Elektrificatie stoomproductie: een elektrische boiler of hoge temperatuur warmtepomp?

Foto: TNO

Industriële bedrijven hebben vaak stoom nodig voor hun productieprocessen. Op dit moment wordt voornamelijk gebruik gemaakt van gasgestookte boilers of warmtekrachtcentrales. Deze stoten CO₂ en NO_x uit. Duurzamere alternatieven zijn onder meer gasketels die worden omgebouwd naar hybride ketels met elektrische elementen, volledige elektrische boilers of hoge temperatuur warmtepompen. Wat zijn de voor- en nadelen van deze systemen?

“Een tijdje geleden is onderzocht of het haalbaar is om industriële gasketels om te bouwen naar hybride ketels met elektrische elementen. Uit het onderzoek kwam naar voren dat ketels met een thermisch vermogen < 5 MW vooralsnog te klein zijn om er een elektrisch element in te plaatsen. Ketels met een vermogen van 5 - 20 MW zijn potentieel te retrofitten. Er kan tot 10% van het thermische vermogen worden geëlektrificeerd. Bij ketels met een groter vermogen (> 20 MW) neemt dit percentage af, waardoor ze minder interessant worden voor deze optie. Dit komt omdat de beschikbare elektrische elementen tot een bepaalde maximale lengte kunnen worden toegepast. Voor gasgestookte vlampijpketels met een thermisch vermogen van 5-20 MW is het retrofit concept technisch haalbaar”, zegt Robert de Boer, onderzoeker bij TNO met betrekking tot Sustainable Industrial Heating Systems oftewel duurzame verwarming voor de industrie. 

Verduurzamen industriële warmtehuishouding | TNO

Retrofit
“Onder bepaalde randvoorwaarden leidt het retrofitten van een bestaande gasketel tot een haalbare business case, maar dan moet alles wel de goede kant op vallen. Een belangrijk aandachtspunt in de uitvoering ervan zijn de druklichamen in de gasketels. Wil je hier wijzigingen aanbrengen, dan moet je diverse richtlijnen volgen en voldoen aan additionele keuringen wat leidt tot extra kosten. Dat is vaak een barrière waar bedrijven moeilijk overheen komen.”

Nieuwe elektrische boiler
Toch kan een elektrische boiler voor bedrijven een interessante optie zijn. “Bij sommige bedrijven is er niet één maar zijn er meerdere boilers aanwezig. In die situatie is het eenvoudiger om een van de boilers niet te retrofitten, maar in zijn geheel te vervangen door een elektrische variant. Er zijn geen ingrepen nodig in de bestaande systemen terwijl de toevoeging van een extra elektrische boiler zorgt voor een hybride systeem én een back-up. Voorwaarde is dat er wel voldoende ruimte beschikbaar is.”

Bedrijven waarbij de continuïteit belangrijk is, maken doorgaans gebruik van een back-up. “Deze bedrijven zouden - wanneer een van de systemen aan vervanging toe is – kunnen overwegen om er een elektrische back-up van te maken.”

De elektrische boiler is marktrijp, maar wordt in Nederland nog niet vaak toegepast. “Dat heeft wellicht te maken met de energietarieven. Met elektriciteit stoom produceren is vooralsnog duurder dan met behulp van gas, maar door veranderingen in het energiesysteem en de prijsfluctuaties zullen de periodes dat elektriciteit goedkoper wordt dan gas toenemen. Met een hybride systeem kun je –afhankelijk van het prijsniveau – hierop inspelen.”

Hoge temperatuur warmtepomp
Nog een duurzaam alternatief is de hoge temperatuur(HT)-warmtepomp. “Warmtepomptechnologie bestaat al heel lang, denk aan het  groeiende aantal  warmtepompen in de gebouwde omgeving. Bij industriële warmtepompen speelt het temperatuurniveau een belangrijke rol. Voor industriële processen waarbij temperaturen tot 100 graden nodig zijn, zijn warmtepompen commercieel beschikbaar.  HT-warmtepompen zijn veel energie-efficiënter dan elektrische boilers aangezien ze een hoge COP (coefficient of Performance) hebben en gegenereerde restwarmte kan worden opgewaardeerd. Bedrijven kunnen hun warmte recyclen wat leidt tot aanzienlijke besparingen in operationele kosten.”

Hogere temperaturen
Industriële warmtepompen zijn commercieel verkrijgbaar en worden ook al regelmatig toegepast in onder meer wasserijen en de voedingsmiddelenindustrie. Maar de papier- en chemische industrie hebben vaak hogere temperaturen nodig. “Op dit moment doet ons team, samen met eindgebruikers en toeleveranciers veel onderzoek naar de (verdere) ontwikkeling van warmtepompen met hogere temperaturen. Dat is een belangrijk ontwikkeltraject waar we al jaren aan werken, waarover ik tijdens de afgelopen Industrial Heat en Power een presentatie heb gegeven.  We verwachten dat temperaturen tot 150 graden of zelfs hoger, boven de 200 graden mogelijk zijn. Daar hebben we nu veel aandacht voor, in zowel nationale consortia als internationale projecten met onder andere Duitsland en Scandinavische landen.”

Nieuwe generatie warmtepompen met industrie ontwikkeld | TNO

Advies  / tips voor industrie?
Welke oplossing voor verduurzaming van de warmtehuishouding het meest geschikt is, is sterk afhankelijk van de industrie en de productieprocessen. “Belangrijk is daarom om als bedrijf niet alleen naar het onderdeel te kijken dat je wilt elektrificeren, maar ook het geheel in ogenschouw te nemen. Efficiency is een belangrijke factor die soms bij directe elektrificatie naar de achtergrond verdwijnt. Energie die wordt bespaard, hoeft ook niet te worden ingekocht. Daarnaast zul je de langetermijnvisie en -plannen moeten meenemen in je beslissingstraject. Stel dat je volgend jaar in een elektrische boiler investeert en later blijkt dat je met een aantal wijzigingen ook een HT-warmtepomp had kunnen inzetten, dan is de investering al gedaan en ben je mogelijk niet meer in staat om een andere weg in te slaan. Kijk daarom altijd naar de impact van de elektrificatie van een deel op het grotere geheel.”