Industriële toepassingen van warmteopslag
Industriële warmteopslag wordt ingezet voor ‘peak shaving’ bij batchprocessen en voor hoge-temperatuur warmteterugwinning. Bij batchprocessen zoals sterilisatie worden stoomaccumulatoren gebruikt om pieken in stoomvraag te kunnen leveren. In hoge-temperatuurprocessen worden regeneratorovens met keramische stenen toegepast, die warmte uit rookgassen opslaan en weer afgeven aan verbrandingslucht. Deze technologie is gebruikelijk in de staal- en glasindustrie bij temperaturen van 900-1500°C.
De nieuwe toepassingen richten zich vooral op elektrificatie van industriële warmteprocessen in combinatie met fluctuerende elektriciteitsprijzen. Nederland kent hiervan enkele voorbeelden, zoals bij PepsiCo dat aardgas vervangt door elektrische verwarming met Kraftblock warmteopslag en Coca-Cola Dongen waar gasboilers zijn vervangen door e-boilers, warmtepompen en buffertanks.
Technologie-overzicht industriële warmteopslag
Het aanbod van industriële warmteopslagsystemen voor hoge temperaturen groeit en schaalt op van laboratoriumprojecten naar eerste commerciële toepassingen van tientallen MWh. De trend is om bij steeds hogere temperaturen warmte op te slaan, wat zowel de opslagdichtheid verhoogt als de toepassingsmogelijkheden vergroot.
De meeste systemen zijn ontworpen voor ongeveer 10 uur opslagduur en vallen in drie hoofdcategorieën:
- Voelbare warmte in vaste stoffen (steen, keramiek, zand, staal)
- Voelbare warmte in vloeistoffen (water onder druk, gesmolten zout)
- Latente warmte (materialen die van fase veranderen)
De opslagefficiëntie ligt tussen 90-95%, met een minimale levensduur van 20 jaar. Met investeringskosten van circa 100 euro/kWh zijn deze systemen aanzienlijk goedkoper dan elektrische batterijen (700-1300 €/kWh). Deze kosten zullen naar verwachting dalen bij opschaling.
Toepassingspotentieel Nederlandse industrie
Het toepassingspotentieel van warmteopslag in de Nederlandse industrie is aanzienlijk. Ongeveer 30% van het industriële energiegebruik (200 PJ) is gerelateerd aan batchprocessen. Binnen deze processen is zowel piekbuffering met stoomaccumulatoren als warmteterugwinning voor lokaal hergebruik mogelijk. Daarnaast werd in 2022 bij elektriciteitsproductie 17 PJ warmte opgewekt in centrale WKK en 138 PJ in decentrale WKK, waarvan een groot deel in de industrie.
Door toenemende fluctuaties in elektriciteitsaanbod en -tarieven ontstaan nieuwe mogelijkheden om goedkope elektriciteit om te zetten in opgeslagen warmte. Technisch gezien bestaan er warmteopslagmethoden voor het volledige temperatuurbereik van de industriële warmtevraag .
Het potentieel kan op verschillende manieren worden gekwantificeerd:
- Het technische leveringspotentieel is gelijk aan de totale industriële warmtevraag (500 PJ inclusief raffinage)
- Het installatiepotentieel is veel kleiner door meervoudig gebruik van opslag, variërend van 0,1 PJ tot 14 PJ
- De economische haalbaarheid hangt af van elektriciteitstarieven en contractvormen
Toekomstige ontwikkelingen
Voor de verdere ontwikkeling van industriële warmteopslag zijn verschillende aspecten relevant. Allereerst is een betere kwantificering van de opslagbehoefte in het energiesysteem nodig. Daarnaast vragen aanpassingen in regelgeving aandacht om flexibiliteit te faciliteren. De verhouding tussen elektriciteits- en gaskosten is een belangrijke hefboom voor elektrificatie en daarmee voor de inzet van warmteopslag.
Ook standaardisatie van technische kenmerken en aandacht voor milieu- en gezondheidsrisico’s bij het gebruik van (rest)materialen zijn belangrijk. De Nederlandse technologieontwikkelingen voor hoge-temperatuur warmteopslag zijn momenteel nog beperkt, terwijl hier juist kansen liggen voor verdere verduurzaming van de industrie.
