Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders Energie-efficiëntie verbeteren binnen het koffiebrandproces via drie stappen
Aanleiding In deze studie is de energiebesparing bij kleine koffiebrandmachines onderzocht. Wat is er mogelijk en wat levert dat op?
Aanpak Adviesbureau Innoforte heeft een stappenplan opgesteld volgens de “Trias Thermodynamica”. Het onderzoek richt zich op de mogelijkheden voor energiebesparing van koffiebrandmachines. Er zijn drie opeenvolgende stappen gedefinieerd. De eerste stap richt zich op het beperken van de energievraag van het koffiebrandproces. De tweede stap is het omzetten van de restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie. Tot slot kan een koffiebrander de dan nog overgebleven restwarmte leveren aan andere bedrijven in de directe omgeving. De eerste twee stappen zijn uitgebreid onderzocht aan de hand van een referentiesituatie. Hierbij is gekozen voor een koffiebrandproces met (gedeeltelijke) recirculatie van de warmtelucht. De derde stap (restwarmte naar de ‘buren’) is niet verder uitgewerkt omdat de capaciteit van de restwarmte te klein.
Conclusie Er zijn verschillende mogelijkheden voor energiebesparing. Stap 1: beperken van de energievraag koffiebrandproces Het beter isoleren van de koffiebrandmachine en het voorverwarmen van de koffiebonen zijn bedrijfseconomisch interessant. Door een capaciteitsverhoging van 20 procent is het voorverwarmen van de koffiebonen, naast de energiebesparing, bedrijfseconomisch interessant. Stap 2: omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De capaciteit van de restwarmte is te klein en hierdoor bedrijfseconomisch niet interessant om te gebruiken voor ruimteverwarming.
Karakteristieken van de studie Stap 1: beperken van de energievraag koffiebrandproces De mogelijke configuraties en opties zijn in onderstaande matrix weergegeven. Configuratie B1 (een koffiebrandinstallatie met recirculatie en zonder katalytische naverbranding) is gekozen als referentiesituatie. Vervolgens zijn de configuraties B2, B3 en B5 uitgewerkt. Omdat het gebruik van een naverbrander (om de geuremissie te beperken) niet tot energiebesparing leidt, zijn de configuraties met naverbranding niet verder uitgewerkt. Stap 2: omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De restwarmte van de koffiebrandmachine kan worden gebruikt voor de ruimteverwarming van het gebouw. Het omzetten van restwarmte in elektriciteit en koude is gezien de beperkte capaciteit technisch en economisch niet haalbaar.
configuratie
type koffiebrander
Resultaten en conclusies Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces Referentiesituatie: koffiebrandinstallatie met recirculatie (configuratie B1)
Kleine koffiebrandmachines zijn veelal uitgevoerd met recirculatie en zonder een naverbrander om geuremissies te beperken. Koffiebrandinstallatie met recirculatie en extra isolatie (configuratie B2)
De koffiebrandinstallaties zijn uitgevoerd met standaard isolatie. Om warmteverlies te beperken, kan de installatie beter worden geïsoleerd. Koffiebrandinstallatie met recirculatie en warmteterugwinning ten behoeve van de voorverwarming van de verbrandingslucht (configuratie B3)
De warme afgassen worden gebruikt voor het voorverwarmen van de branderlucht van de koffiebrander. De warmte wordt via een warmtewisselaar en ventilator naar de brander toege-
Optie 1
Optie 2
Optie 3
groene koffiebonen
branderlucht voorverwarming
extra isolatie
voorverwarmer B1
geen
B2
geen
B3 B4 B5 B6 B7 B8
branderlucht voorverwarming
met recirculatie, zonder naverbrander groene koffiebonen voorverwarmer
geen branderlucht voorverwarming
2 | Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders
standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie
voerd. Het koffiebrandproces wordt hierdoor niet beïnvloed. De branders zijn geschikt voor hogere luchttemperaturen (circa 250°C). • Voordelen: vermindering van het gasverbruik en de reductie van de CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in speciale branders, kanalen, warmtewisselaar, ventilator, dakdoorvoer). Koffiebrandinstallatie met recirculatie en voorverwarming van de groene koffiebonen (configuratie B5)
De warme afgassen worden ingezet voor de voorverwarming van groene koffiebonen (tot circa 100°C). De uitkoppeling van de warmte vindt plaats via een separaat kanaal, een ventilator en een regelinstallatie. Het koffiebrandproces (batchtijd) is korter omdat de koffiebonen in het koffiebrandproces eerder op de gewenste temperatuur zijn. • Voordelen: de capaciteitsverhoging van de koffiebrander, het verminderen van het gasverbruik en reductie van de CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in kanalen, voorverwarming, ventilator en regeling).
Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie De warmte wordt met behulp van een warmtewisselaar en ventilator uit de afgassen van het koffiebrandproces onttrokken. Het principe en de regeling zijn zodanig dat het koffiebrandproces niet wordt beïnvloed. De restwarmte wordt gebruikt voor ruimteverwarming van de kantoren en bedrijfshallen. De warmte (warmwater) wordt ingekoppeld in het ketelhuis (via een warmtewisselaar) in de centrale verwarmingsinstallatie. • Voordeel: besparing van het aardgasverbruik van de cv-ketels. • Nadeel: extra investeringen. Het gebruiken van restwarmte voor omzetting naar elektriciteit (ORC) en koude (absorptiekoelmachine) is gezien de beperkte capaciteit technisch en bedrijfseconomisch niet haalbaar.
3 | Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders
Kengetallen De uitgangspunten van dit onderzoek zijn: Elektriciteitstarief: Gastarief: Capaciteit koffiebrander: Bedrijfstijd koffiebrander: CO2 emissie gas: CO2 emissie elektriciteit:
0,09 €/kWh 0,34 €/m³ 350 kg/uur gebrande koffie 4.000 uur/jaar. 1,78 kg/m³ 0,489 kg/kWh
Kapitaalrente: Afschrijving: Onderhoud- en beheerkosten:
5 procent 15 – 25 jaar, afhankelijk van de levensduur 3 procent van de meerinvestering
De investeringen zijn gebaseerd op kentallen en offertes van verschillende leveranciers. Alleen de meerinvestering ten opzichte van de referentiesituatie is in de vergelijking van de verschillende configuraties meegenomen.
Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces configuratie energie opbrengst extra koffieproductie energie kosten onderhoud & beheerkosten kapitaallasten CO2 besparing indicatie (meer)investering terugverdientijd (EVTV)
€/jaar €/jaarw €/jaar €/jaar €/jaar % € jaar
B1 ref ref ref ref ref ref 0 n.v.t.
slecht config./optie B1 B2 B3 B5
omschrijving standaard isolatie extra isolatie branderlucht voorverwarming groene bonen voorverwarming
kwaliteit
geur
B2 700 0 0 0 700 4 9.400 13
minder inpasbaar
B3 1.900 0 190 765 1.800 10 25.500 geen TVT
neutraal beoordelingsaspecten veiligheid
4 | Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders
beter energie
B5 2.700 5.700 270 1.320 3.100 14 44.000 6
goed economie
productie
Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie Uitgangspunt is de beschikbare restwarmte van de installatie volgens configuratie B1. Als de koffiebrandinstallatie is voorzien van energiebesparende maatregelen, dan zal er minder restwarmte beschikbaar zijn.
configuratie energie opbrengst energie kosten onderhoud & beheerkosten kapitaallasten CO2 besparing indicatie investering terugverdientijd (EVTV)
slecht omschrijving ruimteverwaming
kwaliteit
RV 1.800 100 600 2.000 9.016 21.200 20
€/jaar €/jaar €/jaar €/jaar kg/jaar € jaar
geur
minder inpasbaar
neutraal beoordelingsaspecten veiligheid
beter energie
Routekaart 2011 Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in vier aparte factsheets. De factsheets ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ behandelen het optimaliseren van het volledige brandproces. ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en ‘Efficiënte geuremissie van het brandproces’ zijn onderdelen van dat volledige brandproces. Deze factsheet is tot stand gekomen in samenwerking met Innoforte, adviesbureau voor duurzame warmte en koude www.innoforte.nl
5 | Energie-efficiëntieverbetering bij (kleine) koffiebranders
goed economie
productie
Over het MJA-programma De meerjarenafspraken energie-efficiency (MJA’s) zijn overeen komsten tussen de ministeries van EL&I, IenM, Financiën, IPO, bedrijven en instellingen over het effectiever en efficiënter inzetten van energie.
Informatiepunt NL Energie en Klimaat (tussen 9:00 - 12:00 uur en 14:00 - 16:00 uur) Telefoon: (088) 602 9200 E-mail:
[email protected] Internet: www.agentschapnl.nl/mja
Dit is een publicatie van: Agentschap NL NL Energie en Klimaat Croeselaan 15 Postbus 8242 | 3503 re Utrecht t 088 602 70 00 (receptie Utrecht) www.agentschapnl.nl/mja © Agentschap NL | november 2011 Publicatie-nr. 2MJAP1175 Hoewel deze publicatie met de grootst mogelijke zorg is samengesteld kan Agentschap NL geen enkele aansprakelijkheid aanvaarden voor eventuele fouten. Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Agentschap NL voert beleid uit voor diverse ministeries als het gaat om duurzaamheid, innovatie en internationaal. Agentschap NL is hét aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken en wet- en regelgeving. De divisie NL Energie en Klimaat versterkt de samenleving door te werken aan de energie- en klimaatoplossingen van de toekomst.
