Op 25 september vond alweer de vierde bijeenkomst plaats van het Platform Industriële Warmte. De ruim 40 aanwezigen lieten zich bijpraten over de stand der techniek rond de ontwikkeling van hogetemperatuur warmtepompen (>80°C). Na introducties over werking, werkgebieden en R&D volgden in het middagdeel presentaties van leveranciers van beschikbare warmtepompen waarna enkele veelbelovende technologieën die zich in de pilot fase bevinden belicht werden.

Introduction and welcome (Jan Grift, Energy Matters)

Jan Grift schetste het belang van warmte in de industrie en de inpassing van de meest toegepaste warmtepompen. Omdat de interne warmtetarieven fors gestegen zijn is er veel meer belangstelling voor de benutting van restwarmte ontstaan. De industrie neemt bijna de helft van het finaal energiegebruik voor haar rekening. Het energiegebruik wordt vooral aangewend voor verwarming- en koeldoeleinden, in de food-sector zelfs tot driekwart. In de meeste industrieën is het benodigd temperatuurniveau rond de 100oC. Wanneer restwarmte niet rechtsreeks ingezet kan worden komen warmtepompen in beeld. De thermal spread laat zien dat warmtepompen momenteel beter scoren dan warmtekracht. Met reguliere warmtepompen met een vaste verdamper en condensortemperatuur is een temperatuurlift van zo’n 50oC te bereiken. Met glijdende temperatuurtrajecten, zoals de transkritische CO2 warmtepomp, kan men op rendabele manier een grotere temperatuurlift bereiken, mits de retourtemperatuur niet te hoog is.Een goede inpassing van warmtepompen in het proces is cruciaal voor de rentabiliteit. Een pinch-analyse, al dan niet voor batchprocessen, geeft houvast bij de dimensionering en bij de keuze van temperatuurniveaus en dergelijke.  

Working fluids for high temperature heat pumps and f-gas regulations (Bram van As, De Kleijn Energy Consultants & Engineers)    

Bram van As gaf een overzicht de beschikbare koudemiddelen voor hoge temperatuur warmtepompen tot 140oC. Gezien het feit dat f-gassen uitgefaseerd worden komen voor de hogere temperaturen alleen iso-butaan en n-butaan in aanmerking. Waterdamp kan ook maar heeft een beperkte energiedichtheid. R245fa is technisch aantrekkelijk maar heeft een global warming potential (GWP) van meer dan 1000 keer die van CO2 en zal op termijn ook schaars c.q. verboden worden. Fabrikanten zijn druk bezig om koudemiddelen te ontwikkelen met een aanzienlijk lagere GWP.Butaan heeft de vervelende eigenschap dat het compressietraject langs de verzadigingslijn schuurt zodat er bij een kleine drukverandering druppels kunnen ontstaan. Deze zijn funest voor de compressor. Middels interkoelers kan dit voorkomen worden. Met interkoelers en onderkoelers kan het rendement (op Carnot) aanzienlijk verhoogd worden.   R&D on Industrial Heat Pumps (Simon Spoelstra, ECN). Simon Spoelstra liet aan de hand van een temperatuurdiagram zien welke warmtepompen in welke werkgebieden ingezet kunnen worden. Met name in de hoge temperatuurgebieden zijn interessante ontwikkelingen gaande. ECN houdt zich vooral bezig met de thermo-akoestische warmtepompen en de chemische warmtepompen op basis van Ammoniak en zouten. Door combinaties van technieken (hybride systemen) kan een zeer hoge temperatuurlift worden verkregen.  

Energy efficiency and sustainability in production and building technology (Jan Hübner, Thermea (DE)) 

Jan Hübner beschreef verschillende projecten waarin hun CO2 warmtepomp is toegepast. Thermea levert warmtepompen/koelmachines in de temperatuurrange -30 tot 110oC. Iedere toepassing is weer anders qua opzet. Gecombineerde opwekking van warmte- en koude levert de meeste winst op. Door slimme procesintegratie vormt de warmtepomp het hart van de utilities in een slachthuis, het mediapark van SWR, fabrieken van Coca-Cola, Audi en Volkswagen. De systemen bevallen zo goed dat ze ook voor andere vestigingen offertes hebben aangevraagd.  

CO2 Heat pump (Marien van Zanten, Airview Luchtbehandeling BV) 

Airview introduceert in Nederland een seriematig geproduceerde CO2 warmtepomp van het Italiaanse fabrikaat Enerblue. Marien van Zanten geeft aan dat deze warmtepomp uitermate geschikt is om heet water aan te maken tot 90oC vanuit restwarmte. Een businesscase die voor een groot hotel is gemaakt laat een aantrekkelijk financieel plaatje zien. De grootste unit kan in een cascadeopstelling van vier stuks 400 kW opleveren. Ook voor industriële toepassingen interessant wanneer men bijvoorbeeld veel water voor reiniging nodig heeft.  

Recover energy from your company(Robert Poelman van De Leidinggroothandel / Simaka) 

Robert Poelman vertegenwoordigt Simaka voor de Benelux. Simaka maakt custom made warmte-pompen voor industriële toepassingen. Door inzet van eigen blends aan koudemiddelen kan een temperatuur tot 120oC worden geleverd. Robert Poelman laat enkele projectvoorbeelden zien waar warmtepompen zijn geïntegreerd in een wkk-systeem, een datacenter, een flessenwasmachine en een verf/lakstraat in de automobielindustrie. De systemen zijn aan te sturen via gangbare bussystemen in de industrie.   

Hoog temperatuur compressie warmtepomp voor industriële toepassing (Vincent Schaap, Bronswerk Heat Transfer)

Bronswerk Heat Transfer zet haar expertise op het gebied van warmtewisselaars in voor de integratie van warmtepompen in de industrie. Naast de participatie in het onderzoek naar akoestische warmtepompen dragen ze ook bij aan de ontwikkeling van een hoge temperatuur compressiewarmtepomp voor de (papier-)industrie. De ambitie is om de pilot die momenteel succesvol draait (160 kW) binnen een jaar op te schalen naar een 2 MW systeem.  

Chemische warmtepomp van Caloritum NV(Wouter Ducheyne, Caloritum (BE)) 

Wouter Ducheyne presenteerde een spectaculaire ontwikkeling op het gebied van chemische warmtepompen. Door bestudering van omzetting van fosfor oxides in de natuur kwam hij tot een patent dat mogelijkheden biedt tot zeer hoge temperatuur lifts. Het voordeel van zijn systeem is dat er geen compressoren maar alleen pompen in zitten. Dit betekent een hoge COP op elektriciteit betrokken. Op labschaal heeft het systeem opgeleverd wat er van verwacht werd. Na een groot aantal wisselingen was er ook geen degradatie van het materiaal te zien. Eind 2015 hoopt Caloritum een pilot installatie op schaal te hebben gerealiseerd. Een ontwikkeling waar de reguliere warmtepompleveranciers een serieuze concurrent aan zullen hebben.  

Hybrid Energy Recovery System(Bruce Boyd, Hybrid Energy (IE))

Bruce Boyd gaf de stand van de ontwikkelingen bij Hybrid Energy weer. Er zijn inmiddels een tiental systemen verkocht waarmee het systeem uit de pilotfase is. Het systeem heeft als koudemiddel een water-ammoniak mengsel waarbij na condensatie van het water alleen de ammoniak gecomprimeerd hoeft te worden op een relatief lage druk bij temperaturen tot 87oC. Dit resulteert in een betaalbare warmtepomp. Daarnaast heeft het systeem zowel aan condensor als aan de verdamper zijde een “gliding temperature” waardoor de COP aanmerkelijk hoger is dan systemen met een vaste temperaturen. Door te spelen met de verhouding water-ammoniak en de drukverhouding kan het systeem optimaal aangepast worden aan de momentane situatie. Bruce Boyd beschreef enkele projectvoorbeelden in de voedingsmiddelenindustrie met vermogens tot 1400 kW waarbij de COP veelal boven de 5 komt. De ontwikkeling gaat zich nu concentreren op het bereiken van nog hogere temperaturen tot 110 à 120oC.

Conclusies

De conclusie van de bijeenkomst is dat het momenteel erg hard gaat met de ontwikkelingen op het gebied van hoge temperatuur warmtepompen. Systemen die nu al te koop zijn leveren tot 110 à 120oC.  Nieuwe concepten zoals de chemische warmtepomp en de akoestische warmtepomp bieden perspectief voor nog hogere temperaturen terwijl de compressiewarmtepompen de grenzen opzoeken van druk, koudemiddel en smeerolie om steeds hogere temperaturen te bereiken. Blijft dat geen situatie hetzelfde is. Een warmtepomp maakt onderdeel van een proces uit dat per situatie weer anders is. Standaardisatie is een utopie. Een goede inpassing vraagt goede analyse van het bedrijfsproces in vermogens, temperatuurniveaus en gelijktijdigheid. De marktintroductie in Nederland kan door de relatief lage elektriciteitsprijzen niet uitblijven.