whitepaper v rende w rmte

Vergelijkbare documenten
Ontwikkelingen op het gebied van Warmteopslag

2014 GreenPort NHN, All rights reserved. Hier wordt geïnvesteerd in uw toekomst. Dit project is mede

HOGE TEMPERATUUR OPSLAG VAN WARMTE IN DE ONDERGROND ONDERZOEK EN DEMONSTRATIE

De warmtemarkt van morgen: rol van gas, elektriciteit en warmtedistributie bij verwarming van woningen.

Warmte: transitiepad naar een CO2 neutrale wijk

NEW BUSINESS. Guy Konings

Duurzame warmtenetten

WARMTE IS HOT VISIE, KANSEN EN ONTWIKKELING. Sjaak Verburg Pipeliner terugkomdag, 18 november 2015

Programma: uur: aftrap door Martin de Wolf (raadscommissielid GL) uur: Tony Schoen, energie-adviseur Ovalen Tafel, spreekt over de

LOCOSTO. Low Cost Storage of Heat. ECN-E juni 2017

Mest: de melkkoe voor de productie van grondstoffen. A. Visser Maart 2015

Bio-energiecentrales Eindhoven

ENERGIE-INFRASTRUCTUUR IN HET ROTTERDAMSE HAVENGEBIED. Maart 2019

verwarming De meerwaarde van (hogetemperatuur)warmteopslag voor warmtenetten

Phase Change Materials

en uitdagingen voor de toekomst Pieter Boot, maart 2018

Workshop stoomrecompressie

Wat vraagt de energietransitie in Nederland?

PCM oplossing voor de woningbouw

H-vision Blauwe waterstof voor een groene toekomst Alice Krekt, programmadirecteur Deltalinqs Cimate Program

Open en slim energienet Zaanstad Let s Go!

Twence: Transitie naar Euregionaal producent van duurzame energie en grondstoffen

Samenvatting NaSk 1 Hoofdstuk 5

Geothermie als Energiebron

De energietransitie in internationaal perspectief Dr. Ir. Martien Visser, lector energietransitie, Hanzehogeschool Groningen.

Power to products. 11 oktober 2017 Egbert Klop

ECN TNO activiteiten systeemintegratie

Energie in overvloed. Over zon, eend, energie, warmteopslag, massa, innovatie en de realiteit. Ing. Walter van Kampen

H2ECOb/Blm HOE KAN DE ENERGIETRANSITIE WORDEN GEREALISEERD? Probleemstelling

Beleid dat warmte uitstraalt. Van warmteopties voor klimaatverbetering naar klimaatverbetering voor warmteopties

Wat verstaan we onder warmtehuishouding? Jo Cox Sponsor P2

Groep 8 - Les 3 Restproducten

Waterstof, het nieuwe gas. Klimaatneutraal is de toekomst Frans Rooijers directeur CE Delft

Duurzame warmte gaat ondergronds

Waterstofmobiliteit: status en uitdagingen

Duurzame Energieinfrastructuur en Gebiedsontwikkeling

CELSIUS* *Combined Efficient Large Scale Integrated Urban Systems. Roland van Rooyen Oubbol Oung Astrid Madsen

Provinciaal klimaat- en energiebeleid: doelen, emissies, maatregelen. Robert Koelemeijer - PBL

ENERGIE & Wat Is het?

Kosten en baten van warmtenetten. Presentatie op seminar De toekomst van warmte Jeroen Roos, 30 januari 2016

Power to gas onderdeel van de energietransitie

Klimaatneutrale gemeenten. Frans Rooijers - directeur CE Delft

De opkomst van all-electric woningen

Symposium De Groene Delta van Nijmegen. Dag van de duurzaamheid 10 oktober 2014

Haags Warmtebedrijf Tussenrapportage 12 maart 2014

WELKOM BIJ PORT OF ROTTERDAM! Remco Neumann en Ankie Janssen 19 April 2018

Zonder Energieopslag geen Energietransitie. Teun Bokhoven Duurzame Energie Koepel WKO-Manifestatie / 30 Oktober 2013

RENOVEREN MET FASEOVERGANGSMATERIAAL

Uitbreiding Multatulilaan Culemborg

Duurzame biomassa. Een goede stap op weg naar een groene toekomst.

Bio-Energie voor bedrijven en woningen

Pelletketel CV. Ruimteverwarming. Warmtapwater

Ik ben als bestuurder in deze provincie bijzonder geïnteresseerd in de kansen van nieuwe energie voor onze kenniseconomie.

Planning 2019 tot 2022

Producent van duurzame Energie in Twente

Regio Stedendriehoek

GroenGas InOpwerking. Kleinschalige biogasopwaardering met Bio-Up. Rene Cornelissen (CCS) 11 maart 2015

Wordt (diepe) geothermie de nieuwe energiebron voor datacenters? Strukton Worksphere Raymond van den Tempel

Duurzame. warmte in uw bedrijf. Tot maar liefst 75% minder CO 2 -uitstoot vergeleken met warmte uit gas. Warmte van HVC comfortabel en duurzaam

Bio energiecentrales Eindhoven

Presentatie Warmteproductie met snoeihout. 3 November 2011 Doen! Ervaring en tips uit de praktijk Ben Reuvekamp HeatPlus

Waterstofmobiliteit: status en uitdagingen

Homelab 2050, serie 4: Optimaal gebruik van beschikbare energiebronnen

Productie van hernieuwbare energie in de woning/wijk

Technieken en financiering van de aardgasvrijoplossingen

Rotie: Cleaning & Services Amsterdam: Tankstorage Amsterdam: Orgaworld: Biodiesel Amsterdam:

Toekomst Noordersluis als BE-Spaar-sluis

De kosten van de energietransitie, en: kansen voor de gasindustrie. Martien Visser Lector Energietransitie & Netwerken. Hanzehogeschool Groningen

LT-warmtenet. Ruimteverwarming. Warmtapwater

Brandstofcel in Woning- en Utiliteitsbouw

Geothermie in de gebouwde omgeving

Industriële elektrificatie

Biomassa. Pilaar in de energietransitie. Uitgangspunt voor de biobased economie

Statenvoorstel. Overdracht provinciale aandelen Warmtebedrijf Infra N.V. aan een nieuw op te richten Warmtebedrijf Holding B.V.

ARN, uw duurzame innovatieve partner!

Restwarmtebenutting in de vleesverwerkende industrie. Case. A.(Fons)M.G. Pennartz Ir. Manager team Energie KWA Bedrijfsadviseurs B.V.

Aandeelhoudende gemeenten van Cogas willen

Mogelijke rol van Warmterotonde in Zuid-Holland

Compact Plus biogasinstallatie, Lierop, 600 kw

Energietransitie Glastuinbouw en warmte

Restwarmtebenutting middels mobiele warmte

Zonne-energie in Nederland. Presentatie Landbouwers Gemeente Zijpe

Duurzame warmte voor de glastuinbouw

Deel 3: de Productie(-installatie) MONITOR

Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders

Hoge Temperatuur Opslag (HTO) Workshop Kopper Cress 4 juni 2019

Duurzame energie. Warmte- en koudelevering door Cogas.

waterstof waarmee de elektromotor van de auto wordt aangedreven - auto's voorzien van een brandstofcel die elektrische energie produceert uit

Toekomstbestendig, innovatief warmtenet in Amsterdam Zuidoost. Caryl Jonis (programmamanager BU Heat NL) 10 oktober 2018

MWKK met gasturbine. Zwembadverwarming + elektriciteit met MWKK Coiffeusewaswater + elektriciteit met MWKK

NAAR EEN GROENE WATERSTOFECONOMIE IN ZUID-HOLLAND EEN VISIE VOOR 2030

Lesbrief. aardrijkskunde DUURZAAM PRODUCEREN OPDRACHT 1 - DUURZAAMHEID

Project Installatietechniek Onderzoeksrapport

Onderwerp: Routekaart Verduurzaming Stadswarmte Utrecht en Nieuwegein

Mono vergisting in Wijnjewoude?!

Duurzame elektriciteit in het EcoNexis huis

1 van :03

SLIM VAN HET GAS AF MET LAGE TEMPERATUUR WARMTE IN DE BESTAANDE BOUW

Transcriptie:

whitepaper v rende w rmte

inhoud 1. Inleiding 2. Status quo energietransport 4. Het idee: varende warmte 4.1 Het hoe van varende warmte 4.2 PCM s: zout, suikeralcoholen en vet 4.3 Warmtewisselaar 4.4 Transportmodaliteit 4.5 Het logistieke concept 6. Toepassingen 7. Toekomstperspectief in Nederland en daarbuiten 8. Waar staan we? 3 4 5 5 5 6 6 6 8 9 10

inleiding Zon en wind gooien hoge ogen als het gaat om duurzame energieopwekking. Een toepassing die ook resulteert in besparing van fossiele energie en reductie van CO2-emissie, is restwarmte. Er kan veel winst worden geboekt met het benutten daarvan. Restwarmte is het deel van de omgezette energie die verloren gaat in de vorm van warmte, zoals bij verbrandingsmotoren, energiecentrales en de industriële sector. Restwarmte uit industriële processen bevatten veel energie, die maar zelden wordt benut. DWA ontwikkelde een nieuw concept voor restwarmtebenutting: varende warmte. Dit concept beoogt de spelregels voor warmtetransport te veranderen, waardoor nieuwe vormen van restwarmtebenutting ontstaan. Vormen die eerder technisch en/of economisch niet haalbaar waren. In deze whitepaper wordt dit idee verder uitgewerkt. 3

status quo energietransport De status quo van (fossiel) energietransport is dat we al millennia lang hout vervoeren, en meer dan tweehonderd jaar steenkool transporteren. Voor aardolie is dit honderd jaar, en voor gas een jaar of vijftig. Transport van warmte gaat tot op heden altijd per pijpleiding, met een maximale afstand van circa vijftien kilometer. Naast een kleinschalig concept van warmtetransport in containers bestaan er nauwelijks bewezen concepten voor de combinatie van grootschalige opslag en transport van warmte. Restwarmte? In Nederland is veel restwarmte beschikbaar, vooral bij de procesindustrie zoals de chemie en de petrochemie. Waarom wordt deze restwarmte nog niet massaal benut? Omdat in veel gevallen het warmteaanbod zich op dusdanige afstand bevindt van de warmtevragers, dat uitkoppelen via een transportleidingnet economisch niet haalbaar is. Daarnaast zijn restwarmteaanbieders meestal niet bereid een langdurige overeenkomst aan te gaan of te investeren in de uitkoppeling. Ook zijn er in de opstartfase van een dergelijk project onvoldoende garanties dat er voldoende warmteafnemers gevonden kunnen worden die de investering in een transportleiding rechtvaardigen, waardoor een bancaire financiering wordt belemmerd. Voor duurzame energie en meer specifiek duurzame warmte, geldt dat ook daar de ongelijktijdigheid van vraag en aanbod uitdagingen biedt. Hier is niet de vraag van transporteerbaarheid het knelpunt, maar wel de overbrugging van de tijdsperiode tussen productie van duurzame energie en de vraag ernaar. Naarmate het opwekkingspotentieel aan duurzame energie groeit (vooral die vormen waarvan de opbrengst niet constant is, zoals zonne- en windenergie), wordt de behoefte aan opslag groter. De uitdaging voor alle overschot aan warmte is een oplossing te bedenken waarmee de fysieke en tijdsafstand op een creatieve en veilige manier wordt overbrugd en waarbij de warmte op een hoog temperatuurniveau wordt vastgehouden. 4

het idee: varende warmte Het idee van varende warmte ontstaat door het geschikt maken (opschalen) van bestaande technologie voor warmteopslag in combinatie met de voor Nederland meest kenmerkende infrastructuur: het water. Zoals het vervoer over water voor bulkgoederen de concurrent is van het transport per trein of vrachtauto, zo geldt dat ook voor warmte. De ver doorgevoerde planologie in Nederland helpt hierbij een handje. Concentraties van zware industrie met veel restwarmte, worden afgewisseld door woongebieden met stadsverwarming, veelal verbonden door groot open vaarwater. Dit zijn prima condities voor varende warmte. >> Bekijk film over de werking van varende warmte 4.1 Het hoe van varende warmte Hoe werkt het nu precies? Warmte verplaatsen? Iets wat warm is, koelt toch af? Nee, met zogenoemde faseovergangsmaterialen (Phase Change Material; PCM) die de eigenschap hebben dat ze warmte opnemen, vasthouden en weer afgeven is warmteverplaatsing mogelijk. Je kunt het vergelijken met het opladen van een accu. Je laadt het materiaal als het ware op en de warmte blijft erin zitten; dagenlang, indien nodig. Het faseovergangsmateriaal zit in goed geïsoleerde tanks, die in schepen of een duwbak gemonteerd zijn zodat ze naar de plaats van bestemming kunnen varen: een stadswijk waar warmte nodig is. Daar gebeurt het omgekeerde. De warmte wordt weer aan het PCM onttrokken, waarbij de warmte op hetzelfde niveau blijft van bijvoorbeeld 90 graden Celsius. Die warmte gaat het warmtenet in. Transport van warmte hoeft niet meer per pijpleiding en kan een grotere fysieke en tijdsafstand overbruggen dan tot op heden gebruikelijk. Industriële gebieden met restwarmte zijn vaak gelegen aan het water, vanwege de aanvoer van brandstof en grondstoffen, de afvoer van het product, en niet te vergeten de mogelijkheid om afvalwarmte op het water te lozen Hierdoor openen zich perspectieven die eerder technisch en/of economisch niet haalbaar waren. 4.2 PCM s: zout, suikeralcoholen en vet Faseovergangsmateriaal of PCM is een verzamelnaam voor onder meer zouthydraten, suikeralcoholen, vetzuren en paraffines. De meeste materialen hebben een natuurlijke oorsprong en zijn niet of weinig milieubelastend, met uitzondering van sommige zouthydraten. Een bekend voorbeeld is de faseovergang van water naar ijs. Omdat deze overgang bij O graden Celsius plaatsheeft, is ijs zeer geschikt voor koudeopslag. Bij Varende Warmte gaat het om materialen waarin er bij de overgang van de vaste fase naar de vloeistoffase (het smeltproces) veel warmte opgeslagen wordt. Tijdens het stollen treedt het omgekeerde proces op en komt de warmte weer vrij. 5

4.3 Warmtewisselaar De opslagtank met daarin de geïntegreerde warmtewisselaar is het geheim van de smid. Warmtewisselaars voor kleinere PCM-opslagsystemen, zoals met natriumacetaat zijn reeds bekend. Voor varende warmte wordt een nieuw type opslagsysteem met geïntegreerde warmtewisselaar ontworpen, dat voldoet aan de eisen van een korte laad- en ontlaadtijd, een eenvoudige constructie met lage productiekosten, en geschiktheid voor serieproductie. Daarnaast moet er een optimale samenhang zijn met het logistieke concept. Het principe is dat met een minimale investering zo veel mogelijk warmte (Gigajoules; GJ s) jaarlijks kunnen worden getransporteerd. 4.4 Transportmodaliteit De transportmodaliteit is eigenlijk het eenvoudigste onderdeel van het concept. De basis is een duwbak, waarin de opslagtanks worden gemonteerd. Het alternatief hiervan is het gebruik van motortankschepen. Hoewel deze schepen in zowel aanschaf als exploitatie duurder zijn, speelt hierbij de overweging om gebruik te maken van de bestaande overcapaciteit in de tankvaart. Met beperkte aanpassingen kunnen bestaande tankschepen geschikt gemaakt worden voor vervoer van warmte. In beide gevallen wordt het schip geladen met warmte doordat de in de tank gemonteerde warmtewisselaar doorstroomd wordt met warm water. Hierdoor smelt het PCM. Het ontladen is het omgekeerde proces, en daarbij stolt het PCM in de tank. 4.5 Het logistieke concept Laden en ontladen De opslagtank en de zich daarin bevindende warmtewisselaar is het geheim van de smid. Het PCM bevindt zich in de tank. In deze tank bevindt zich ook de warmtewisselaar. Bij het laden wordt deze doorstroomd met heet water (bijvoorbeeld restwarmte uit de industrie), waardoor het PCM smelt en de gewenste eindtemperatuur bereikt. Bij het ontladen is het proces vergelijkbaar, maar andersom. De warmtewisselaar wordt doorstroomd met kouder water (dat terugkomt uit bijvoorbeeld een stadsverwarmingsnet). Het PCM stolt en geeft daardoor de stollingswarmte af aan het water, dat daardoor de gewenste temperatuur bereikt. Uiteindelijk is al het PCM gestold en is de warmteaccu leeg. Op dat moment wordt een nieuwe warmteboot aangekoppeld of wordt de warmtelevering overgenomen door andere (tijdelijke) warmtebronnen. 6

Logistieke cyclus Een complete cyclus bestaat uit de volgende fasen. Het laden van het schip (inclusief afmeren, aankoppelen, afkoppelen en ontmeren). Het varen naar de losplaats. Het ontladen van het schip; leveren van warmte (inclusief afmeren, aankoppelen, afkoppelen en ontmeren). Het varen naar het laadpunt. (Et cetera). In het logistieke concept wordt het geld verdiend met het afleveren van warmte. Hoe vaker per jaar een cyclus wordt doorlopen, hoe rendabeler varende warmte is. Om deze reden moeten de vaartijden en de laad- en loscycli zo kort mogelijk gehouden worden in combinatie met een groot laadvermogen (ordegrootte 1 TJ). Een van de gevolgen hiervan is dat de hoge specifieke laad- en losvermogens (kw per GJ opslag) hoge eisen stellen aan zowel de thermische eigenschappen van het PCM als de vermogens van de warmtewisselaar. 7

toepassingen Een verkennende studie die DWA medio 2013 in opdracht van de Provincie Zeeland uitvoerde, heeft aangetoond dat varende warmte bestaansrecht heeft. Vanaf ruim drieduizend woningequivalenten is het transporteren van warmte met een duwbak economisch haalbaar. Gelet op de toepassing verwarming in de bestaande bouw is smelttemperatuur vereist van het PCM van minimaal 80 C, en bij voorkeur hoger, zeg 120 C. Een duwbak kan circa 800 Gigajoule aan warmte vervoeren. Een vast leidingnet met een afstand van 15 kilometer tussen vraag en aanbod, wordt pas attractief vanaf circa 15.000 woningequivalenten. In de loop van de ontwikkeling van het concept van varende warmte openen zich steeds meer perspectieven voor toepassingen. Waar het concept aanvankelijk alleen gericht is op toepassing van (mobiele) warmte voor de gebouwde omgeving, blijkt dat het concept vanuit de industrie ook op veel belangstelling kan rekenen. Dit geldt zowel mobiele (varende) als statische (optimalisatie van de warmtehuishouding bij batchprocessen. Dit zijn processen waarbij iedere keer een bepaalde hoeveelheid (charge) geproduceerd of behandeld wordt; niet continu dus. Denk bijvoorbeeld aan het branden van koffiebonen. Toepassingen Zonder compleet te willen zijn, kunnen de volgende potentiële toepassingen worden genoemd: Restwarmte uit de industrie koppelen aan stadsverwarmingsnetten Piekcentrale in een stadsverwarmingsnet Tijdelijke centrale in een (nieuw) stadsverwarmingsnet (uitstellen van investering in leidingnet) Combinatie met geothermie; pieklevering Afvalverbranders en biomassacentrales: optimalisatie rendement en subsidie Warmteoptimalisatie in industriële batchprocessen Duurzame warmte voor de industrie Optimalisatie van warmtekrachtcentrales Tuinbouwsector (in combinatie met duurzame warmte) Power to heat (indien overschot aan duurzame elektriciteit uit wind of zon) 8

toekomstperspectief De doelstelling van varende warmte is het dusdanig ontwikkelen en optimaliseren van transport van warmte per schip dat het in 2016 zowel technisch als financieel haalbaar is voor toepassing in de Nederlandse markt. Het concept van varende warmte en het verder uitwerken daarvan biedt grote kansen en voordelen. In de eerste plaats genereert het kennis op een gebied van energie-efficiencyverbetering en duurzame energie. Ook is deze kennis herbruikbaar in landen met een vergelijkbare economie en infrastructuur (Duitsland, Zweden, Denemarken, United Kingdom, België, voormalig Oostblok, USA). Ook wordt kennis ontwikkeld op het specifieke gebied van warmteopslag. Al deze activiteiten leveren ook blijvende werkgelegenheid op, zowel als gevolg van het bouwen en onderhouden van warmteschepen, als door het exploiteren van deze schepen. Er ontstaan exportmogelijkheden van zowel kennis als producten. Daarnaast kan de chemische industrie en haar toeleveranciers hiermee hoogwaardige producten ontwikkelen en leveren (PCM s, warmtewisselaars). De potentie voor varende warmte voor de gebouwde omgeving in de komende tien jaar wordt voor Nederland ingeschat als: Tot 2019: vijf projecten met een omvang van minimaal 3.500 woningen Na 2019: per jaar minimaal twee projecten met een omvang van minimaal 3.500 woningen Uiteraard is dit een grove inschatting; deze wordt op dit moment verfijnd door het onderzoek naar het marktpotentieel van varende warmte. In deze inschatting is nog geen rekening gehouden met andere (industriële) toepassingen die hierboven genoemd zijn. 9

waar staan we? Dankzij de recent toegekende Topsector Energiesubsidie, is de ontwikkeling van varende warmte in september 2014 gestart. In het consortium dat werkt aan de ontwikkeling is ECN gestart met het selecteren en karakteriseren van het meest geschikte PCM. DWA voert een verdiepend onderzoek uit naar het marktpotentieel en Bronswerk Heat Transfer gaat daarna in samenwerking met ECN de warmtewisselaar modelleren en ontwerpen. De ontwikkeling moet eind 2015 zover gevorderd zijn, dat het realiseren van een pilot haalbaar is. Inmiddels haken meer (markt)partijen aan bij het concept van varende warmte, waaronder Havenbedrijf Amsterdam en een scheepvaartonderneming. Hierdoor is in het consortium alle kennis die nodig is voor de ontwikkeling geborgd. Met potentiële investeerders wordt op dit moment overleg gevoerd. Opvallend is de brede reactie uit de markt: er is veel interesse in dit grensverleggende concept. Consortium Het consortium dat het concept varende warmte ontwikkelt, bestaat uit de volgende leden: DWA (concept, toepassingen, business case) ECN (PCM-onderzoek, modellering) Bronswerk Heat Transfer (ontwerp warmtewisselaar en tank) HVC (warmtebedrijf) Visser & Smit Hanab (infra, business case) Stemat (maritieme kennis) Het kernteam bestaat uit DWA, ECN en Bronswerk. Partijen die geïnteresseerd zijn in dan wel actief betrokken zijn bij het project zijn: DOW Chemical: kennis van PCM s; restwarmtebenutting in batchprocessen Deen Shipping INB Havenbedrijf Amsterdam (Port of Amsterdam) Subsidie TKI-EnerGO Het project wordt uitgevoerd met Topsector Energiesubsidie van het Ministerie van Economische Zaken. Contact Ziet u als industriële partij, warmtebedrijf of adviesbureau toepassingskansen? Neem dan contact op met Egbert Klop van DWA, klop@dwa.nl of 088-163 53 28. Contactpersoon bij ECN is Robert de Boer, r.deboer@ecn.nl of 088-515 48 71. 10