000 °C
- Vaste oxidekeramiek als elektrolyt
- Brandstof
- Waterstof
- Aardgas
- Methaan
- Elektrisch rendement: 30 – 60 %
- Continue werking is zinvol
PEMFC brandstofcel
- Bedrijfstemperatuur: 70 – 90 °C
- Polymeer membraan
- Brandstof
- Waterstof
- Aardgas
- Methaan
- Methanol
- Elektrisch rendement: 32 – 37 %
- Deellastbediening mogelijk
Er zijn andere soorten brandstofcellen, maar deze twee varianten hebben in Duitsland de overhand gekregen voor verwarming.
Brandstofcelverwarming vs WKK
Volgens gegevens van het Callux-project is een totale efficiëntie van 96 procent mogelijk met brandstofcelverwarming. Dit betekent dat slechts vier procent van de energie van het gas verloren gaat bij de productie van warmte en elektriciteit. Warmtekrachtkoppelingscentrales zouden 80 tot 90 procent zijn.
In een interview met co2online.de meldt Werner Berner uit Esslingen dat de exploitatie en het onderhoud van zijn oude warmtekrachtcentrale complexer was. Het heeft sinds 2017 een brandstofcelverwarmingssysteem en voorheen een mini-WKK. Deze ervaring is niet verwonderlijk, want in tegenstelling tot warmtekrachtcentrales heeft een brandstofcelverwarmingssysteem geen motor en nauwelijks bewegende delen die kunnen slijten.
Het is ook interessant dat het onderhoudsproces voor moderne brandstofcelverwarmingssystemen zeer gedigitaliseerd is. Sensoren in het systeem maken een soort voorspellend onderhoud mogelijk waarbij de fabrikant niet regelmatig langs hoeft te komen, maar eventuele problemen op afstand kan detecteren. Als er problemen worden gedetecteerd, wordt de eigenaar op de hoogte gebracht en wordt een technicus doorgestuurd.
Financiering voor brandstofcelverwarmingssystemen
Brandstofcelverwarmingssystemen hebben niet alleen een hoge mate van efficiëntie, ze worden ook bijzonder gesubsidieerd door de staat. Voor particuliere huishoudens zijn vooral de subsidies van KfW en BAFA interessant. Er moet ook rekening worden gehouden met het teruglevertarief voor geproduceerde elektriciteit. De aanvraag voor de subsidies moet vóór de start van de installatie worden ingediend.
KfW-subsidie voor brandstofcelverwarmingssystemen (433)
Met de KfW-subsidie 433 kunt u tot 28.200 euro per brandstofcel laten subsidiëren, afhankelijk van de prestaties. KfW betaalt een vast bedrag van 5700 euro en 450 euro extra per 100 watt elektrisch vermogen of een deel daarvan. Met een conventioneel brandstofcelverwarmingssysteem met 700 watt elektrisch vermogen krijgt u een Financiering van 8850 Euro.
In aanmerking komen niet alleen de kosten voor de installatie, maar ook de kosten voor het volledige onderhoudscontract in de eerste 10 jaar en de kosten voor een energieadviseur. Alleen systemen met een elektrisch vermogen van 0,25 tot 5,0 kilowatt worden gefinancierd.
Mini-WKK-subsidie van BAFA
Gaat het om een bestaand gebouw en een klein systeem met een warmteafgifte van minder dan 20 kilowatt, dan kun je de KfW-subsidie zelfs combineren met BAFA-financiering. Deze mogelijkheid bestaat echter slechts tot eind 2020. De subsidie is lager dan die van KfW en bedraagt 1900 euro voor een systeem met 700 watt elektrisch vermogen. Het maximale vermogen is 3500 voor grote systemen tot 20 kilowatt elektrisch vermogen.
Voorwaarden
- De aanvraag voor financiering voor een mini-WKK-installatie moet uiterlijk op 31 december 2020 worden ingediend
- De installatie wordt gebouwd in een bestaand gebouw (bouwaanvraag voor 01.01.2009).
- De installatie staat op de “Lijst van in aanmerking komende mini-WKK-installaties”.
- De installatie mag zich niet bevinden in een gebied met een aansluitings- en gebruiksbehoefte voor stadsverwarming.
- Het systeem wordt onderhouden via een onderhoudscontract.
- Het is een warmteopslagtank met een volume van minstens 60 liter water per kW thermisch vermogen (kW).Þ) bestaande of nieuw geïnstalleerde, waarbij een maximaal opslagvolume van 1.600 liter vereist is.
Feed-in tarief
Net als bij een fotovoltaïsch systeem krijgt brandstofcelverwarming ook een teruglevertarief. Volgens de WKK-wet wordt een toeslag van 8 cent per kilowattuur die aan het net wordt geleverd, verkregen voor installaties tot 50 kWel. Voor zelfverbruik van elektriciteit krijg je 4 cent toeslag per kilowattuur. Als alternatief kunt u een eenmalige forfaitaire betaling aanvragen, die rechtstreeks wordt uitbetaald. Daardoor gaat uit van 60.000 uur volledig gebruik, d.w.z. het 700 watt systeem uit ons voorbeeld EUR 1.680.
Als je alle mogelijke subsidies combineert, betaal je voor een brandstofcelverwarmingssysteem met 700 watt elektrisch vermogen. 12.430 euro minder.
Hoeveel elektriciteit genereert een brandstofcelverwarmingssysteem?
Dit is volledig afhankelijk van het model, de gebruikte technologie en de bijbehorende elektrische efficiëntie. PEMFC-brandstofcellen hebben een rendement tot 37 procent, d.w.z. genereren 0,37 kWh elektriciteit per kWh gebruikt gas. Sommige SOFC-brandstofcellen kunnen daarentegen tot 60 procent bereiken. Welke variant en welk model je kiest, hangt af van je eigen warmte- en elektriciteitsbehoefte.
Wanneer is brandstofcelverwarming de moeite waard?
Brandstofcelverwarming is de moeite waard voor gebouwen met het hele jaar door warmtebehoeften voor verwarming of warmwaterbereiding. Omdat het ook noodzakelijkerwijs elektriciteit opwekt tijdens de warmteopwekking, moet het stroomverbruik ook hoog genoeg zijn of moet een opslagsysteem worden gebruikt. Het is niet geschikt voor eenpersoonshuishoudens, maar wel heel goed voor een- of tweegezinswoningen. Zelfs in een klein bedrijf kunt u ze gebruiken. Het brandstofcelinitiatief beveelt ze aan van een jaarlijkse totale warmtevraag van 10.000 kilowattuur.
Als aan deze eisen wordt voldaan, moet u kijken naar uw eigen verwarmings- en elektriciteitskosten en het rendement van het huidige systeem. Als het systeem nog up-to-date en energiezuinig is, is een overstap waarschijnlijk niet de moeite waard. Als het echter een nieuw gebouw is of de oude installatie het einde van zijn levensduur nadert, kunt u overwegen om over te schakelen op een brandstofcelverwarmingssysteem of een warmtekrachtcentrale. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat warmtekrachtkoppelingscentrales minder efficiënt zijn. Om een nauwkeurige beoordeling van uw gebouw te krijgen, moet u advies inwinnen bij een expert op het gebied van sanitair, verwarming en airconditioning. De volgende aspecten moeten in aanmerking worden genomen:
- Isolatie van het gebouw
- Elektriciteitsverbruik
- Warmwaterbehoeften
- Welk percentage biogas wordt gebruikt?
- Is een buffer of stroomopslag vereist?
Welke fabrikanten zijn er?
Zoals met alle soorten verwarming, zijn er ook verschillende modellen en veel fabrikanten. Deze fabrikanten bieden brandstofcelverwarmingssystemen aan in Duitsland:
- Buderus
- Freudenberg
- Remeha
- Senertec
- Solide vermogen
- Zonnebrand
- Viessmann