Thermische opslag als oplossing voor overbelasting van het industriële elektriciteitsnet

“Energieopslag is voor de industrie niet langer een ‘nice to have’ – het is de oplossing voor overbelasting van het elektriciteitsnet.” James Macnaghten, CEO van Caldera, legt uit welke opslagtechnologieën het meest geschikt zijn voor industriële toepassingen, en waarom de manier waarop ze worden geïntegreerd van belang is. Het in het Verenigd Koninkrijk gevestigde bedrijf produceert elektrische opslagketels voor proceswarmwater en stoom tot 16 bar. Dit voldoet aan het grootste deel van de vraag naar proceswarmte in voedingsmiddelen-, dranken-, brouw-, distilleer- en farmaceutische fabrieken.

"Wanneer een exploitant probeert te elektrificeren door simpelweg de gasketel te vervangen door een elektrische boiler, stuit hij op twee barrières. De eerste is dat de piekvraag naar elektriciteit verdubbelt of verdrievoudigt, vaak tot boven de limieten van hun netaansluiting – en het kan tegenwoordig jaren duren om een aansluiting te laten upgraden. Dit is een probleem in heel Europa, maar de productielocatie waarmee we in Nederland gesprekken voeren, zeggen dat het bijna onmogelijk is om hun aansluitcapaciteit te vergroten.”

“De tweede hindernis is dat locaties onderhevig zijn aan schommelingen in de elektriciteitsprijs. Warmteopslag lost beide problemen op. Het stelt je in staat om energie op te slaan wanneer elektriciteit goedkoop is, of wanneer lokaal zonne- of windenergie wordt opgewekt. De opgeslagen warmte kun je weer vrijgeven als stoom of heet water wanneer de productie dit nodig heeft.”

Welke opslagtechnologie?

"Voor locaties die grote hoeveelheden warmte nodig hebben, is thermische opslag bijna altijd voordeliger dan batterijen. Op industriële stoomschaal is een opstelling met batterijen en een e-boiler vele malen duurder dan een speciale thermische opslaginstallatie. De juiste manier om thermische energie op te slaan is in de vorm van thermische energie”, aldus Macnaghten.

"Binnen thermische opslag worden de geloofwaardige opties voor proceswarmte van 80 tot 200 °C al snel beperkt. Onder druk staand water raakt boven 120 °C zijn speelruimte kwijt — de staalkosten en de voetafdruk nemen snel toe. Gesmolten zout is ontworpen voor thermische zonne-energietoepassingen bij zeer hoge temperaturen, veel heter dan voedsel- en farmaceutische processen nodig hebben, met bevriezingsrisico en parasitaire verwarmingsbelastingen. Faseveranderingsmaterialen zijn veelbelovend wat betreft energiedichtheid bij één temperatuur, maar de cyclische stabiliteit en de kosten zijn op industriële schaal nog niet op peil. Dan blijft opslag met een vaste media over: vuurvast gesteente, keramiek of composietmaterialen die worden verwarmd door weerstandselementen. Dit zijn goedkope, overvloedige en duurzame materialen. De laadstatus is eenvoudig te begrijpen. Voor de meeste industriële proceswarmte is dat het juiste hulpmiddel."

Architectuur gaat boven componenten

"Het kiezen van het juiste opslagmateriaal is slechts het halve werk. De architectuur van het systeem is cruciaal, en dat is waar de meeste projecten commercieel slagen of vastlopen. Veel voorstellen voor thermische opslag die momenteel op tafel liggen, bestaan uit een elektrische boiler die aan een apart opslagvat is vastgeschroefd. De integratie gebeurt op maat, en het project is afhankelijk van engineering ter plaatse in plaats van assemblage in de fabriek.

Onze aanpak is anders. De weerstandselementen zitten direct in het opslagmedium, een eenvoudig maar gepatenteerd composiet van gesteente en gerecycled aluminium. Behandeld water stroomt er op verzoek doorheen en komt eruit als stoom. Wat ter plaatse wordt geleverd, is een klein aantal vooraf geassembleerde modules: opslagcellen, een stroom- en bedieningspaneel, een transformator indien de spanning ter plaatse dit vereist, en een waterbehandelingsmodule. Het werk ter plaatse bestaat uit aansluitingen, niet uit integratie. De benodigde ruimte is aanzienlijk kleiner, de investeringskosten zijn lager, de laadefficiëntie is hoger en operationeel is het eenvoudiger."

Infograpic van de werking                                   De grootte van de Heat Cell in verhouding met persoon

De Nederlandse businesscase

"Bij de Nederlandse locaties die we modelleren voor de SDE++-ronde van 2026, zien we dat een terugverdientijd van minder dan vijf jaar haalbaar is. Dit zijn bedrijven die al andere manieren hadden onderzocht om het gebruik van gasketels te verminderen, maar geen oplossing hadden gevonden die de moeite waard was om in te investeren. Een drankenbedrijf waarmee we samenwerken ligt op koers om een terugverdientijd van 3,5 jaar te realiseren. Met de juiste afstemming levert de opslag ook geld op via netbalanceringsdiensten. De aanvraagperiode voor SDE++ sluit op 22 oktober, met vier jaar om het project in gebruik te nemen zodra de subsidie is toegekend. Ik zou elke Nederlandse locatie die geïnteresseerd is in het elektrificeren van verwarming aanraden om nu al te beginnen met de voorbereidingen voor hun SDE++-aanvraag.”