Februari 2017
Energiebesparing industrie komt op stoom
De Nederlandse maakindustrie wil fors inzetten op hergebruik van warmte. Dit moet onder andere gebeuren met ht-warmtepompen. Een pilot bij Smurfit Kappa Papier in Roermond met een door IBK Koudetechniek/Bronswerk ontwikkelde ht-warmtepomp wees uit dat een stoomtemperatuur van 130 °C mogelijk is. IBK gaat nu aantonen dat ook 165 °C is te bereiken en daarmee kan de industrie grote stappen zetten wat betreft energiebesparing. Met de ht-warmtepomp kan de maakindustrie het energiegebruik halveren.
In de industrie zijn warmtepompen nog niet op grote schaal aanwezig. Dat heeft een reden. De terugverdientijd van de investeringen is in deze sector veel belangrijker dan in de utiliteit. Productieprocessen veranderen snel; terugverdientijden van zeven of acht jaar zijn in de industrie gewoon niet aantrekkelijk genoeg. De testopstelling van de ht-warmtepomp die bij de papierfabriek van Smurfit Kappa in Roermond tot voor kort in bedrijf was, luidt mogelijk een kentering in.
Waar warmtepompen normaal niet boven de 100 ˚C uitkomen, kan de warmtepomp van IBK Koudetechniek/Bronswerk een temperatuur halen van minstens 115 ˚C. Dat is hoog genoeg voor het maken van lagedrukstoom. Zo lukte het bij Smurfit Kappa om warmte, die anders na het drogen van papier onbenut bleef, opnieuw in te zetten. De warmtepomp draaide op de kleinste productielijn, een lijn die als enige nog met lagedrukstoom kon produceren.
De warmtepomp is inmiddels ontmanteld. 'Niet omdat we ontevreden waren – in tegendeel – maar het was een pilot en die zijn nu eenmaal eindig', vertelt Wim Janssen van Smurfit Kappa. 'Bovendien hebben we mede dankzij deze test ontdekt dat we door het verleggen van de warmtestromen in de fabriek al veel winst konden behalen. Op één plaats hielden we lagedrukstoom over en op een andere plaats kwamen we dat tekort. Dat hebben we omgegooid. Dus er was ook geen behoefte om de opstelling met een relatief kleine capaciteit van 200 kW in bedrijf te houden.'
|
Werkingsprincipe stoomproducerende warmtepomp
Bij de warmtepomp van IBK Koudetechniek zuigt de compressor het gasvormige werkmedium van ongeveer 60 ˚C aan en drukt dit samen, waarbij de druk en temperatuur oplopen tot respectievelijk zo’n 12 bar(g) (overdruk) en 140 ˚C. Vervolgens geeft het werkmedium zijn warmte in een warmtewisselaar af aan water, waarbij het gas condenseert en zijn condensatiewarmte afgeeft. Het hete water dat onder druk staat, wordt gebruikt om stoom te maken. In een andere warmtewisselaar neemt het werkmedium weer warmte bij lage temperatuur op en verdampt. Daarna komt het gas in de compressor terecht en herhaalt het proces zich.
|
Niet genoeg
Voor Smurfit Kappa moet de warmtepomp de temperatuur nog verder omhoog zien te krijgen voordat de onderneming ook daadwerkelijk in de nieuwe techniek investeert. 'IBK Koudetechniek en ECN kijken daarom op dit moment of het mogelijk is in twee trappen op het gewenste hogere temperatuurniveau te komen. Onze normale papierproductie heeft behoorlijk hoge druk nodig. Alle systemen die bij ons op lagedrukstoom draaien, proberen we nu te bedienen met restwarmte. Dat is nog altijd voordeliger dan een warmtepomp. Maar de papierproductie zelf vraagt middendrukstoom. Dan hebben we het over 7,5 bar. Dat hoeft de warmtepomp nog niet helemaal te bereiken, maar als we op 4 bar uit komen zouden we daarna met een thermocompressor wellicht nog verder omhoog kunnen. We zaten in de test continu op 1,5 bar en hebben maximaal 2,5 gehaald.'
De beslissing van het moederbedrijf Smurfit Kappa om te investeren in een ht-warmtepomp die dan een vermogen zou moeten hebben van 2,5 MW is mede afhankelijk van de resultaten van de tweede proef die binnenkort van start gaat bij ECN. Mogelijk komt zo’n grote warmtepompinstallatie dan niet in Roermond, maar in een of meer van de ruim dertig fabrieken die Smurfit Kappa in Europa heeft.
'Met de warmtepomp die in Roermond heeft gedraaid, hebben wij 130 °C stoom weten te bereiken,' vertelt Jan-Willem Voshol van IBK Koudetechniek. ' De meeste processen in de maakindustrie hebben een hogere temperatuur nodig. We hebben de warmtepomp daarom deels ontmanteld. Die 130 °C hebben we met butaan bereikt. We weten inmiddels dat we met pentaan een temperatuur van 165 °C kunnen bereiken. Met de warmtepomp die we samen met ECN gaan testen en die dus deels afkomstig is van de fabriek van Smurfit Kappa, gaan we het bewijs leveren.'
Thermo-akoestische warmtepomp
Voor vooral de voedselverwerkende industrie zou de ht-warmtepomp een forse energiebesparing kunnen opleveren. Voor andere industrietakken is dat nog niet het geval. Chemiebedrijven bijvoorbeeld werken meestal met temperaturen die in de richting van 200 ˚C of hoger gaan. Die zullen nog even geduld moeten hebben tot de thermo-akoestische warmtepomp op de markt komt. ECN heeft zich op deze ontwikkeling gestort en onderzoekt twee varianten. De eerste variant gebruikt hogetemperatuurverbranding van gas om een akoestische golf op te wekken. De akoestische energie wordt gebruikt om warmte op te pompen in een akoestische warmtepomp. De tweede variant draait op elektriciteit in plaats van gas. Hierbij wordt een lineaire motor (een soort luidspreker) toegepast om een akoestische golf te produceren. De warmtepompwerking is verder het zelfde als bij de eerste variant. Hiermee komen mogelijk nóg grotere besparingen en meer toepassingen in beeld. Het duurt echter nog zeker drie jaar voordat die techniek rijp is voor de markt.
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: Hans Franz