Er wordt veel gesproken over wat een hoog tempratuur warmtepomp wel en niet kan. Laat ik meteen met de deur in huis vallen:
Tijdens mijn afstudeeronderzoek bij Ekwadraat ben ik tot de conclusie gekomen dat er veel aannames zijn in het werkveld als het gaat om de mogelijkheden van een industriële hoog temperatuur warmtepomp, zowel qua temperatuurbereik als economisch rendabele inzetbaarheid. Het blijkt dat de potentie groot is. Om het mijn collega’s in de toekomst wat makkelijker te maken, en jouw zoektocht op Google hopelijk wat in te korten zal ik hier kort uiteenzetten wat de huidige mogelijkheden zijn, waar de vooroordelen zitten, en waar je een hoog temperatuur warmtepomp voor kan toepassen.
In het werkveld wordt vaak genoemd dat de grens van een huidig verkrijgbare hoog temperatuur warmtepomp rond de 130 of 150°C ligt. Na een uitgebreid deskresearch zijn er vijf technieken uit gesprongen die zelfstandig al beter presteerden dan die maximale geachte temperatuur van 150°C. In een seriële schakeling zijn zelfs temperaturen tot 250°C mogelijk. Dit biedt vele nieuwe kansen en toepassingen die wat mij betreft sterk onderbelicht zijn. Hieronder zijn de technieken kort samengevat:
|
Techniek |
Tmax |
Commercieel verkrijgbaar? |
|
Compressie warmtepomp (Rankine Cycle) |
165°C |
Ja |
|
Mechanische Damprecompressie |
250°C |
Ja |
|
Compressie-Resorptiewarmptepomp |
200°C |
Ja |
|
Stirling cyclus - warmtepomp |
200°C |
Ja |
|
Chemische warmtepomp |
230°C |
Ja |
Zoals je ziet in de tabel zullen een aantal warmtepompen die 250°C niet halen zonder gecombineerd te worden met Mechanische Damprecompressie (MDR). MDR comprimeert simpelweg de stoom die door de warmtepomp geproduceerd is naar de gewenste druk en temperatuur. Hieronder is schematisch weergegeven hoe dat toegepast kan worden.
Naast de consensus en (soms onjuiste) aannames over het bereik van een industriële hoog temperatuur warmtepomp, is de term Coëfficiënt of performance (COP) één die op steeds meer plekken gebezigd wordt. De COP verteld de verhouding tussen de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om de warmte op de gevraagde temperatuur te kunnen leveren. Met deze berekening wordt geen rekening gehouden met de warmte die de warmtepomp initieel nodig heeft om op te kunnen pompen naar een hogere temperatuur. Vanwege de huidige inzet van warmtepompen is deze benadering ook logisch. De warmte die warmtepompen vandaag de dag opwaarderen is immers vaak gratis, of brengt zelfs kosten met zich mee om weg te koelen. Dit resulteert in een financiële grenswaarde waarvan de markt zegt: onder deze COP is een warmtepomp niet rendabel.
De wereld is echter aan het veranderen, en daarmee veranderen de financiële grenswaardes mee. Bedrijven worden bijvoorbeeld verplicht van het gas af gestuurd (bijvoorbeeld door de brieven van Wiebes), of zien een strategische kans om niet meer afhankelijk te zijn van fossiele brandstoffen. Bedrijven die dicht bij de consument staan merken zelfs dat de supply-chain eisen stelt aan een fossielvrij proces. Daarnaast maken warmtepompen tegenwoordig ook gebruik van warmtestromen die simpelweg niet gratis zijn, zoals in warmtenetten. De COP verklaart dan niks anders meer dan de verhouding tussen ingekochte warmte en elektriciteit om warmte te kunnen leveren op de gewenste temperatuur.
Mijn afstudeeronderzoek was onderdeel van een breder overkoepelend kennisontwikkeltraject binnen de warmtetransitie. Het deelonderzoek naar industriële processen als afnemers van warmte uit een warmtenet (in tegenstelling tot de klassieke levering van industriële restwarmte aan warmtenetten) bracht de vraag naar voren: Tot welke temperatuur kunnen we eigenlijk warmte uit een warmtenet leveren aan industriële afnemers? Nadat is vastgesteld dat 250°C haalbaar is, is gebleken dat warmtepompen in staat zijn om de volledige warmtevoorziening van een fabriek te vervangen. De casus die hierin een helder voorbeeld schetst, speelt zich af in Denemarken. De stoom die benodigd is voor het proces (10 bar, 183°C) wordt daar geleverd door drie parallel geschakelde 500kW warmtepompen die gebaseerd zijn op het strirling proces.
Dit heeft geleid tot het inzicht dat de toepasbaarheid van hoog temperatuur warmtepompen niet alleen veel groter is dan verwacht, de mogelijkheden groeien ook nog eens veel sneller dan ingeschat. Daarom geef ik graag de volgende twee tips mee wanneer de toepasbaarheid van industriële hoog temperatuur warmtepompen in het verschiet liggen:
Benieuwd naar de mogelijkheden voor uw bedrijf? Neem dan contact met mij op.
