Industriële warmtepompen
Met warmtepompen kan de industrie flink bijdragen aan de vermindering van CO₂-uitstoot in de lucht. De restwarmte is ook te benutten. De warmte uit uw productieproces is goed te gebruiken, of die van een buurbedrijf, naburig warmtenet of geothermische bron.
Industriële warmtepompen in de praktijk
Hoe werken industriële warmtepompen voor ondernemers in Nederland? Martijn de Vries van Deltamilk en Erik Waterman van Waterman Onions vertellen wat warmtepompen hebben gedaan voor hun bedrijven.
Bij het bepalen van de warmtepomp hebben wij
samen met een belangrijke leverancier gekeken
wat de mooiste combinatie is van het gebruik
van warmtepomp in combinatie met ons proces.
Wij van de Graafstroom zijn een middelgrote
kaasmakerij in Nederland
en dat doen we vooral voor de huismerken van
de bekende Nederlandse supermarkten.
Als je de hele fabriek bekijkt,
dan komt er aan de voorkant koude melk in en
aan de achterkant komt er koude kaas uit.
In de tussentijd vinden er
allerlei processen plaats.
Bijvoorbeeld het opwarmen van melk,
het weer afkoelen,
het verhitten van wei
en het weer afkoelen.
Er zijn dus allerlei warme en koude processen
die tegelijkertijd plaatsvinden in zo'n fabriek.
Dat gebeurde voorheen met een
gasgestookte stoomketel en nu,
tegenwoordig doen we dat met een warmtepomp
die zorgt dat de koude aan de
warmte gekoppeld wordt en dat
de warmte gaat recirculeren.
Veel efficiënter dan dat
we dat voorheen deden.
Bij het bepalen van een warmtepomp hebben wij
samen met een belangrijke leverancier die ook
toekomstgericht is gekeken wat de mooiste
combinatie is
van het gebruik van warmtepomp in
combinatie met ons proces.
We zijn uitgekomen op een geïntegreerde ammoniak
gedreven warmtepomp op twee temperatuur niveaus,
waarbij de koude bestaat uit 2 graden, de warmte
op 40 graden en de warmte op 77 graden.
En zo krijgt elk proces exact
de warmte die hij nodig heeft.
Of de koude.
Nou, de processen in de fabriek,
die zijn niet elke dag hetzelfde.
En ook door de dag heen zijn
ze niet allemaal hetzelfde.
En die fluctuaties moet je op
kunnen vangen met het energiesysteem.
Om die reden hebben we hier achter
ons een aantal tanks geplaatst.
Daar zit water in.
Dient als medium om de
energie te transporteren,
zowel de koude alsook de warme energie.
En die energie kan weer volledig hergebruikt worden
in de fabriek, waarna het opnieuw terugkomt deze
kant op om naar het juiste temperatuursniveau gebracht te worden.
Alles bij elkaar is deze investering natuurlijk een
forse investering die je niet zomaar even doet.
De hulp van RVO is hier van
essentieel belang geweest.
Maar wat het mooie is dat met deze investering, ons
vakmanschap zoals je dat hier op de plank ziet liggen,
prijswinnende kazen samenbrengt met ondernemerschap
en ook nog leidt uiteindelijk tot een stuk
rentmeesterschap zoals wij dat voor ogen hebben.
Zodat we samen naar een
duurzame toekomst kunnen gaan.
We zijn uitgekomen op een ammoniak-warmtepomp met 2 temperaturen. Die verdeelt de hitte over 2 niveaus: voor processen op 40 graden, en voor processen op 77 graden. Zo krijgt elk proces de warmte die het nodig heeft.
Ons jaarverbruik gas was bijna 300.000 tot 400.000 m3. Door de warmtepomp nam ons gasverbruik af met bijna 90%. Hiervoor hadden we in het ketelhuis een aantal ouderwetse grote cv-ketels. Nu hebben de warmtepompen dat helemaal overgenomen.
Ons jaarverbruik gas was bijna 300 tot 400.000 kuub gas. Waterman Onions is een bedrijf dat uien sorteert, verpakt en exporteert naar een zevental landen. Dat doen we op jaarbasis ongeveer bijna 150.000 ton. Bijna 5000 vrachtauto's per jaar gaan hier door de fabriek. Wat we hier achter zien is een hele grote droogcel. Daar komen de uien binnen af land. Dat is in de periode juli, augustus, september. Daar blaast ontzettend veel lucht door. En die lucht? Die warmen we op met behulp van warm water. En dat is dan het eindresultaat. Hiervoor deden we dat op een conventionele manier, namelijk met open heaters, zoals dat heet, direct gestookt met aardgas. Ons jaarverbruik gas was bijna 300 tot 400.000 kuub gas dus. Door nu de warmtepomp in te zetten, hebben wij dat kunnen reduceren met bijna 90%. Zoals je ziet, jullie zijn hier in het Ketelhuis en hiervoor hadden we dus een aantal ouderwetse grote CV-ketels. En dat is er nu niet meer. Door middel van deze opstelling is dat volledig overgenomen door de warmtepompen. Ja, we liepen tegen een aantal uitdagingen aan. Een van de uitdagingen is dat ons elektraverbruik omhoog ging. Een van de oplossingen was voor ons om een stukje peak shaving toe te passen. Dat betekent dat er een klein meetapparaat, een Janitza-meter, in het trafohuis geplaatst werd. Op het moment dat ons stroomverbruik bijvoorbeeld door de inzet van de warmtepompen te hoog werd, konden we ons stroomverbruik met 50% reduceren voor dat stukje. Het drogen van de uien was regelbaar, en daarmee konden we toch de inzet van de warmtepomp garanderen, terwijl ons stroomverbruik niet toenam. Dit alles moet je slim sturen. Nou, dat slimme EMS-systeem heeft geregeld dat we, op het moment dat de stroom te veel is, dat in de accu stoppen. Dus we hebben nu een accu aangeschaft, een hele grote zeecontainer van twee megawattuur, om de pieken op te kunnen vangen en die later op de dag weer te gebruiken, om vervolgens te consumeren. Inmiddels hebben we een stap gemaakt om de windmolen bij de buurman te koppelen aan onze trafo. Dus we hadden zon, we hebben nu wind. Dit alles noemen we een soort smart local grid. We hebben alles aan elkaar gekoppeld en alles op de dimmer dan stuurbaar gemaakt. En dat is ook wel nodig, want anders krijg je allemaal losse componenten. Door het allemaal goed te harmoniseren en te vangen in één systeem, is daar een smart local grid ontstaan. En dat doet natuurlijk hele mooie dingen. Het mooie wat we hier aan het doen zijn, is niet alleen de passie voor de ui, maar ook ondernemen pur sang. Wij noemen onszelf wel eens de pioniers 2.0. Samen dingen proberen en dat bundelen met een gezonde dosis ondernemerschap. Risico's durven nemen. Op het gebied van duurzaamheid bijvoorbeeld is het denk ik een heel mooi voorbeeld van wat we hier aan het doen zijn.
In de video's hieronder vertellen Jeroen Boot van Vreugdenhill en Remco Reinstra van Wienerberger over hun ervaringen met warmtepompen. Welke voordelen van warmtepompen hebben zij ervaren voor hun productieprocessen?
ATB413EZK - WARMTEPOMPEN Vreugdenhill_V1.mp4
Het zit soms zelfs in chips,
chocolade in gewoon koffiemelk.
Je kunt het zo gek niet verzinnen
of het zit wel ergens in.
Vreugdenhil is een bedrijf dat
melk verwerkt tot poeders.
Melk bestaat ongeveer uit
85 tot 90% uit water.
Als je poeder wil maken,
dan wil je dat eruit halen.
Dus om dat water eruit te halen,
hebben we heel veel warmte nodig.
En dus dat is een heel intensief energieproces.
We hebben nu een stukje van het
proces aangepakt.
Het pasteuriseren van de melk, en daar
hebben we nu een warmtepomp voor ingezet
die dan de warmte maakt
voor het pasteurisatieproces.
Dus daarmee hebben we geen gas
meer nodig vanuit de stoomketels,
En hebben we dus daardoor ons gasverbruik verlaagd.
We zijn bezig als vleugel met verduurzamen
en een leverancier waar wij veel contact mee hebben,
die onder andere deze fabriek heeft gebouwd.
Die kwam met het voorstel om een warmtepomp in te zetten.
Met alleen een warmtepomp ben je er niet.
Dus je hebt nog meer nodig.
Je hebt dus een kabel nodig,
je hebt leidingwerk nodig,
allerlei warmtewisselaars.
Dus we hebben hele installatie
rondom de warmtepomp nodig.
Dat is best wel een investering.
We hebben voor dit project ongeveer 1,5 miljoen euro
moeten investeren om het proces te veranderen.
Om te verduurzamen.
We hebben gekeken,
nou is dit project subsidiabel?
Nou, daarbij kwamen we uit op de
VEKI-subsidie en EIA-subsidie.
En daarbij kon de overheid ons mee helpen.
Dus daar zijn we natuurlijk ook zeer blij mee,
Want het maakt het project een stuk
makkelijker om uit te voeren financieel.
Netcongestie was voor dit project geen issue.
Nou goed, natuurlijk hebben we zonnepanelen.
We hebben nu ook de warmtepomp.
Maar we zien in de toekomst,
wat we verder willen verduurzamen,
daar zien we wel een probleem komen en ja
dan hebben we wel last van die netcongestie.
Als we meer warmtepompen willen,
we willen een E-boiler,
dan hebben we toch echt een probleem.
Dan zijn we afhankelijk van de
overheid of van een nieuwe kabel.
We hebben destijds een hele hoge gasprijs gehad,
ja dan zou je het heel snel terugverdienen.
En nu is de gasprijs wat stabieler,
dus dan is de terugverdientijd weer
terug naar normaal, nog steeds acceptabel.
Uiteindelijk doe je het niet
alleen voor de terugverdientijd.
Je doet het ook voor een betere
toekomst en een beter milieu.
We hebben nu een warmtepomp ingezet die de warmte maakt voor het pasteurisatieproces. Daarmee hebben we geen gas meer nodig vanuit de stoomketels, en hebben we dus daardoor ons gasverbruik verlaagd.
De basisreden voor het toepassen van een warmtepomp is voor ons om warmte terug te winnen. Vervolgens hergebruiken wij deze warmte in het proces waardoor we uiteindelijk tot een enorme energieverbetering komen. We vinden het heel belangrijk om te verduurzamen.
Welkom bij Wienerberger. We zijn een bedrijf dat keramische producten maakt. En dat doen we in 27 landen, zo'n beetje wereldwijd. We maken daar straatstenen, dakpannen en gevelstenen. En de basis van het proces is dat je van klei een gebakken product maakt. En dan doe je in verschillende productie stappen. De stenen worden geperst in een pers. Vervolgens is de volgende stap eigenlijk het vocht verdrijven uit de producten. Dat doe je in een droge rij. Waarna uiteindelijk de producten in een oven afgebakken worden. Zo rond de duizend graden. Grofweg 50% van de energie die verbruikt wordt, dat verbruiken wij om het vocht in de droge rij uit de producten te verdrijven. Om dat ook op een lagere temperatuur plaatsvindt, is eigenlijk ook het meest geschikt om warmte terug te winnen. En dat is ook de reden waarom wij die stap nu hier in deze fabriek met een warmtepomp uitvoeren. Een groot deel van de warmte ging verloren via de schoorsteen naar buiten. Aan de basis eigenlijk van het toepassen van een warmtepomp in het systeem is eigenlijk het terugwinnen van die warmte en die te hergebruiken in het proces om uiteindelijk tot een enorme energie verbetering te komen. We willen heel graag verduurzamen. De complexiteit die dat met zich meebrengt, dat uit zich in verschillende vormen. Je wilt minder energieverbruik door het gasverbruik terug te dringen, maar je elektriciteitsverbruik neemt bijvoorbeeld toe bij het toepassen van een warmtepomp. Daarmee is de uitdaging ook groot om het echt gewoon goed in bedrijf te krijgen. En wat het complex maakt is dat wij vaak oude technologie, oude techniek hebben waarin je toch compleet nieuwe technologie gaat introduceren. Een uitdaging voor ons als bedrijf is ook wel in termen van het financieren van dit soort investeringen, omdat daar waar je energie gaat winnen op het gasverbruik, maar energie gaat verliezen op elektriciteitstoename. Betekent dat ook dat het niet zomaar plug and play is dat je in een warmtepomp koopt in een bestaande configuratie. Waar wij ook al aanzienlijke extra middelen nodig hebben om uiteindelijk ook de randvoorwaarden te kunnen creëren om het ook tot een goede businesscase uiteindelijk te krijgen. En dat is in feite natuurlijk ontzettend fijn dat de overheid in die zin wel bijspringt om qua subsidies om dit wel tot stand te kunnen brengen. Wat we binnen Wienerberger als totaal concern al eigenlijk aan het doen zijn, is echt andere technologieën toepassen. Zo hebben wij onder andere onze eerste volledig CO2-neutrale fabrieken gebouwd waarin elektrische ovens worden toegepast. En wat we in Nederland verder nog van plan zijn is tussen nu en de komende jaren eigenlijk, alle fabrieken net zoals hier uitvoeren met warmtepomp systemen met daaraan gekoppeld wel een aantal verbeteringen die we doorvoeren in de ovens om uiteindelijk zo het energieverbruik verder naar beneden te kunnen brengen.
Soorten
Voor het omhoog transformeren van restwarmte zijn drie typen warmtepompen geschikt: compressiewarmtepompen (inclusief de thermo-akoestische variant), chemische warmtepompen en systemen voor damprecompressie. De compressiewarmtepomp en de systemen voor damprecompressie gebruiken elektriciteit als energie om de restwarmte naar een hogere temperatuur te brengen. Chemische warmtepompen werken met reversibele chemische/fysische reacties op twee temperatuurniveaus. Deze pompen hebben vaak weinig extra elektriciteit nodig. Ze maken vooral gebruik van de beschikbare (rest)warmte.
Hoe kiest u de juiste pomp?
Overweegt u een warmtepomp, breng dan eerst goed het warmtegebruik in uw bedrijf in kaart en analyseer dit. Zo krijgt u inzicht in de juiste toepassing van pompen voor uw situatie.
- Verzamel data over bijvoorbeeld de temperatuurniveaus, vermogens en bedrijfstijden. Neem daarin ook toekomstige ontwikkelingen mee.
- Benoem en prioriteer in overleg met experts op dit vlak de opties.
- Kijk naar de technische haalbaarheid en veiligheid van de opties.
- Weeg de investering, onderhoud en de energiebesparing. En denk daarbij ook aan productkwaliteit, bedrijfszekerheid en klanttevredenheid.
- Kijk naar de impact op het milieu.
- Ga na of de huidige processen niet op een lagere temperatuur of met minder warmtetoevoer zijn uit te voeren.
Technieken
Compressiewarmtepompen tot temperaturen net onder de 100oC zijn goed verkrijgbaar. Ze gebruiken €150 tot €250 per kilowatt. Boven dit temperatuurniveau is toepassing van een compressiewarmtepomp mogelijk voor bijvoorbeeld de productie van lagedrukstoom. Dit gebeurt alleen nog niet vaak.
Met de thermo-akoestische warmtepomp zijn op termijn naar verwachting temperaturen van 180oC te bereiken. Deze pomp zit nu nog in de demonstratiefase.
Enkele typen chemische warmtepompen bevinden zich in een vergevorderde demonstratiefase (160oC /1 MW thermisch). Hier zijn temperaturen boven de 200oC mogelijk. Om hogere temperaturen te bereiken zijn (rest)warmtebronnen van 100oC of hoger nodig.
Damprecompressie is een bewezen technologie en is in een breed temperatuurbereik en vermogen inzetbaar.
Warmtepompen hebben een direct energiebesparingseffect doordat ze het aardgasgebruik verminderen of volledig verdringen. Daarnaast biedt de elektrificatie van de warmte (power to heat) de mogelijkheid om langs de elektrische kant verder te verduurzamen.
Restwarmte
Restwarmte blijft over bij industriële productieprocessen. In Nederland komt elk jaar ongeveer 125 PJ aan restwarmte met een hogere temperatuur dan 100˚C vrij. Meestal is deze restwarmte ook nog eens te gebruiken voor een langere periode. Hierdoor is het interessant om te kijken naar mogelijkheden om de restwarmte, binnen of buiten het eigen productielocatie, te hergebruiken. Dit bespaart kosten en het verduurzaamt energiegebruik. Door restwarmte efficiënt te gebruiken, draagt u bij aan een duurzamere toekomst.
U benut restwarmte op 2 manieren:
- Intern hergebruik: sommige restwarmte is binnen het bedrijf opnieuw in te zetten. Bijvoorbeeld door inzet van industriële warmtepompen is de restwarmte op een hogere temperatuur te brengen zodat het te gebruiken is in het productieproces.
- Externe toepassing: restwarmte is via warmtenetten te gebruiken om woningen, kantoren of glastuinbouwkassen te verwarmen.
Restwarmteverspilling voorkomen
Wilt u restwarmte intern hergebruiken? Stel uzelf dan eerst kritische vragen over uw eigen warmtesysteem, zoals:
- Wat zijn de warmte-vragende productieprocessen binnen uw bedrijf?
- In welke hoeveelheid, vorm en temperatuur?
- Is deze warmtevraag te reduceren?
- Zijn sommige processen met een lagere temperatuur uit te voeren?
Voorbeelden van restwarmtegebruik (h3)
- Restwarmte uit datacenters is nuttig in te zetten voor andere toepassingen in de directe omgeving.
- Warmte van koelinstallaties. U leest op website van Kwa (bedrijfsadviseurs) meer over de warmtevraag en het warmteaanbod van verschillende bedrijven. Net als praktijkvoorbeelden van energiezuinige systemen en duurzame koeltechnieken.
- Warmterotonde Zuid-Holland: een grootschalig project waarbij restwarmte wordt gebruikt voor de verwarming van gebouwen. Lees meer op de website van het COB.
Inzicht in warmtestromen
Het aantal initiatieven om restwarmte uit te wisselen neemt toe. Dit komt ook doordat er meer aandacht is voor andere keuzes dan aardgas. U leest meer over de beschikbaarheid van restwarmte op bijvoorbeeld Warmteatlas.nl.
Publicaties
- Ministerie van Klimaat en Groene Groei
