Gebruik van Restwarmte

VOKA – Lerend netwerk Energie

Valérie de Groote – INDEA5 februari 2013

VOORSTELLING

Voorstelling INDEA

“Bruikbaar energieadvies voor industriële bedrijven”– Audits / Haalbaarheidsstudies– Wetgeving– Begeleiding bij uitvoering– Second opinion– Externe energiecoördinatie

Expertisedomeinen– Industriële processen– Utilities– Decentrale energieproductie (WKK)

Monitoring proces/energie

Opvolging energieverbruik– Opvolging prestaties WKK – certificaten– Opvolging verbruik processen – Energie KPI’s– Toewijzen energiekost aan producten – specifiek

energieverbruik

Deskundige begeleiding– Maandelijkse opvolging door ENSENSYS/INDEA– Begeleiding bij keuze metingen / installatie– Mogelijkheden tot externe hosting

Nieuw

Enkele referenties …

Referentie: Agfa

WKK 1 – WKK gasmotoren: 4 x 2 MWe

– Maximale warmterecuperatie:stoom – warm water – warme lucht

– rendement 103%

– TVT < 2 jaar

INLEIDING

Getallen

1 kWh = 3.600.000 J = 3,6 MJ1 kWh = 860 kcal = 860 Cal1 PJ = 1015 J = 1012 MJ

1 PJ = 277.777.777 kWh = 277,8 GWh

1 ton olie equivalent = 11.630 kWh1 m³ aardgas = ± 1 liter stookolie = ± 10 kWh1 liter benzine = 32,5 MJ = 9 kWh1 liter diesel = 35,9 MJ = 10 kWh1 kg hout = 16.2 MJ = 4.5 kWh

Wat betekenen nu die Peta Joules?Verkleinende voorvoegsels

voorvoegsel symbool factor

deci d 10-1

centi c 10-2

milli m 10-3

micro µ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

zepto z 10-21

yocto y 10-24

Vergrotende voorvoegsels

voorvoegsel symbool factor

yotta Y 1024

zetta Z 1021

exa E 1018

peta P 1015

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 101

RESTWARMTE

Waar te vinden?

OVERAL !– Schouwen– Koeltorens– Afzuigingen– Exotherme processen– In het product

Interessant?– Das een andere zaak …

Hoge temperaturen

Types of Devices Temperature (0C)

Steam boiler exhaust 230 – 480

Gas turbine exhaust 370 – 540

Reciprocating engine exhaust 315 – 600

Reciprocating engine exhaust (turbo charged) 230 – 370

Heat treatment furnace 425 – 650

Drying & baking ovens 230 – 600

Catalytic crackers 425 – 650

Annealing furnace cooling systems 425 – 650

Lage temperaturen

Source Temperature 0C

Process steam condensate 55-88

Cooling water from: Furnace doors 32-55

Bearings 32-88

Welding machines 32-88

Injection molding machines 32-88

Annealing furnaces 66-230

Forming dies 27-88

Air compressors 27-50

Pumps 27-88

Internal combustion engines 66-120

Air conditioning and refrigeration condensers 32–43

Liquid still condensers 32-88

Drying, baking and curing ovens 93-230

Hot processed liquids 32-232

Hot processed solids 93-232

Bron en kwaliteit

S. No Source of Waste Heat Quality of Waste Heat

1 Heat in flue gases The higher the temperature, the greater the potential value for heat recovery

2 Heat in vapour streams As above but when condensed, latent heat also recoverable

3 Convective & radiant heat lost from exterior of equipment

Low grade – if collected may be used for space heating or air preheats

4 Heat losses in cooling water Low grade – useful gains if heat is exchanged with incoming fresh water

5 Heat losses in providing chilled water or in the disposal of chilled water

1.High grade if it can be utilized to reduce demand for refrigeration2.Low grade if refrigeration unit used as a form of Heat pump

6 Heat stored in products leaving the process

Quality depends upon temperature

7 Heat in gaseous & liquid effluents leaving process

Poor if heavily contaminated & thus requiring alloy heat exchanger

Aanpak: restwarmte bij de bron

Eerst restwarmte voorkomen !

Kan de bron geoptimaliseerd worden?– Persluchtcompressor persluchtverbruik verminderen– Condensaat droogoven stoomverbruik droogoven

verminderen– Afzuiging HVAC kantoor debiet optimaliseren– Omschakelen bron op lagere energiestroom (stoom

warm water)

Aanpak: restwarmte voor de bron

Aan te bevelen: Restwarmte bij de bron recupereren– Tenzij bij exotherme processen– Voordeel:

• Korte afstanden• Gelijktijdigheid

– Opgelet: bron verkleint door recuperatie restwarmte voorbeeld: minder condensaat door gebruik condensaat als voorwarming drooglucht (zie verder)

Aanpak: haalbaarheidsstudie

Berekenen beschikbare restwarmte Berekenen recupereerbare restwarmte

Indien mogelijk: eerst meten (meten is weten) Indien mogelijk: eerst model opstellen (neven-

effecten!)

Aanpak: haalbaarheidsstudie

Waarde van gerecupereerde warmte (verschil als vervanger voor HD-stoom dan voor warm water)

Warmteverliezen voor transport Buffer Gelijktijdigheid Investeringskost Subsidies Onderhoud

TVT en IRR

BENUTTING RESTWARMTE

Wij hebben alleen stoom nodig!

… en kunnen geen restwarmte / LT-warmte gebruiken!

Correct?

Voorbeeld flashstoom

energie%

50% suppletie 30 °C125,6 kJ/kg 4,5%

50% condensaat 100 °Catmosferisch 418,6 kJ/kg 15,1%

voedingswater 65 °C voedingswater 107 °C272,1 kJ/kg 9,8% 448 kJ/kg

brander

stoom 10 bar(g)2779,7 kJ/kg 100,0%

verbruiker 184,07 °C1998,6 kJ/kg 71,9%

condensaatonder druk 781,1 kJ/kg 28,1%

revaporisatie 314,0 kJ/kg 11,3%stoomdruk 0,5 bar(g)

condensaat 467,1 kJ/kg 16,8%bij tegendruk 111,37 °C

Energiestoombalans

FLASH !!!!!

Naverbrander met 108% rendement

rendement COW 108 %160 kW

stoom stoom zuivere rookgassen10 bar 10 bar

damp 8000 kg/h 9500 kg/h 30 °C

continu kookketel 8000 kg/h water 10 °C

rook-afgezogen stanklucht 12000 Nm³/h gas

20 °C condensor476 kW

water 50 °C

7786 kW 5.950 kW 1.200 kW 636 kW

aardgas 850 °C 22.500 Nm³/h 300 °C 235 °C 100 °C

6.586 kW (COW) schoor-brander naverbrander recuperatieketel luvo ventilator steen

1.200 kW zuiver condensaatte herbruiken als suppletiewater

2350 kg/h60 °C

kWUitstoot (mg/Nm³) Vlarem Europem Balans input 6.586 aardgas (COW)Nox 350 200 output 5.950 stoomCO 100 100 1.200 luvoKWS 20 10 476 rookgascondensorstof 5 5 7.626 totaal

luvo + condensor 25 %

Warmtenetwerken

Eerste regel: integreren van warmterecuperatie in het eigenste proces (gelijktijdigheid steeds 100%)

Warmteoverkoepelend fabrieksnet: bijvoorbeeld 70-90°C water maar ook 35-28°C is mogelijk rendabel

Warmtenetwerken tussen bedrijven, kantoren, woningen, glastuinbedrijven.

PINCH-ANALYSE

Pinchanalyse

Pinchanalyse

RECUPERATIETECHNIEKEN

Warmterecuperatietechnieken

Grote verscheidenheid

Aandacht voor:– Investeringskost– Materiaalkeuze– Pinch– Instandhoudingskost

• Onderhoud• Beschermingsmiddelen bv filters

Rookgas/lucht-lucht

Warmtewisselaar lucht/lucht

Inlet air from atmosphere

Outside ducting

Tune plate

Preheated air

Centre tube plate

Exhaust gas from process

Twin coil

Warmtewiel

Heat pipe

Gas-Vloeistof warmtewisselaar

Recuperatie(stoom)ketel

Economizer

Rookgascondensor

Op stoomketel, oven, gasturbine, gasmotor kan een rookgascondensor geplaatst worden voor de productie van warmwater voor proces of verwarming.

Vloeistof-Vloeistof

Platenwarmtewisselaar

Vloeistof-Vloeistof wisselaar

Buizenwarmtewisselaar

OPWAARDEREN RESTWARMTE

Thermocompressor

Mechanische damprecompressie

Koeling met restwarmte: absorptiekoeling

’s Zomers kan een overschot aan warmte op een niveau vanaf ca. 80 ºC ook gebruikt worden om gekoeld water te produceren voor airconditioning of proceskoeling.

Absorptiekoeling

Processchema

Organic Rankine Cycle

Schema

Warmtepomp

Principeschema

BUFFERS

Probleemstelling

Praktijk:– dikwijls onregelmatige warmtebehoefte (wisselend

debiet) en gespreid in de tijd.– Dikwijls ook onregelmatige beschikbaarheid van

restwarmte

Gevolg bij directe koppeling: lagere warmterecuperatie

Warmwaterbuffer

Warmte van recuperatie opslaan in een warmtebuffer wanneer er geen of verminderde warmtevraag is.

Warmtebuffer moet gelaagd uitgevoerd zijn!

Warmtevraag versus warmteproductie

Voorbeeld schemaPrincipeschema installatie gesloten buffer

Schouw

Toepassing 135 °C 20 °C 1.088 kW 65 °C

Condensor 76 kW 11,74 m³/h 14,40 m³/h

46 kW 201 kW 12 °C koud water

120 °C T 20 °C

32 °C 3Backup ketel 7 3,29 m³/h HT Toepassing 2

6 80 °C

gelaagde 0,59 m³/h 0,58 m³/h

Str & conv kW buffer 15 °C

2 4,5% 17,28 TLT 20 °C

85 °C 465 °C

Aardgas 384 kW 5 Toepassing 31 WKK 207 kW 80 °C

2,40 m³/h 2,25 m³/h

85 °C T koud water 12 °C

Meters Alle meters met signaaluitgang voor logging! Elektriciteit 20 °C

1 Gasmeter WKK netto 131 kW2 Gasmeter backupketel 8 bruto 133 kW3 kWh-watermeter warmtewisselaar Toepassing 1 Eigen verbr 2,7 kW4 kWh-watermeter Toepassing 25 kWh-watermeter Toepassing 36 kWh-watermeter WKK - buffer (controle op Σ3-5)7 kWh-watermeter backup ketel8 Elektrciteitsmeter na WKK (Eandis zorgt voor goedkeuring en verklaring “vermoeden van niet-injectie”)

3,29 m³/h

325 kW

Ook voor stoom!

Waterinhoud in drukvat als opslagvat 15 m³Maximale druk 20 barGebruiksdruk voor de batch-processen 7 barStoomvoorraad 1.459 kgMinimaal verdampingsoppervlak in de stoomketel als opslagvat (droge stoom) 1,1 m²Maximaal debiet van droge stoom 4620 kg/h*m²

Geschatte piek in stoomverbruik 5000 kg/hDuur van geschatte piek in stoomverbruik 14 minutenStoomvoorraad beschikbaar in het opslagvat 1.167 kg

Stoom peakshaving

Gebruik van drukvat als opslagvat voor stoom

Resultaat buffer

Optimalisatie afschrijving Grotere opbrengst van de investering Mogelijk grotere pieken in de warmtebehoefte

dekken dan de capaciteit van de warmterecuperatie

Grotere investering (kan aanzienlijk zijn)

SUBSIDIES

Ondersteuning “groene warmte”

Steun ifv van grootte installatie:– 300 – 1000 kWth:

• tot 500 MWh/jaar: 5 €/MWh,• tussen 500- 1000 MWh/jaar: 10 €/MWh• hoger dan 1000 MWh: 5 €/MWh

– > 1000 kWth:• call-systeem, max. 6 €/MWh

Ondersteuning “groene warmte”

Niet in combinatie met WKC & GSC Niet voor bestaande installaties Restwarmte: moet groen zijn Via distributienetbeheerder Budget: € 4.000.000 voor 2012, 2013 en 2014

Investeringsaftrek

Een onderneming, die bij de oprichting of uitbreiding een investering uitvoert, kan onder bepaalde voorwaarden een investeringsaftrek verkrijgen.

Dit is een fiscaal voordeel waarbij men een bepaald percentage van de aanschaffings- of beleggingswaarde van de investeringen uitgevoerd tijdens het belastbaar tijdperk, mag aftrekken van de belastbare winst.

Investeringsaftrek

Ecologiepremie

Een ecologiepremie is een financiële tegemoetkoming aan ondernemingen die ecologie-investeringen zullen realiseren in het Vlaamse Gewest. Onder ecologie-investeringen worden milieu-investeringen en investeringen op energiegebied verstaan.

Met de ecologiepremie wil de Vlaamse overheid ondernemingen stimuleren om hun productieproces milieuvriendelijk en energiezuinig te organiseren en zij neemt daarbij een gedeelte van de extra investeringskosten, die een dergelijke investering met zich meebrengt, voor haar rekening.

Ecologiepremie

Een ecologiepremie wordt toegekend aan beste beschikbare technieken die opgenomen zijn in een limitatieve technologieënlijst (afgekort LTL). Op deze lijst staan een 150-tal technologieën. Er is een versie van de LTL gerangschikt volgens sector, en één opgedeeld

in de volgende drie categorieën:– milieutechnologieën;– energietechnologieën;– hernieuwbare energie

Premies distributienetbeheerders

premie REG-project na grondige energie-audit (E&I);– Tot 15.000 EUR– Ifv van de energiebesparing– TVT > 2 jaar

E=Eandis & I=Infrax

Elia REG-investeringssteun (1)

Wie kan investeringssteun aanvragen? – Alle eindafnemers Elia distributienet (26-70kV)

Voorwaarden– Maatregel nog niet uitgevoerd– Maximum uitkering van k€ 200 per klant. per

jaar van aanvraag. per site– Standaard maatregelen: cap per maatregel– Budgettaire beperking (ca 2500 k€/jaar)– Geen projecten gesteund door GS- of WKK-

certificaten

Elia REG-investeringssteun (3)

Soorten maatregelen– Gestandardiseerde maatregelen:

• Forfaitaire vergoeding (relighting, snelheidsregelaar, hoogrendementsmotor,...)

– Niet-gestandardiseerde (‘overige’) maatregelen:• Investeringssteun afhankelijk van TVT• Nieuwbouw: meerkost tov

‘standaardoplossing’• Vervanging: restlevensduur >

terugverdientijd

Elia standaard maatregelen (4) Samenvatting thema’s

– Verlichting gebouwen– Verlichting parkings en bedrijventerreinen– Gebouwverwarming– Isolatie– Beglazing– Snelheidsregelaar– Hoogrendementsmotor– Energiepeil E45 in nieuwbouwkantoorgebouwen– Warmtepomp– Koudewarmteopslagsysteem– Transformatoren– Ventilatiesystemen

Elia niet-standaard maatregelen (5)

Investeringssteun afhankelijk van terugverdientijd [TVT - jaren]– 1 < TVT 2 10 % (cat A)– 2 < TVT 5 (10 TVT – 10) % (cat B)– 5 < TVT 10 40 % (cat C)– enkel externe directe kosten

Berekening terugverdientijd met reële prijzen (mits verantwoording) of conventionele energieprijzen:

• Elia-elektriciteitsprijs: 65,00 €/MWhe• Elia-brandstofprijs: 7€/GJp

Steunpercentage investeringen

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Terugverdientijd

%

Elia REG-investeringsteun (6) Procedure

1. Aanvraag d.m.v. standaarddocumenten (te vinden op de site)

2. Goedkeuringsbeslissing door Elia nodig3. Start der werken (plaatsen bestelling)4. Einde der werken: rapportering d.m.v.

standaarddocumenten (te vinden op de site)5. Controlevergadering: controle van het dossier en de

gerealiseerde werken door Elia6. Uitbetaling

Ecologiepremie: EP-PLUS

Warmterecup: diverse categorieën, meeste 9-A Max 1.000.000 EUR over 3 jaar

Ecologiepremie: EP-PLUS

Ecologiepremie EP-PLUS

Limitatieve lijst technologieën Call-systeem Geen cumulatie met andere subsidies mogelijk

Bedrijven > 0,1 PJ: Energiebeleidsovereenkomst verplicht (EBO)

Groene Waarborg

Voor de financiering van energiebesparende investeringen waarvan de terugverdientijd maximaal tien jaar bedraagt.

Deze investeringen behoren meestal niet tot de kernactiviteiten van een bedrijf. Zij vragen om een bijkomend financieel engagement.

De Groene Waarborg lening weegt niet op andere kredietlijnen van een bedrijf en heeft een lagere premie dan de generieke Waarborgregeling.

Afhankelijk van de financiële instelling ligt het maximale dekkingspercentage van de Groene Waarborg op 75% van de investering.

De Groene Waarborg is van toepassing op kmo’s en grote ondernemingen.

Alle info

http://agentschapondernemen.be/sites/default/files/pdf/subsidieleidraad_voor_het_bedrijfslevenu_werkt_energie-_en_milieubewust.pdf

CONCLUSIES

Conclusie

Bron: eerst optimaliseren Model maken + simulatie

Afgifte: Durf bestaande situatie in vraag te stellen, warmtelevering op niveau van de verbruiker

Durf “omhooggevallen energiestromen” in vraag stellen!

Aanpassingen proces mee opnemen in project!

Vergeet de subsidies niet!

Contacteer ons …

Contacteer ons via:– Valérie de Groote +32 479 / 239009– valerie.degroote@indea.be

– Willy Somers +32 496 / 28 78 40– willy.somers@indea.be

INDEA blogt ! Abonneer u gratis via www.indea.be voor een

genuanceerde kijk van de INDEA-adviseurs op de energie-actualiteit.

74