Het technisch potentieel van grote en industriële warmtepompen

Warmtepompen worden als groot beschouwd als ze een vermogen van meer dan 100kW hebben. Zij kunnen gemakkelijk een tot enkele megawatt bereiken, waarbij de grootste eenheden 35MW leveren in één enkele machine.

Demomenteel beschikbare warmtepomptechnologie kan warmte leveren tot 100°C met een spreiding tussen bron- en puttemperatuur van ongeveer 50 K per trap. Het gebruik van warmtepompen voor toepassingen boven 100°C is nog steeds een uitdaging. Hoewel de onderliggende principes bekend zijn en er prototypes bestaan voor deze temperatuurniveaus, zijn deze nog niet beschikbaar in standaardproducten. Het huidige niveau van onderzoek- en ontwikkelingsprojecten, alsook de toegenomen belangstelling van nieuwe spelers om zich in het segment van de grote warmtepompen te begeven, laten ruimte voor optimisme. Er worden nieuwe en verbeterde producten op de markt verwacht.

Zonder bestaande oplossingen voor warmtepomptoepassingen voor temperatuurniveaus boven 150°C is dit segment niet opgenomen in de huidige potentieelbeoordeling.

Met dit in gedachten werden de beschikbare gegevens van Eurostat geëvalueerd om het potentieel voor de toepassing van warmtepompen in de industrie te bepalen.

Uit de gegevens voor 2012 voor de EU-28 blijkt dat de industrie 3200 TWh eindenergie verbruikt en een vraag naar warmte heeft van ongeveer 2000 TWh. Figuur 2 toont de verdeling van deze warmtevraag.

Figuur 2: Onderscheid van de warmtevraag in de industrie per sector en temperatuurbereik. [1]

Uit deze beoordeling blijkt een praktisch haalbaar potentieel voor warmtepompen in het temperatuurbereik tot 100°C van 68 TWh, voornamelijk in de chemische, papier-, voedingsmiddelen/tabak- en houtindustrie (zie blauw gearceerde balken in fig. 2). Als de sectoren warm water en ruimteverwarming worden meegerekend, komt daar nog eens 74 TWh bij (zie oranje gearceerde balken in fig. 2). Met de technische vooruitgang kan een extra potentieel van 32 TWh in het temperatuurbereik van 100 tot 150°C worden ontsloten (zie de donkerste blauwe balk in fig. 2). In totaal kan 174 TWh of 8,7% van de totale warmtevraag in de industrie door warmtepompen worden geleverd. De hogere temperatuurbereiken die in de bovenstaande grafiek in grijs zijn weergegeven, blijven ontoegankelijk voor warmtepomptechnologie.

Het resultaat van deze beoordeling toont het realistische potentieel van warmtepomptoepassingen. Het technische potentieel is veel groter, maar kan vaak niet volledig worden benut vanwege praktische overwegingen. Een meer verfijnde, modelgebaseerde analyse uitgevoerd door Wolf en Blesl komt tot de conclusie dat het technisch potentieel van warmtepompgebruik in de industrie in de 28 EU-lidstaten 1717 PJ (477 TWh) bedraagt, waarvan slechts 270 (75 TWh) of 15% toegankelijk is als economische en praktische overwegingen worden toegepast. [1]

De modelmatige benadering leidt dus tot een groter technisch potentieel, maar tot een veel lager economisch potentieel.

De belangrijkste factoren die van invloed zijn op het economisch perspectief van warmtepompoperaties zijn

• Kosten van fossiele brandstoffen
• Kosten van elektriciteit
• Rentevoet
• Rendement van het warmtepompsysteem
• Gelijktijdige beschikbaarheid van warmteaanbod en warmtevraag, gelijktijdige vraag naar verwarming en koeling
• Verschillen in investeringskosten.

Besparingen op de exploitatiekosten door het gebruik van warmtepompen zijn mogelijk, indien de relatieve kosten van fossiele brandstoffen en elektriciteit kleiner zijn dan het rendement van het warmtepompsysteem. Met een nogal verstoorde energieprijs wordt dit steeds moeilijker, omdat veel overheden de kosten van vergroening van het elektrische systeem terugverdienen via de elektriciteitskosten zelf. Tegelijkertijd weerspiegelt de prijs voor fossiele brandstoffen niet de negatieve milieu-effecten van het gebruik ervan. De relatieve kosten van de warmtevoorziening pleiten dus in het voordeel van fossiele brandstoffen.

Figuur 3: Potentieel van industriële warmtepompen in de EU-28 [2].

Aangezien er een direct verband bestaat tussen de vermindering van de energievraag en de CO2-uitstoot, zal de uitbreiding van het economisch potentieel van vraagvermindering ook de CO2-uitstoot van de industriële sector verminderen. De studie komt tot een totaal CO2-emissiereductiepotentieel van 86,2 Mt, waarvan 21,5 Mt (25%) economisch haalbaar is.

Obstakels, uitdagingen en kansen

De belangrijkste obstakels die het gebruik van warmtepompen in de industrie beperken, zijn de volgende

• Extreme eisen aan het rendement van de investering, vaak wordt niet meer dan 2 jaar geaccepteerd. Dit wordt verder bemoeilijkt door een relatief lage prijs voor fossiele energie.
• Risicoaversie, met name ten opzichte van warmtepompen, die niet vertrouwd worden, maar gezien worden als een nieuwe, onbewezen technologie.
• Beperkte of geen beschikbaarheid van voorbeelden van beste praktijken die vertrouwen kunnen wekken in nieuwe oplossingen.
• Structurele belemmeringen in de industrie, zoals hoge transactiekosten voor de omschakeling van processen, aangezien veel oude processen op stoom gebaseerd zijn, of de noodzaak om competenties en verantwoordelijkheden te integreren om een systeemperspectief te realiseren om industriële processen en commerciële toepassingen energetisch te optimaliseren.

Zowel het energiebesparings- als het CO2-reductiepotentieel van warmtepompen in industriële toepassingen wordt nog grotendeels onbenut gelaten. Door gunstiger politieke randvoorwaarden te creëren, kan deze trend worden omgebogen. Deze omvatten

• Het geven van een prijssignaal aan het gebruik van fossiele brandstoffen
• De last van belastingen en heffingen op steeds schonere elektriciteit verlichten
• lage rente en leninggaranties voor energie-efficiënte investeringen met koolstofarme technologieën, zoals warmtepompen
• meer onderzoek naar en ontwikkeling van gestandaardiseerde warmtepompoplossingen voor de betrokken industriële sectoren
• meer voorbeelden van beste praktijken aan te reiken.

Er is een gezamenlijke inspanning nodig van beleidsmakers en de industrie om het technische en economische potentieel van warmtepomptoepassingen in de industrie te ontwikkelen. Beiden moeten aan hetzelfde touwtje trekken (en in dezelfde richting) om het potentieel volledig te ontsluiten.

Noot over de Europese warmtepompvereniging (EHPA) aisbl: Het artikel maakt deel uit van de brochure over "grootschalige warmtepompen in Europa", het resultaat van het werk dat is verricht in EHPA's werkgroep industriële en commerciële warmtepompen. Als u vragen hebt over het gebruik van warmtepompen in de gepresenteerde of andere toepassingsgebieden, kunt u contact opnemen met de voorzitter, Eric Delforge via het secretariaat van de vereniging op info@ehpa.org.

Weblink: http://www.ehpa.org/

De beste ideeën voor energie-efficiëntie!

Bronnen: [1] Wolf, S.; Blesl, M.: Modelgebaseerde kwantificering van de bijdrage van industriële warmtepompen aan de Europese strategie voor het tegengaan van klimaatverandering. In: 2016: Proceedings van de ECEEE Industrial Efficiency Conference 2016. Berlijn, 12.-14.09.2016. Stockholm, 2016