Haalbaarheidsstudie: benutting restwarmte AgruniekRijnvallei

QING Sustainable Bezoekadres: Industriepark Kleefse Waard Westervoortsedijk 73 6827 AV Arnhem

Postadres: Postbus 882 6800 AW Arnhem

Contact: T+31 (0)26 3195090 E: [email protected] I: WWW.QING.NL

Haalbaarheidsstudie: benutting restwarmte AgruniekRijnvallei

Opdrachtgever

Projectnummer Versie Auteur(s) Datum

AgruniekRijnvallei Dhr. W. Benus Dhr. J.A. Getkate 2013-005 1.0 Arno Albers & Friso Huizinga april-2015

Copyright © 2015, QING Sustainable, Arnhem, Nederland. Alle rechten voorbehouden. Dit document bevat vertrouwelijke informatie. Overdracht van de informatie aan derden zonder schriftelijke toestemming van QING Sustainable is verboden. Hetzelfde geldt voor het kopiëren (elektronische kopieën inbegrepen) van het document of een gedeelte daarvan. Het is verboden om dit document op enige manier te wijzigen, het opsplitsen in delen daarbij inbegrepen. In geval van afwijkingen tussen een elektronische versie (bijv. een PDF bestand) en de originele door QING Sustainable verstrekte papieren versie, prevaleert laatstgenoemde. QING Sustainable en/of de met haar gelieerde bedrijfstakken zijn niet aansprakelijk voor enige directe, indirecte, bijkomstige of gevolgschade ontstaan door of bij het gebruik van de informatie of gegevens uit dit document, of door de onmogelijkheid die informatie of gegevens te gebruiken.

Versie: 1.0

Haalbaarheidsstudie: Benutting restwarmte AgruniekRijnvallei

ii

INHOUDSOPGAVE Lijst met figuren ..................................................................................................................................................... IV Lijst met tabellen.................................................................................................................................................... IV

MANAGEMENT SAMENVATTING ............................................................................................... V 1

INLEIDING ............................................................................................................................ 1

2

ACHTERGROND .................................................................................................................... 2 2.1 2.2 2.3

3

POTENTIE WARMTETERUGWINNING .................................................................................... 5 3.1 3.2

4

SCENARIO’S .............................................................................................................................. 8 TECHNISCHE PRINCIPE SCHEMA’S.............................................................................................. 9 WARMTENET .......................................................................................................................... 15 WARMTE KOUDE OPSLAG ....................................................................................................... 15

SIMULATIES ENERGIE ......................................................................................................... 17 5.1 5.2 5.3

6

KOELPROCES............................................................................................................................. 5 POTENTIËLE WARMTE ............................................................................................................... 5

SCENARIO’S EN TECHNISCHE ONTWERPEN VOOR WARMTETERUGWINNING ........................ 8 4.1 4.2 4.3 4.4

5

PRODUCTIE............................................................................................................................... 2 PROCES .................................................................................................................................... 2 ENERGIEVERBRUIK.................................................................................................................... 3

INPUT PARAMETERS ENERGIE ................................................................................................. 17 ENERGIESYSTEMEN ................................................................................................................. 18 JAARCALCULATIES .................................................................................................................. 19

RESULTATEN ...................................................................................................................... 22 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

NUTTIG GELEVERDE ENERGIE EN CO2 REDUCTIE ...................................................................... 22 OPBRENGSTEN EN KOSTEN ..................................................................................................... 23 INVESTERINGEN ...................................................................................................................... 24 TERUGVERDIENTIJDEN ............................................................................................................ 24 WARMTETERUGWINNING EN GEUREMISSIES .......................................................................... 25

7

OVERZICHTSMATRIX .......................................................................................................... 26

8

BRONNEN .......................................................................................................................... 28

BIJLAGE A: SAMENSTELLING VEEVOER ...................................................................................... 29 BIJLAGE B: MOLLIER DIAGRAM ................................................................................................. 30

Versie: 1.0


iii

Lijst met figuren FIGUUR 1 A-C, IMPRESSIE GRONDSTOFFEN (A) EN EINDPRODUCTEN; MEEL (B) EN PELLETS (C) ...................................... 2 FIGUUR 2, VISUEEL OVERZICHT PRODUCTIEPROCES VEEVOEDERS .................................................................................... 3 FIGUUR 3, PRODUCTIE 2014; GAS (ROOD) EN WATER (BLAUW)........................................................................................ 4 FIGUUR 4, PRODUCTIE 2014; ELEKTRICITEIT ...................................................................................................................... 4 FIGUUR 5, STOOMKETEL ..................................................................................................................................................... 5 FIGUUR 6, PERS (BOA) ........................................................................................................................................................ 5 FIGUUR 7, KOELER .............................................................................................................................................................. 5 FIGUUR 8, KOELER (SCHEMA) ............................................................................................................................................. 6 FIGUUR 9, FILTERKAST ........................................................................................................................................................ 6 FIGUUR 10, LUCHTSCHACHT MET VENTILATOR ................................................................................................................. 6 FIGUUR 11, TEMPERATUREN, METINGEN 5 T/M 12 MRT 2014 ......................................................................................... 7 FIGUUR 12, LUCHTVOCHTIGHEID, METINGEN 5 T/M 12 MRT 2014................................................................................... 7 FIGUUR 13, ENERGIE BEHOEFTE GEDURENDE HET JAAR; EIGEN TERREIN EN WONINGCOMPLEXEN ............................... 9 FIGUUR 14, PRINCIPE SCHEMA WARMTETERUGWINNING BIJ ARV: SCENARIO 1 ............................................................ 11 FIGUUR 15, PRINCIPE SCHEMA WARMTETERUGWINNING BIJ ARV: SCENARIO 2 ............................................................ 12 FIGUUR 16, PRINCIPE SCHEMA WARMTETERUGWINNING BIJ ARV: SCENARIO 3 ............................................................ 13 FIGUUR 17, SCHEMATISCH ONTWERP WARMTENET NAAR WONING COMPLEXEN (SCENARIO 3) ................................. 14 FIGUUR 18, LUCHTFOTO RIJNHAVEN 14 TE WAGENINGEN MET ARCERING AANDACHTSGEBIEDEN .............................. 16 FIGUUR 19, SCHEMATISCHE WEERGAVE MASSASTROMEN 1 T/M 4 ............................................................................... 17 FIGUUR 20, TEMPERATUUR DATA (KNMI & AGRUNIEKRIJNVALLEI) ................................................................................ 19 FIGUUR 21, PRODUCTIEDATA AGRUNIEKRIJNVALLEI ....................................................................................................... 20 FIGUUR 22, PROCES TEMPERATUURDATA BIJ ENKEL WARMTETERUGWINNING (KNMI & AGRUNIEKRIJNVALLEI) ........ 20 FIGUUR 23, ENERGIEBESCHIKBAAR NA WARMTETERUGWINNING ................................................................................. 21 FIGUUR 24, ENERGIEVRAAG: EIGEN TERREIN & WONINGCOMPLEXEN ........................................................................... 21 FIGUUR 25, NUTTIGE ENERGIE GELEVERD PER SCENARIO ............................................................................................... 22 FIGUUR 26, CONCENTRATIE GEUREMISSIE OP 7 LOCATIES NABIJ AGRUNIEKRIJNVALLEI ................................................ 25 Lijst met tabellen TABEL 1, OVERZICHT PRODUCTIECAPACITEIT EN EIGENSCHAPPEN VEEVOER ................................................................... 2 TABEL 2, BENCHMARK ENERGIEVERBRUIK PER EINDPRODUCT (SENTERNOVEM, 2007) ................................................... 3 TABEL 3, OVERZICHT ENERGIETARIEVEN EN JAARLIJKS ENERGIEVERBRUIK VOOR PRODUCTIEPROCES3 .......................... 4 TABEL 4, TYPISCH ELEKTRICITEITSVERBRUIK AGRUNIEKRIJNVALLEI................................................................................... 4 TABEL 5, TYPISCH GASVERBRUIK AGRUNIEKRIJNVALLEI .................................................................................................... 4 TABEL 6, OVERZICHT BELASTING VAN DE VIJF PERSLIJNEN VOOR EEN TYPISCHE WEEK ................................................... 6 TABEL 7, BENADERING ENERGIEBALANS IN ÉÉN KOELER ................................................................................................... 6 TABEL 8, OVERZICHT SCENARIO'S VOOR WARMTE EXPLOITATIE EN DE BIJBEHORENDE ENERGIESYSTEMEN .................. 8 TABEL 9, OVERZICHT EXPLOITATIE MOGELIJKHEDEN EN ENERGIEVRAAG ......................................................................... 8 TABEL 10, WONINGCOMPLEXEN: GALERIJFLATS EN PORTIEKFLATS MET KETELHUIS ...................................................... 15 TABEL 11, ALGEMENE PARAMETERS ................................................................................................................................ 17 TABEL 12, KLIMAAT PARAMETERS .................................................................................................................................... 17 TABEL 13, PARAMETERS MASSASTROMEN 1 EN 2 ........................................................................................................... 18 TABEL 14, PARAMETERS MASSASTROMEN 3 EN 4 ........................................................................................................... 18 TABEL 15, WARMTEVERLIEZEN PER SCENARIO ................................................................................................................ 18 TABEL 16, PARAMETERS WARMTEPOMPEN PER SCENARIO ............................................................................................ 18 TABEL 17, PARAMETERS OPSLAG SYSTEMEN (M.N. WKO) ............................................................................................... 19 TABEL 18, NUTTIG GELEVERDE ENERGIE EN CO2 REDUCTIE ............................................................................................. 23 TABEL 19, ELEKTRICITEITSKOSTEN EN WARMTE OPBRENGSTEN WARMTETERUGWINNING .......................................... 23 TABEL 23, NOODZAKELIJKE INVESTERINGEN PER SCENARIO VOOR WARMTETERUGWINNING ...................................... 24 TABEL 25, TERUGVERDIENTIJDEN VOOR WARMTETERUGWINNING ............................................................................... 24 TABEL 22, SITUATIES DIE BURO BLAUW HEEFT DOORGEREKEND EN DE SITUATIE NA WARMTETERUGWINNING ......... 25 TABEL 23, CONCENTRATIE GEUREMISSIE OP 7 LOCATIES (ROOD IS OVERSCHRIJDING) .................................................. 25 TABEL 24, SCENARIO'S VOOR WARMTETERUGWINNING................................................................................................. 26 TABEL 25, OVERZICHTSMATRIX BELANGRIJKSTE RESULTATEN ........................................................................................ 27

Versie: 1.0


iv

MANAGEMENT SAMENVATTING AgruniekRijnvallei produceert en levert veevoeders voor alle veehouderijsectoren. Bij de productie van veevoeders wordt veel energie gebruikt, met name bij het conditioneren en persen. Momenteel wordt de warmte die gedurende deze processen vrijkomt via een schoorsteen afgevoerd. Dit betreft lucht hoeveelheden van ca. 60.000-100.000 m3 per uur. Op basis van een eerste schatting bedraagt de maximale economsiche waarde van deze warmte jaarlijks ongeveer € 250.000. QING Sustainable is gevraagd de mogelijkheden te onderzoeken voor het benutten van deze restwarmte. Vraagstelling De bovenstaande situatie is vertaald naar de volgende hoofdvraag: 1. Wat zijn de mogelijkheden in het productie proces voor warmte terugwinning en wat is hiervan de potentie voor energiebesparing en wat is de te verwachte business case? Scenario’s In samenwerking met Doorgeest Koeltechniek heeft QING Sustainable de volgende scenario’s gedefnieerd voor het terugwinnen en exploiteren van restwarmte en het conditioneren van de koellucht (zie ook onderstaande tabel): Huidige situatie Warmteterugwinning voor eigen terrein Warmteterugwinning voor eigen terrein & woningen Warmteterugwinning voor eigen terrein & warmtenet

Referentie Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

2x 1x

Warmte Koude Opslag

Warmtepomp (kW)

Warmtewisselaar

Hoofdsystemen

Warmtenet Liander

Warmte exploitatie

Eigen terrein

Scenario

Buffervat (5m3)

Referentie: Scenario 1: Scenario 2: Scenario 3:

Woning complexen

   

60 500 600

Simulaties Op basis van opnames op locatie, interviews en nauwkeurige metingen zijn alle scenario’s gesimuleerd op dag-basis gedurende een heel jaar. Hierbij zijn weerdata en productie data gekoppeld aan vraagprofielen om zo de verschillende energiesystemen door te rekenen. Middels de meetwaardes van de Kleijn is een relatie gelegd tussen uitgaande procestemperatuur en absolute luchtvochtigheid om het verwachte vochtverlies per scenario te bepalen. Overzichtsmatrix De onderstaande tabel geeft de belangrijkste resultaten van de haalbaarheidsstudie weer:

Versie: 1.0


v

Resultaten Warmteterugwinning: Max. energie beschikbaar Nuttig energie WTW Aandeel WTW Netto CO2 reductie per jaar Totale elektriciteitskosten Totale warmteopbrengst Netto opbrengst Investering Terugverdientijd

Versie: 1.0

Ref. 23.234 0,0% €0 €0 €0 €0 -

1 23.234 807 3,5% 21 € 3.631 € 8.554 € 4.922 € 120.300 24,4

2 23.234 8.336 35,9% 163 € 45.846 € 116.275 € 70.428 € 1.194.000 17,0


3 23.234 15.943 68,6% 480 € 59.253 € 124.160 € 64.907 € 571.500 8,8

Eenh. GJ/jr GJ/jr % tCO2/jr €/jaar €/jaar €/jaar € Jaar

vi

1

Inleiding

AgruniekRijnvallei produceert en levert veevoeders voor alle veehouderijsectoren. Bij de productie van veevoeders wordt veel energie gebruikt, met name bij het conditioneren en persen. Momenteel wordt de warmte die gedurende deze processen vrijkomt via een schoorsteen afgevoerd. Dit betreft lucht hoeveelheden van ca. 60.000-100.000 m3 per uur. Op basis van een eerste schatting bedraagt de maximale economsiche waarde van deze warmte jaarlijks ongeveer € 250.000. QING Sustainable is gevraagd de mogelijkheden te onderzoeken voor het benutten van de restwarmte en de mogelijkheden voor het conditioneren van de koellucht. Vraagstelling De bovenstaande situatie is vertaald naar de volgende hoofdvraag: 1. Wat zijn de mogelijkheden in het productie proces voor warmte terugwinning, wat is hiervan de potentie voor energiebesparing en levert dit een interessante business case? Aanpak De bovenstaande vraag is als volgt onderzocht. Allereerst zijn er middels interviews en opnames op lokatie benodigde data verzameld en is inzicht verkregen in het veevoeder productieproces. Vervolgens zijn middels brainstorm sessies met technische medewerkers, Doorgeest Koeltechniek en QING Sustainable de mogelijkheden in kaart gebracht voor warmte terugwinning in het proces. Daarna zijn de mogelijke scenario’s in kaart gebracht om deze restwarmte te benutten. De scenario’s zijn gesimuleerd op dag-basis gedurende een typisch jaar om de energiebesparingen op jaar basis te achterhalen. Op basis van deze resultaten en verwachte investeringen zijn ook de bijbehorende business cases doorgerekend. Vervolgens is door Buro Blauw het effect van lagere lucht temperaturen, als gevolg van warmteterugwinning, op de geuremissies onderzocht bij AgruniekRijnvallei. Uiteindelijk zijn de verkregen resultaten geanalyseerd en zijn deze naast elkaar gezet in een overzichtsmatrix. Opbouw rapport Om inzicht te geven in de benadering en verkregen resultaten is dit onderzoek in de volgende hoofdstukken bondig beschreven:  Hoofdstuk 2: Achtergrond  Hoofdstuk 3: Potentie warmteterugwinning  Hoofdstuk 4: Scenario’s en technische ontwerpen voor warmteterugwinning  Hoofdstuk 5: Simulaties energie  Hoofdstuk 6: Resultaten  Hoofdstuk 7: Overzichtsmatrix  Bijlages

Versie: 1.0


1

Achtergrond

2

In dit hoofdstuk wordt een overzicht gegeven van de relevante data die is verzameld middels, literatuur, interviews en opnames op lokatie. Deze data betreft o.a. productiegegevens, procesgegevens en energieverbruik.

2.1

Productie

AgruniekRijnvallei produceert verscheidene soorten veevoeders; pluimveevoeders, varkensvoeders, rundveevoeders & overige voeders en enkelvoudige voeders, een impressie is te vinden in figuur 1 (AgruniekRijnvallei, 2013). Figuur 1 A-C, Impressie grondstoffen (A) en eindproducten; meel (B) en pellets (C)

Tabel 1 geeft inzicht in de jaarlijkse productie capaciteit en de eigenschappen van de veevoeders. Op basis van de productie in 2014 wordt er ca. (...) ton veevoer per productiedag geproduceerd. Verder is de kostprijs van veevoeders om en nabij als volgt opgebouwd: grondstoffen (80%), overig (personeel, afschrijving, transport etc.) (19%) en energiekosten (1%). Tabel 1, Overzicht productiecapaciteit en eigenschappen veevoer

Parameters Productie 2014 meel eindproduct1 Productie 2014 geperst eindproduct1 Gemiddelde netto kostprijs (geperst) Soortelijk gewicht Soortelijke warmte2

2.2

Waarde

0,775 2.017

Eenheid ton/jaar ton/jaar €/ton kg/liter J/kgK

Proces

In het kort valt het productieproces te beschrijven middels de volgende stappen; aanvoer grondstoffen (granen, mais, tarwe, soja, mineralen etc.), het doseren, malen en mengen van de grondstoffen, het persen van het veevoer tot korrels en transport en aflevering van het eindproduct. Het productieproces van veevoeders bestaat in totaal uit 24 stappen welke visueel zijn weergegeven in figuur 2. Het productieproces van AgruniekRijnvallei draait vrijwel continu; 24 uur per dag, 5 dagen per week (excl. weekenden en feestdagen). Noemenswaardig is dat het proces gebruik maakt van de zwaartekracht voor intern transport van de grondstoffen, vandaar dat het materiaal tussen de stappen door verticaal wordt verplaatst. Ook is het relevant dat het grootste deel (ca. 90%)1 van de mengvoeders in geperste vorm wordt afgeleverd (pellets/korrels) en dus door de perserij gaan.

1 2

Extrapolatie op basis van productie gegevens (...) Soortelijke warmte is berekend op basis van samenstelling varkensvoer, zie bijlage A.

Versie: 1.0


2

Figuur 2, Visueel overzicht productieproces veevoeders

1. Loskraan 2. Ontvangstbunker 3. Elevator 4. Ketting 5. Stortput 6. Grondstofsilo’s

2.3

7. Doseersilo’s 8. Kleincomponenten silo’s 9. Doseerwegschaal 10. Maalbunkers 11. Zeefinstallatie 12. Hamermolens

13. Menger 14. Continumixer 15. Persmeelcel 16. Conditionering 17. Pers 18. Sluis

19. Koeler 20. Zeefinstallatie 21. Gereedproductsilo’s 22. Bulkweger 23. Contracellen 24. Laadstraat

Energieverbruik

In 2007 heeft Senternovem een informatieblad gepubliceerd met daarin een benchmark van het energieverbruik van 170 mengvoedervestigingen in Nederland. Op basis hiervan zijn in tabel 2 het typische gasverbruik en elektriciteitsverbruik uitgesplitst naar de belangrijkste processtappen voor de meel en geperste eindproducten. Bij de productie van meel wordt geen gas verbruikt en is derhalve niet weergegeven. (Senternovem, 2007) Tabel 2, Benchmark energieverbruik per eindproduct (Senternovem, 2007)

Processtap

Grondstoffen inname Doseer-/maal-/menglijn Korrelperserij Transport en aflevering Overig Totaal Totaal (MJ/ton)

Elektriciteitsverbruik meel eindproduct kWh/ton % 2-4 20 % 6 - 12 60 % 0 0% 1-2 10 % 1-2 10 % 10 - 20 100 % 36 - 72 -

Elektriciteitsverbruik geperst eindproduct kWh/ton % 3,2 - 4,8 8% 8 - 12 20 % 26 - 39 65 % 1,6 - 2,4 4% 1,2 - 1,8 3% 40 - 60 100 % 144 - 216 -

Gasverbruik geperst eindproduct m3/ton % 0 0% 0 0% 1,8 - 5,4 91 % 0 0% 0,2 - 0,6 9% 2-6 100 % 62 - 186 -

De bovenstaande gegevens zijn inmiddels zeven jaar oud en hebben een redelijke bandbreedte. Dit laatste is te verklaren door de grote verschillen tussen de verschillende producenten; verhouding meel/korrel productie, uitvoering persproces, machinepark en bezettingsgraad etc. Bij AgruniekRijnvallei in Wageningen wordt ca. 90% geperste eindproducten geproduceerd, waarbij de korrelperserij de meest energie intensieve stap is. Tabel 3 geeft een overzicht van de energietarieven en het jaarlijkse energieverbruik van AgruniekRijnvallei over 2014, uitgesplitst naar gas, elektriciteit en water. Om meer inzicht te geven in het profiel van deze verbruiken, zijn ook de maandelijkse verbruiken weergegeven in figuren 3 en 43. 3

Waardes zijn gebasseerd op data jan 2014 t/m nov 2014; december 2014 verkregen middels extrapolatie.

Versie: 1.0


3

Tabel 3, Overzicht energietarieven en jaarlijks energieverbruik voor productieproces3

Waarde

Eenheid €/kWh €/kWh €/m3 €/m3 m3/jaar kWh/jaar kWh/jaar kWh/jaar m3/jaar m3/jaar m3/jaar

600.000

500

500.000

Nacht

0

Dec

Dec

Okt

Nov

Aug

0

Sept

Jul

Jun

Mei

Jan

Feb

Apr

Water stoomketel

0

Dag

100.000

Nov

100

Water productie

5.000

Okt

10.000

200.000

Sept

Gas productie

Jul

200

Aug

15.000

300.000

Jun

300

20.000

Apr

25.000

400.000

Mei

400

Maa

30.000

600

Jan

35.000

Maa

Gasverbruik - rood (m3)

40.000

-

Figuur 4, Productie 2014; elektriciteit

Waterverbruik - blauw (m3)

45.000

Percentage

Feb

Figuur 3, Productie 2014; gas (rood) en water (blauw)

Elektriciteitsverbruik (kWh)

Energietarieven en verbruik Elektriciteitsprijs 2014 (incl. belasting) Elektriciteitsprijs 2015 (incl. belasting) Gasprijs 2014 (incl. belasting) Gasprijs 2015 (incl. belasting) Gasverbruik stoomproductie Elektriciteit dag Elektriciteit nacht Elektriciteit totaal Water productie Water stoomketel (100% voor pers) Water totaal

Op basis van deze data kan een grove indicatie worden gemaakt van het typische energieverbruik van AgruniekRijnvallei en hoe zij presteert t.o.v. de gemiddelde mengvoeder industrie (tabellen 4 en 5). Volgens de benchmark was het elektriciteitsverbruik toendertijd gemiddeld ca. 15 kWh/ton en ca. 50 kWh/ton voor respectievelijk meel en geperste producten. AgruniekRijnvallei scoort dan ook met 13,9 en 46,0 kWh/ton t.o.v. deze benchmark redelijk goed. Het typische gasverbruik is 2 m3/ton wat aanzienlijk lager uitvalt dan de benchmark van gemiddeld ca. 4 m3/ton. Tabel 4, Typisch elektriciteitsverbruik AgruniekRijnvallei

Eindproduct

Elektr. verbruik [%]4

Elektriciteitsverbruik [kWh/jaar]

Productie [ton/jaar]

Typisch verbruik [kWh/ton]

Kosten [€/ton]

Meel eindproduct Geperst eindproduct Totaal Tabel 5, Typisch gasverbruik AgruniekRijnvallei

Eindproduct

Gasverbruik [%]

Gasverbruik [m3/jaar]

Productie [ton/jaar]

Typisch verbruik [m3/ton]

Kosten [€/ton]

Geperst eindproduct

4

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑎𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑡𝑒𝑖𝑡𝑠𝑣𝑒𝑟𝑏𝑟𝑢𝑖𝑘 (...)

Versie: 1.0


4

3

Potentie warmteterugwinning

Het vorige hoofdstuk heeft inzicht gegeven in het energieverbruik van AgruniekRijnvallei. Deze resultaten gecombineerd met opnames op lokatie en enkele brainstorm sessies hebben aangetoond dat de grootste besparing mogelijk zou moeten zijn na het koelproces (stap 19 in figuur 2). Het doel van dit hoofdstuk is het in kaart brengen van de potentie voor het terugwinnen van warmte uit dit koelproces.

3.1

Koelproces

Alvorens tot een geperst eindproduct kan komen dient het product (meel) eerst geconditionerd te worden (stap 16). Hierbij worden grote hoeveelheden stoom toegevoegd om enerzijds het zetmeel te onsluiten (temperaturen noodzakelijk >65°C) en anderzijds om de substantie beter kneedbaar te maken zodat het vervolgens tot pellets kan worden gevormd. Dit laatste gebeurt tijdens stap 17 in de pers, ook wel de ‘BOA’ genoemd. In deze pers wordt onder grote mechanische druk het kneedbare meel door geperforeerde platen geperst waarbij langwerpige korrels ontstaan. Ook tijdens het mechanisch persen stijgt de temperatuur van het product (<85°C om vitamines te behouden). Na deze stap komen de geperste korrels van ca. 80°C in een grote koeler, waar ze middels aangezogen lucht uit de productiehal worden afgekoeld tot ongeveer 5°C boven buiten temperatuur (gemiddeld 15°C). De opgewarmde binnenlucht (ca. 45°C als gevolg van het koelen) wordt vervolgens via vijf schachten afgezogen en middels één schoorsteen naar buiten geleid. Het productieproces van AgruniekRijnvallei bevat namelijk vijf van deze productielijnen (pers en koeler) die parallel zijn ingericht en welke gezamenlijk (...) ton geperst veevoer per jaar produceren. Zie ook figuren 5, 6 en 7. Figuur 5, Stoomketel

Figuur 6, Pers (BOA)

Figuur 7, Koeler

Zoals in het vorige hoofdstuk is toegelicht is voor geperste eindproducten ca. 90% van het gasverbruik nodig voor het conditioneren (stoomketel) en ca. 65% van het elektriciteitsverbruik nodig voor het mechanisch persen.

3.2

Potentiële warmte

Een schematische weergave van de koeler is te zien in figuur 8. In deze figuur zijn twee stromen zichtbaar: (1) de stroom veevoer die wordt afgekoeld en (2) de luchtstroom om het product af te koelen. De gekoelde lucht wordt middels een ventilator door een filterkast heen gezogen zodat er geen vervuilde lucht wordt uitgestoten en de reststromen zoveel mogelijk kunnen worden hergebruikt (figuren 9 en 10). Eerder is aangegeven dat er jaarlijks (...) ton aan geperst veevoer wordt geproduceerd. Exclusief weekenden en feestdagen betreft dit 254 productie dagen van 24 uur. In tabel 6 is een overzicht gegeven van (...).

Versie: 1.0


5

Figuur 8, Koeler (schema)

Figuur 9, Filterkast

Figuur 10, Luchtschacht met ventilator

Tabel 6, Overzicht belasting van de vijf perslijnen voor een typische week

Pers

Belast [uur]

[%]

Onbelast [uur] [%]

Uit [uur]

[%]

Totaal [uur]

Bovenstaande tabel geeft aan dat het productie proces (...). Op basis van de verkregen data is in tabel 7 de energiebalans in de koelers opgesteld. Hiervoor is tevens gebruik gemaakt van de onderstaande formule, waarbij de totale warmte hoeveelheid van de beschreven stromen uit eindelijk aan elkaar gelijk moeten zijn. Hieruit volgt dat de massastroom lucht ca. 5,0 kg/s moet zijn, oftewel ruim 15.000 m3 warmte lucht per uur per perslijn bij vollast. 𝑊𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒 ℎ𝑜𝑒𝑣𝑒𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑: 𝑄 [𝐽] = 𝑚̇ [

𝑘𝑔 𝐽 ]∙𝐶 [ ] ∙ ∆𝑇 [𝐾] 𝑠 𝑘𝑔 ∙ 𝐾

Tabel 7, Benadering energiebalans in één koeler

Parameters Soortelijk gewicht (𝜌) (bij 20°C) Soortelijke warmte5 (𝐶) (bij 20°C) Massastroom6 (𝑚̇) Temperatuur IN (𝑇𝐼𝑁 ) Temperatuur UIT (𝑇𝑈𝐼𝑇 ) Temperatuursverschil (∆𝑇) Warmte hoeveelheid (𝑄1 = 𝑄2 ) Volumestroom

Eindproduct

Lucht 775,0 2.017 1,62 80,0 15,0 65,0 212,1 7,51

1,14 1.412 5,01 15,0 45,0 30,0 212,1 15.810,4

Eenheid kg/m3 J/kgK kg/s °C °C °C kJ m3/uur (vollast) per lijn

5

Warmtecapaciteit van lucht bij gemiddelde conditities: 34°C en 17% relatieve luchtvochtigheid (is ca. 5 gr/kg absolute luchtvochtigheid). 6

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜𝑜𝑚 𝑒𝑖𝑛𝑑𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡 = (… ) = 1,62

Versie: 1.0

𝑘𝑔 𝑠


6

Ook is er data beschikbaar van metingen (op 5-minuten basis) die zijn verricht door de Kleijn van 5 t/m 12 maart 2014, de resultaten hiervan zijn geplot in figuren 11 en 12. Er zijn in totaal vier parameters gemeten; ingaande en uitgaande lucht temperaturen en de relatieve luchtvochtigheid van de ingaande en uitgaande luchtstromen. Figuur 11, Temperaturen, metingen 5 t/m 12 mrt 2014

Figuur 12, Luchtvochtigheid, metingen 5 t/m 12 mrt 2014 35,0

Abs. luchtvochtigheid UIT (gr/kg)

60,0

Temperatuur (gr. C)

50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

288

576

864

1152

1440

1728

2016

-10,0

30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 -5,0

0

288

576

Tijd (5 min) KNMI

IN

KNMI

UIT

864

1152

1440

Tijd (5 min) IN

UIT

1728

Figuren 11 en 12 geven op detail niveau weer wat er precies gebeurt met de lucht voor (blauw) en na (rood) het koelproces. Ter verduidelijking zijn er ook weergegevens van KNMI toegevoegd (groen) met de lucht temperatuur en absolute luchtvochtigheid op die specifieke dagen (KNMI, 2014). Uit deze grafieken kan het volgende worden geobserveerd:  Doordeweeks draait het proces vrijwel continu. In het weekend (in grafiek ca. 864-1440 5-min) staat het proces uit en zijn de in- (blauw) en uitgaande (rood) luchttemperaturen aan elkaar gelijk.  De ingaande temperatuur (blauw) is hoger dan de buiten temperatuur (groen); het gebouw en proces verwarmen de binnen temperatuur alvorens deze de koeler in gaat.  Absolute luchtvochtigheid buiten (groen) en binnen (blauw) zijn vrijwel aan elkaar gelijk. Absolute luchtvochtigheid na het proces is aanzienlijk hoger (rood), wat betekent dat er vocht aan het product is onttrokken. Samenvattend, elke perslijn draait ongeveer 6.096 productie uren per jaar wat resulteert in vijf luchtstromen van elk ruim 15.000 m3 per uur van 45°C. Dit geeft een ideale mogelijkheid voor het terugwinnen van proceswarmte. Indien AgruniekRijnvallei zelf een dergelijke hoeveelheid lucht met gemiddeld 30°C zou willen verwarmen is hier jaarlijks ruim 630.000 m3 gas nodig7. Daarmee heeft de warmte voor Agruniek een maximale waarde van bijna € 234.000 per jaar.

7

𝐺𝑎𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑤𝑎𝑟𝑚𝑡𝑒 =

Versie: 1.0

𝑚3 𝑢𝑢𝑟 ∙ 6.096 𝑢𝑢𝑟 𝑗𝑎𝑎𝑟

𝑘𝑔 𝐽 ) ∙ 1.412 ∙ 30 𝐾 𝑘𝑔𝐾 𝑚3 𝑀𝐽 𝐽 100% 𝑜𝑝𝑤𝑒𝑘𝑘𝑖𝑛𝑔𝑠𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 ∙ 35 3 ∙ 106 𝑀𝐽 𝑚

(5 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑙𝑖𝑗𝑛𝑒𝑛 ∙ 15.000

∙1.14


= 630.811

𝑚3 𝑔𝑎𝑠 𝑗𝑎𝑎𝑟

7

2016

Scenario’s en technische ontwerpen voor warmteterugwinning

4

In hoofdstuk 3 is uitvoerig gekeken naar de totaal beschikbare warmte. Samen met Doorgeest Koeltechniek heeft QING Sustainable drie hoofd scenario’s bedacht voor het benutten en exploiteren van deze warmte met drie daarbij behorende principe ontwerpen.

Scenario’s

4.1

Er is onderscheid gemaakt tussen de volgende drie scenario’s voor warmteterugwinning:   

Scenario 1: Warmteterugwinning voor eigen terrein Scenario 2: Warmteterugwinning voor eigen terrein & woningen Scenario 3: Warmteterugwinning voor eigen terrein & warmtenet

Het belangrijkste verschil tussen scenario’s 1 t/m 3 is de warmte exploitatie, zie ook tabel 8. In alle scenario’s wordt er in ieder geval warmte geleverd aan de kantoren en vloeistoftanks op het eigen terrein van AgruniekRijnvallei. Bij scenario 1 wordt enkel warmte geleverd op het eigen terrein. In scenario 2 wordt tevens warmte geleverd aan woningen in de nabije omgeving middels een privaat warmtenet. In scenario 3 wordt tevens warmte geleverd aan een publiek warmtenet van Liander dat mogelijk in de nabije toekomst wordt gerealiseerd. De technische specificaties zijn verder uitgewerkt in hoofdstuk 4.2. Tabel 8, Overzicht scenario's voor warmte exploitatie en de bijbehorende energiesystemen

Referentie Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

2x 1x

Warmte Koude Opslag

Warmtepomp (kW)

Warmtewisselaar

Buffervat (5m3)

Hoofdsystemen

Warmtenet Liander

Woning complexen

Warmte exploitatie

Eigen terrein

Scenario

60 500 600

De dimensionering van de warmtepompen voor scenario’s 1 en 2 zijn gebasseerd op 40% van de maximale vermogensbehoefte aan de vraagzijde (eigen terrein en woningcomplexen). Dit zorgt enerzijds voor een relatief beperkte investeringsbehoefte voor de warmtepompen, anderzijds kunnen deze zoveel mogelijk uur op vollast vermogen draaien waardoor de warmtepompen een hoog rendement kunnen behalen. De warmtepompen bij scenario 3 zijn gedimensioneerd op het minimale vermogen dat er beschikbaar is aan de aanbodzijde (proces) gedurende het jaar (het vermogen op de koudste dag van het jaar). Zo kan ook deze warmtepomp zoveel mogelijk uur op vollast draaien, resulterende in hoger rendementen. Indien de buitentemperatuur hoger is dan 16 graden Celsius worden de warmtepompen volledig uitgeschakeld. Tabel 9, Overzicht exploitatie mogelijkheden en energievraag

Energievraag per exploitatie mogelijkheid Energievraag eigen terrein (kantoren) Energievraag vloeistoftanks Energievraag huishoudens (320 stuks) Energievraag warmenet (afgifte altijd mogelijk)

Versie: 1.0

Gasverbruik [m3/jaar] 16.800 45.000 370.050 -

Energieverbruik [GJ/jaar] 588 1.575 12.952 -


Eenheid m3/jaar m3/jaar m3/jaar -

8

Figuur 13, Energie behoefte gedurende het jaar; eigen terrein en woningcomplexen 90,0

Woningcomplexen Eigen terrein (kantoren & vloeistoftanks)

80,0

Energie (GJ/dag)

70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180 Dagen

210

240

270

300

330

360

Tabel 9 geeft per exploitatie mogelijkheid het totale gasverbruik voor verwarming per jaar en op basis 𝑀𝐽 𝑀𝐽 daarvan ook het totale energieverbruik (o.b.v. 35 𝑚3 en 1.000 𝐺𝐽 ). In het geval van scenario 3 is er vanuit gegaan dat de opgewekte warmte altijd kan worden aangeboden aan het warmtenet van Liander. Middels standaard vraagprofielen zijn de jaarlijkse energiebehoeftes verdeeld over de dagen van het jaar, zie figuur 13. Helaas is er geen scenario mogelijk waarbij de opgewekte warmte teruggevoerd kan worden in het proces. In dat geval zou de warmte (water van ca. 50°C) de stoomketel kunnen voorverwarmen, echter is de retour van de stoomketel al >90°C waardoor dit niet tot de mogelijkheden behoort.

4.2

Technische principe schema’s

In figuren 14, 15, 16 en 17 zijn de technische principe schema’s weergegeven voor scenario’s 1, 2 en 3. In de eerste drie de figuren zijn de 5 koelers afgebeeld waarin het veevoer wordt afgekoeld met aangezogen lucht (blauw is ingaande lucht, rood is uitgaand lucht). Vervolgens wordt deze lucht gefilterd en afgevoerd via de schoorsteen. In scenario 1 (figuur 14) wordt na één koeler een lucht-water warmtewisselaar (LWW) toegevoegd, twee buffervaten (à 5 m3) en een warmtepomp (60 kW). Door de stroomsnelheid van het water te varieren is het mogelijk een zeer constante water temperatuur van 20-25°C te bewerkstelligen welke gebuffert kan worden in het eerste buffervat. Vervolgens dient dit buffervat als een uiterst stabiele bron voor de warmtepomp welke daardoor met een hoog rendement (COP ≈ 5,0) het tweede buffervat kan verwarmen tot 45-50°C. Het vermogen van de warmtepomp is gedimensioneerd op de hoeveelheid energie die beschikbaar is op de koudste dag van het jaar, zo kan de warmtepomp altijd op vol vermogen draaien zodat een hoge COP factor behaald kan worden. Uiteindelijk wordt de opgewekte warmte benut voor de kantoren op het terrein van AgruniekRijnvallei en voor het verwarmen van de vloeistoftanks. In dit scenario kan warmte alleen worden opgewekt op de dagen dat het proces draait en de warmtevraag is afhankelijk van de buiten temperatuur. Bij scenario 2 (figuur 15) worden in totaal vijf lucht-water warmtewisselaars (LWW’s) toegepast, een Warmte Koude Opslag (WKO) en een warmtepomp (500 kW). Het vermogen van de warmtepomp is hierbij gedimensioneerd op ca. 40% van de maximale vermogensbehoefte van de woningcomplexen om een stabiele baseload aan warmte te leveren waarbij de warmtepompen optimaal functioneren. Wederom wordt de stroomsnelheid van het water gevarieerd om gedurende het hele jaar het WKO systeem te laden met 2025°C. Vervolgens biedt de WKO de mogelijkheid om alle dagen van het jaar warmte op te wekken, waarbij in dit geval de WKO een stabiele bron voor de warmtepomp vormt (hoge COP warmtepomp mogelijk) welke de temperatuur ophoogt naar 45-50°C. Deze warmte wordt vervolgens zowel benut voor de kantoren en vloeistoftanks op het eigen terrein als voor woningcomplexen in de nabije omgeving (zie figuur 16). In dit

Versie: 1.0


9

scenario kan warmte dus gedurende het hele jaar worden opgewekt en is de warmtevraag afhankelijk van de buiten temperatuur. Scenario 3 (figuur 16) bevatten ook 5 lucht-water warmtewisselaars (LWW’s), één buffervat en een warmtepomp (600 kW). Hierbij zijn deze vermogens gebasseerd op de hoeveelheid energie die beschikbaar is op de koudste dag van het jaar, zo kunnen de warmtepompen altijd op vol vermogen draaien zodat een hoge COP factor behaald kan worden. Ook in deze scenario’s wordt de warmte van 20-25°C opgehoogd naar een temperatuur van 45-50°C. Er is geen extra buffervat noodzakelijk omdat de warmte direct geleverd wordt aan enerzijds de kantoren en vloeistoftanks op het eigen terrein en anderzijds het (mogelijk in de toekomst aanwezige) warmtenet van Liander. Er wordt daarbij vanuit gegaan dat álle beschikbare warmte (dus ook in de zomer) kan worden ingevoerd op het warmtenet.

Versie: 1.0


10

Figuur 14, Principe schema warmteterugwinning bij ARV: Scenario 1

Versie: 1.0


11


Versie: 1.0


12


Versie: 1.0


13

Figuur 17, Schematisch ontwerp warmtenet naar woning complexen (scenario 3)

Versie: 1.0


14

4.3

Warmtenet

In scenario 3 is een eigen warmtenet noodzakelijk om deze warmte te transporteren van AgruniekRijnvallei naar de wooncomplexen (figuur 17). Naar verwachting zal een warmtenet van ca. 1 km nodig zijn. In tabel 10 is een overzicht gegeven van de woningen waaraan warmte geleverd kan worden en wat hun jaarlijks gasverbruik is. Tabel 10, Woningcomplexen: galerijflats en portiekflats met ketelhuis

Straat

Troelstraweg Schaepmanstraat Treubstraat Treubstraat Treubstraat Schaepmanstraat C. van de Lindenstraat C. van de Lindenstraat C. van de Lindenstraat Schaepmanstraat A. Kuyperstraat A. Kuyperstraat A. Kuyperstraat Schaepmanstraat De S. Lohmanstraat De S. Lohmanstraat De S. Lohmanstraat Totaal

4.4

Huisnrs.

109 t/m 187 16 t/m 32 2 t/m 20 22 t/m 40 1 t/m 79 34 t/m 52 2 t/m 20 22 t/m 40 1 t/m 79 54 t/m 72 2 t/m 20 22 t/m 40 1 t/m 79 74 t/m 92 2 t/m 20 22 t/m 40 1 t/m 79

Postcode (van)

Postcode (t/m)

Aantal

Bouwjaar

6702 AJ

6702 AK

40

1965

Gasverbruik verwarming [m3/jaar] 43.362

6702 AW

6702 BC

30

1965

41.462

6702 BA

6702 BB

40

1965

40.723

6702 AX

6702 BG

30

1965

37.307

6702 BD

6702 BE

40

1965

44.187

6702 AZ

6702 BL

30

1965

41.515

6702 BJ

6702 BK

40

1965

43.895

6702 AZ

6702 BP

30

1965

40.414

6702 BM

6702 BN Aantal:

40 320

1965 Gasverbruik: Energie (GJ):

37.185 370.050 12.952

Warmte Koude Opslag

Omdat in enkele scenario’s een warmte koude opslag systeem noodzakelijk is, is er gekeken of dit is toegestaan op de lokatie van AgruniekRijnvallei. Hiervoor is gebruik gemaakt van een quickscan (RvO, 2015). Zoals de naam al aangeeft betreft dit een quickscan, bij realisatie is verder onderzoek noodzakelijk. Uit de quickscan is gebleken dat de bodem op de lokatie van AgruniekRijnvallei (Rijnhaven 14, Wageningen) zeer geschikt is voor zowel een open als een gesloten bronsysteem. Ook het grondwaterkwaliteit biedt geen beperkingen, alleen bij een open systeem zal rekening gehouden moeten worden met een mogelijke redoxgrens (vermenging zuurstofarm en zuurstofrijk water). Verder betreft dit geen verbodsgebied (i.v.m. drinkwater en of provinciaal beleid). Wel is de lokatie nabij een natuurgebied, waar vaak geen tot beperkte grondwaterstandsverandering mag plaatsvinden. Echter, er is eerder speciefiek onderzoek uitgevoerd op deze lokatie waaruit is gebleken dat er géén noodzaak is tot verder onderzoek of sanering. Figuur 18 geeft een luchtfoto van de lokatie met daarop de genoemde aandachtspunten gearceerd. Middels contact met IF Technology in Arnhem is achterhaald dat een WKO met een capaciteit van ca. 90 m3/uur (max. beschikbaar) een investering behoeft van ca. € 250.000 tot € 300.000.

Versie: 1.0


15

Figuur 18, Luchtfoto Rijnhaven 14 te Wageningen met arcering aandachtsgebieden

Versie: 1.0


16

Simulaties energie

5

Dit hoofdstuk beschrijft bondig de methodiek die is toegepast om de verschillende scenario’s te simuleren. Allereerst is een overzicht gegeven van de input parameters en enkele kern gegevens van de energie systemen. Vervolgens zijn de verschillende stappen toegelicht met grafieken om te komen tot uiteindelijke energiebesparing per scenario..

5.1

Input parameters energie

Tabellen 11 t/m 15 geven een overzicht van de belangrijkste input gegevens voor de simulaties. Op basis van deze uitgangspunten is het proces van AgruniekRijnvallei gesimuleerd gedurende een typisch jaar, op dag niveau. De parameters in tabel 12 zijn gebasseerd op werkelijke KNMI gemiddeldes en bepalen de omgevingsfactoren op de verschillende dagen. Het verloop hiervan wordt middels een sinus-functie verdeeld over het jaar. Figuur 19 geeft schematisch de verschillende massa stromen weer, de bijbehorende parameters zijn gegeven in tabel 13. Tabel 11, Algemene parameters

Parameters Algemeen Productie geperst product Productie dagen Aantal perslijnen en koelers Vollast bedrijfsuren perslijn Productie uren Productie seconden per productiedag

Waarde 254,0 5,0 100,0 6.096,0 86.400,0

Eenheid ton/jaar dagen stuks % uur/jaar seconden/dag

Waarde 0,0 20,0 15,0 30,0 70,0 90,0

Eenheid gr. Celsius gr. Celsius gr. Celsius gr. Celsius % %

Tabel 12, Klimaat parameters

Omgevings klimaat Minimale buiten temperatuur Maximale buiten temperatuur Minimale binnen temperatuur Maximale binnen temperatuur Minimale rel. luchtvochtigheid buiten Maximale rel. Luchtvochtigheid buiten Figuur 19, Schematische weergave massastromen 1 t/m 4

Versie: 1.0


17

Tabel 13, Parameters massastromen 1 en 2

Parameters stromen 1&2 (veevoer-lucht) Massastroom veevoer (per lijn) Energieinhoud veevoer Temperatuur veevoer IN Temperatuur veevoer UIT Totale energie inhoud veevoer Massastroom lucht (per lijn) Energieinhoud lucht (25% RV & 35 gr.C) Gemiddelde delta T lucht Totale energie inhoud lucht Soortelijk gewicht lucht (bij ca. 35 gr.C) Volumestroom lucht per koeler Volumestroom lucht per koeler per uur Volumestroom lucht totaal per uur

Waarde 1,6 2.017,0 80,0 15,0 212,1 5,0 1.412,0 30,0 212,1 1,14 4,4 15.810,4 79.051,8

Eenheid kg/s J/kgK gr. Celsius gr. Celsius kJ kg/s J/kgK (gem. RV 25% & T 35 gr.C) gr. Celsius kJ kg/m3 lucht (gem. 10-55 gr.C) m3/s per koeler (vollast) m3/uur per koeler (vollast) m3/uur totaal (vollast)

5,0 1.412,0 5,0 4.181,0 10,0 25,0

Eenheid kg/s J/kgK (gem. RV 25% & T 35 gr.C) gr. Celsius J/kgK gr. Celsius gr. Celsius

Tabel 14, Parameters massastromen 3 en 4

Parameters stromen 3&4 (lucht-water) Massastroom lucht (per lijn) Energieinhoud lucht (25% RV & 35 gr.C) Delta T, warmtewisselaar Energieinhoud water (bij 25 gr.C) Aanvoer T, water Retour T, water

Waarde

Tabel 15, Warmteverliezen per scenario

Warmte verliezen Distributie verliezen

5.2

1 0%

2 10%

3 5%

Eenheid %

Energiesystemen

De belangrijkste systemen die worden gebruikt bij de scenario’s zijn warmtepompen en warmte koude opslag (WKO). Hieronder staan de belangrijkste gegevens van deze systemen. Tabel 16, Parameters warmtepompen per scenario

Warmtepompen 1 2 3 Eenheid Max. waterdebiet IN 2,9 14,3 14,3 kg/s Min. Energie beschik. 10,6 52,9 52,9 GJ/dag WP uit bij T >: 16,0 16,0 16,0 gr. C Vollasturen totaal 4.272,0 6.192,0 6.096,0 uur/jaar ΔT verdamperzijde 10,0 10,0 10,0 gr. C ΔT condensorerzijde 25,0 25,0 25,0 gr. C Dimensionering WP* A A B Vermog. koudste dag 150,0 1.250,0 610,0 kW COP 5,0 5,0 5,0 Vermogen beschik. 48,0 400,0 480,0 kW,ther Vermogen, thermisch 60,0 500,0 600,0 kW,ther Vermogen, elektrisch 12,0 100,0 120,0 kW,elek * Met: A = o.b.v. 40% van maximale vermogensbehoefte B = o.b.v. minimaal beschikbare vermogen (energie beschikbaar op koudste dag van het jaar)

Versie: 1.0


18

Tabel 17, Parameters opslag systemen (m.n. WKO)

Opslag (o.a. WKO) 1 2 3 Cap. Buffervat 1* 5,0 5,0 Cap. Buffervat 2* 5,0 Vollasturen WKO, IN 6.096,0 Vollasturen WKO, UIT 6.192,0 ΔT warmtewisselaar 2,5 Temp. koude bron 7,0 Temp. warme bron 20,0 COP WKO 40,0 * Capaciteiten buffervaten zijn indicatief, hebben verder geen invloed op het model.

Eenheid m3 m3 uur/jaar uur/jaar gr. C gr. C gr. C -

Jaarcalculaties

5.3

De bovenstaande input gegevens zijn verdeeld over een typisch jaar. Daarbij is rekening gehouden met de productie data van AgruniekRijnvallei; 254 dagen per jaar (geen weekenden en feestdagen), 24 uur per productie dag (ploegendienst) en 100,0% vollast productieproces. Figuur 20 geeft de temperatuursdata buiten en binnen, deze zijn cruciaal voor de input temperaturen van de koellucht in het proces. Voor de binnentemperatuur is aangenomen dat deze in de winter 15,0°C is en in de zomer 30,0°C. Figuur 20, Temperatuur data (KNMI & AgruniekRijnvallei)

35,0

Temperatuur (gr. Celius)

Temp. (KNMI) 30,0

Temp. (binnen)

25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180 Dagen

210

240

270

300

330

360

In figuur 21 is de totale jaarlijkse veevoerproductie verdeeld over de productiedagen per jaar. Hier zijn duidelijk de weekenden zichtbaar wanneer er geen productie plaats vindt. Figuur 22 maakt onderscheid tussen drie temperaturen; (1) temperatuur vóór het proces (binnen temperatuur zoals in figuur 20), (2) temperatuur ná het koelproces en (3) de temperatuur na warmteterugwinning. Voor de laatste is uitgegaan van stabiele water temperatuur van 25°C en een temperatuursverschil bij de warmtewisselaar van 5,0°C, resulterend in een luchttemperatuur van 30,0°C. Hieruit blijkt dat in de zomer de hoogste temperaturen beschikbaar zijn en in de winter vice versa. Zoals in figuur 22 zichtbaar is, resulteren de hogere temperaturen tevens in een grotere hoeveelheid energie die kan worden terug gewonnen wanneer wordt gekoeld tot 27,5°C. In de weekenden staat het proces uit en is er geen energie beschikbaar.

Versie: 1.0


19

Figuur 21, Productiedata AgruniekRijnvallei

900,0

Veevoer (ton/dag)

800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

330

360

Dagen Figuur 22, Proces temperatuurdata bij enkel warmteterugwinning (KNMI & AgruniekRijnvallei)

70,0 Temp. na WTW Temp. na Koeler Temp. (binnen)

Temperatuur (gr. Celius)

60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

Dagen

Figuur 23 geeft de hoeveelheid energie per dag weer die na warmteterugwinning beschikbaar is, zowel in de situatie zonder als met conditioneren van de koellucht. In het eerste geval is de meeste energie beschikbaar in de zomer omdat op dat moment de hoogste temperaturen worden behaald en er altijd wordt gekoeld naar 30,0°C. Indien er wel geconditioneerd wordt, en dus koellucht vooraf altijd 12°C is, is er in de zomer juist de minste energie beschikbaar aangezien het veevoer altijd tot ca. 5,0°C boven buiten temperatuur wordt afgekoeld.

Versie: 1.0


20

Figuur 23, Energiebeschikbaar na warmteterugwinning

Energie beschikbaar (GJ/dag)

90,0 Energie na WTW

80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

240

270

300

330

360

Dagen Figuur 24, Energievraag: eigen terrein & woningcomplexen

90,0 Woningcomplexen

80,0

Eigen terrein (kantoren & vloeistoftanks)

Energie (GJ/dag)

70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

30

60

90

120

150

180 Dagen

210

In tegenstelling tot de hoeveelheid energie beschikbaar, is de warmte vraag van de scenario’s het laagste in de zomer en juist het hoogste in de winter, zoals weergegeven in figuur 24. De warmtevraag van de woningcomplexen is tevens aanzienlijk hoger dan de warmtevraag op het eigen terrein. Er is uitgegaan dat in scenario 3 alle warmte altijd geleverd kan worden aan het publieke warmtenet. Uiteindelijk zijn alle gevens aan elkaar gekoppeld om de verschillende energiesystemen door te kunnen rekenen en te komen tot de verwachte besparingen per scenario.

Versie: 1.0


21

6

Resultaten

Middels de beschreven methodiek uit hoofdstuk 5 zijn de eerder gedefinieerde scenario’s doorgerekend. Dit hoofdstuk geeft in enkele tabellen de gevonden eindresultaten weer. Voor de duidelijkheid zijn hieronder nogmaals de verschillende scenario’s uitgeschreven:     6.1

Referentie: Scenario 1: Scenario 2: Scenario 3:

Huidige situatie Warmteterugwinning voor eigen terrein Warmteterugwinning voor eigen terrein & woningen Warmteterugwinning voor eigen terrein & warmtenet

Nuttig geleverde energie en CO2 reductie

Figuur 25 geeft een overzicht van de energielevering over tijd voor de 3 scenario’s. Deze figuur geeft ook duidelijk weer de werking van de verschillende energiesystemen. Tabel 18 geeft de belangrijkste waardes voor de geleverde energie per scenario. De voornaamste verschillen tussen de scenario’s zijn als volgt:  Scenario’s 1 en 3 zijn afhankelijk van week cycli; in het weekend is er geen productie en dus ook geen energie levering;  Scenario’s 1 en 2 zijn afhankelijk van het stookseizoen en dus de buiten temperatuur, zodra de buiten temperatuur onder een bepaalde grenswaarde komt gaan de warmtepompen uit en volgen verder een generiek vraagprofiel;  Scenario’s 3 kunnen alle warmte altijd afgeven aan het publieke warmtenet waardoor de output stabiel is over het jaar heen. Het belangrijkste verschil is dat er zonder conditioneren meer warmte beschikbaar is en dus ook meer energie geleverd kan worden. Figuur 25, Nuttige energie geleverd per scenario

100,0 Scenario 1A/1B: Warmte voor eigen terrein

90,0

Scenario 2A/2B: Warmte voor eigen terrein en woningcomplexen

Energie (GJ/dag)

80,0

Scenario 3A: Warmte voor eigen terrein en warmtenet van Liander

70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0

Versie: 1.0

30

60

90

120

150

180 Dagen

210

240


270

300

330

360

22

Tabel 18, Nuttig geleverde energie en CO2 reductie

Energie & CO2 Maximaal energie beschikbaar voor WTW Nuttig energie geleverd na WTW en exploit. Aandeel warmteterugwinning Extra CO2 uitstoot door elektriciteitsverbruik CO2 reductie door minder gasverbruik Netto CO2 reductie per jaar

6.2

Ref.

1 23.234 0,0% 0 0 -

2 23.234 807 3,5% 22 42 21

3 23.234 8.336 35,9% 272 435 163

23.234 15.943 68,6% 351 831 480

Eenheid GJ/jr GJ/jr % tCO2/jr tCO2/jr tCO2/jr

Opbrengsten en kosten

Tabel 19, Elektriciteitskosten en warmte opbrengsten warmteterugwinning

Energie kosten & opbrengsten WTW Elektriciteitsverbruik WP Elektriciteitsverbruik WKO Elektriciteitsverbruik Totaal Thermisch voor Eigen terrein Thermisch voor expl. Woningen Thermisch voor publiek warmtenet Elektriciteitstarief ARV Warmtetarief Eigen terrein Warmtetarief expl. Woningen eigen w-net Warmtetarief voor publiek warmtenet Elektriciteitskosten WP Elektriciteitskosten WKO Thermische opbrengsten Eigen terrein Thermische opbrengsten expl. Woningen Thermische opbrengsten publiek warmtenet Totale elektriciteitskosten Totale warmteopbrengst Netto opbrengst

Versie: 1.0

Ref.

1

2

3

-

44.830 44.830 807 -

514.550 51.455 566.005 1.991 6.345 -

731.520 731.520 1.480 14.464

€ 10,60 € 15,00 € 7,50 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0

€ 10,60 € 15,00 € 7,50 € 3.631 €0 € 8.554 €0 €0 € 3.631 € 8.554 € 4.922

€ 10,60 € 15,00 € 7,50 € 41.679 € 4.168 € 21.106 € 95.169 €0 € 45.846 € 116.275 € 70.428

€ 10,60 € 15,00 € 7,50 € 59.253 €0 € 15.683 €0 € 108.478 € 59.253 € 124.160 € 64.907


Eenheid kWh/jaar kWh/jaar kWh/jaar GJ/jaar GJ/jaar GJ/jaar €/kWh €/GJ €/GJ €/GJ €/jaar €/jaar €/jaar €/jaar €/jaar €/jaar €/jaar €/jaar

23

6.3

Investeringen

Tabel 20, Noodzakelijke investeringen per scenario voor warmteterugwinning

Investeringen Warmtewisselaar Leidingwerk 1 Buffer 5 m3 WKO Warmtepomp Leidingwerk 2 Pompen en appendages Regeltechniek Afleversets Totaal

6.4

Ref.

1 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0 €0

2 € 15.000 € 2.300 € 15.000 €0 € 50.000 € 23.000 € 5.000 € 10.000 €0 € 120.300

3 € 75.000 € 11.500 €0 € 300.000 € 350.000 € 300.000 € 20.000 € 70.000 € 67.500 € 1.194.000

€ 75.000 € 11.500 € 7.500 €0 € 400.000 € 37.500 € 10.000 € 30.000 €0 € 571.500

Eenheid € € € € € € € € € €

€ 64.907 € 571.500 8,8

Eenheid €/jaar € Jaar

Terugverdientijden

Tabel 21, Terugverdientijden voor warmteterugwinning

Warmteterugwinning Netto opbrengst Investering Terugverdientijd

Versie: 1.0

Ref.

1 €0 €0 -

2 € 4.922 € 120.300 24,4

3 € 70.428 € 1.194.000 17,0


24

Warmteterugwinning en geuremissies

6.5

In samenwerking met Buro Blauw is het effect onderzocht van warmteterugwinning op de geuremissies in de nabije omgeving van Agruniek Rijnvallei. In tabel 22 staan de temperaturen, debieten, diameters en uittreesnelheden voor de verschillende situaties die Buro Blauw heeft doorgerekend. Ter controle is eerst de huidige situatie bekeken waarop de huidige vergunning is afgegeven, aldus Buro Blauw. Uit metingen, interviews en simulaties zijn debieten uitgekomen rond de 80.000 – 100.000 m3 per uur, om deze reden zijn voor beide debieten berekeningen gedaan. De temperatuur van de uitgaande lucht kan maximaal worden afgekoeld tot 30 graden Celsius. De diameter is in enkele situaties kleiner gemaakt om de uittreesnelheid te verhogen en daarmee de te verwachte emissie te verlagen. Tabel 22, Situaties die Buro blauw heeft doorgerekend en de situatie na warmteterugwinning

Situatie

Temp [gr.C]

Vergunning 1 2 3 4

Debiet [Bm3/uur] 150.000 150.000 150.000 79.581 79.581

42,0 30,0 30,0 30,0 30,0

Debiet [Nm3/uur] 130.010 135.156 135.156 71.706 71.706

Diameter [m] 1,75 1,75 1,52 1,13 1,75

Uittreesnelheid [m/s] 17,3 17,3 23,0 22,0 9,2

De resultaten van Buro Blauw zijn weergegeven in tabel 23. Per locatie is de geuremissie (in ou/m3) berekend. Uit de resultaten blijkt dat op locatie A in vrijwel alle situaties de norm wordt overschreden (rode waardes) en in situatie 3 ook op locaties F en G. In figuur 26 zijn de gevonden resultaten grafisch weergegeven per locatie. Situatie 4 betreft de situatie zoals in de scenario’s in dit rapport voorkomt, daar zal dus iets moeten worden aangepast om geuremissies op locatie A te beperken (diameter verkleinen heeft helaas een negatief effect, zie resultaten situatie 4). Tabel 23, Concentratie geuremissie op 7 locaties (rood is overschrijding)

Locatie A B C D E F G

Adres Pabstendam 6 Nude 23 Nude 17 Nude 52 Nude 48 Nude 42 Nude 26

Huidig 1,28 0,40 0,31 0,24 0,44 0,98 0,61

Situatie 1 1,49 0,46 0,37 0,27 0,49 1,04 0,72

Situatie 2 1,47 0,37 0,27 0,17 0,31 0,76 0,69

Situatie 3 2,86 1,10 1,00 0,64 1,06 2,01 1,53

Situatie 4 2,29 0,88 0,71 0,37 0,61 1,13 1,11

Eenheid ou/m3 ou/m3 ou/m3 ou/m3 ou/m3 ou/m3 ou/m3

Figuur 26, Concentratie geuremissie op 7 locaties nabij AgruniekRijnvallei

Concentratie (ou/m3)

3,00 2,50

Vergunning (150k m3 | 42 gr.C | 1,75 m) 1. (150k m3 | 42 gr.C | 1,75 m) 2. (150k m3 | 30 gr.C | 1,52 m) 3. (80k m3 | 30 gr.C | 1,13 m) 4. (80k m3 | 30 gr.C | 1,75 m) Grenswaarde

2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1

2

3

4

5

6

7

Locatie Versie: 1.0


25

7

Overzichtsmatrix

Gedurende het productieproces bij AgruniekRijnvallei komt veel warmte vrij wat momenteel naar buiten wordt afgevoerd. De economische waarde van deze warmte was volgens een eerste schatting maximaal € 250.000 per jaar. QING Sustainable is gevraagd om te kijken naar de mogelijkheden om de restwarmte te benutten middels een haalbaarheidsstudie. De vraag die in deze haalbaarheidsstudie centraal staat luidt: 1. Wat zijn de mogelijkheden in het productie proces voor warmte terugwinning, wat is hiervan de potentie voor energiebesparing en levert dit een interessante business case? Middels opnames op locatie, interviews en meetwaardes zijn de belangrijkste data in kaart gebracht van het productieproces, meer specifiek het koelproces. Vervolgens heeft QING Sustainable in samenwerking met Doorgeest Koeltechniek meerdere scenario’s bedacht voor het terugwinnen van de warmte uit het proces (zie tabel 24). Vervolgens zijn deze scenario’s uitvoerig gesimuleerd op dag-basis gedurende een typisch jaar. Ook is Buro Blauw ingeschakeld om het effect te toetsen van warmteterugwinning op de geuremissies van AgruniekRijnvallei. Tabel 24, Scenario's voor warmteterugwinning

Referentie Scenario 1A Scenario 2A Scenario 3A

2x 1x

Warmte Koude Opslag

Warmtepomp (kW)

Buffervat (5m3)

Warmtewisselaar

Hoofdsystemen

Warmtenet Liander

Woning complexen

Warmte exploitatie

Eigen terrein

Scenario

60 500 600

De belangrijkste resultaten van deze haalbaarheidsstudie zijn bondig samengevat in tabel 25 hieronder.

Versie: 1.0


26

Tabel 25, Overzichtsmatrix belangrijkste resultaten

Resultaten Warmteterugwinning: Max. energie beschikbaar Nuttig energie WTW Aandeel WTW Netto CO2 reductie per jaar Totale elektriciteitskosten Totale warmteopbrengst Netto opbrengst Investering Terugverdientijd

Versie: 1.0

Ref.

1 23.234 0,0% €0 €0 €0 €0 -

2 23.234 807 3,5% 21 € 3.631 € 8.554 € 4.922 € 120.300 24,4

3 23.234 8.336 35,9% 163 € 45.846 € 116.275 € 70.428 € 1.194.000 17,0


Eenheid 23.234 15.943 68,6% 480 € 59.253 € 124.160 € 64.907 € 571.500 8,8

GJ/jr GJ/jr % tCO2/jr €/jaar €/jaar €/jaar € Jaar

27

8

Bronnen

AgruniekRijnvallei. (2013). Jaarverslag 2013. Wageningen: AR. KNMI. (2014, maart 5 t/m 12). Uurlijkse weerdata. Deelen, Gelderland, Nederland. Opgehaald van http://www.knmi.nl/klimatologie/uurgegevens/selectie.cgi RvO. (2015). WKO Tool. Opgehaald van Kaart: http://www.wkotool.nl/ Senternovem. (2007). Informatieblad Mengvoederindustrie. Den Haag: InfoMil.

Versie: 1.0


28

Bijlage A: Samenstelling veevoer Om beter inzicht te krijgen in de energiebalans van het productieproces bij AgruniekRijnvallei is de samenstelling van het veevoer erg belangrijk. De onderstaande tabel en taart diagrammen geven de waardes weer voor varkens veevoer, het meest geproduceerde product bij AgruniekRijnvallei in Wageningen. De belangrijkste waardes zijn het soortelijk gewicht en de soortelijke warmte en bedragen respectievelijk 0,775 [kg/liter] en 2.017 [J/kgK]. Samenstelling

Gewicht [%] 46,5% 16,3% 14,5% 7,0% 6,4% 5,2% 4,1% 100,0%

Zetmeel Eiwitten Vocht Suiker Koolhydraten As Vet Totaal

Gewicht [kg / kg veevoer] 0,465 0,163 0,145 0,070 0,064 0,052 0,041 1,000

Soortelijke warmte [J/kgK] 1.750 1.900 4.182 1.244 1.220 840 1.900 -

Soortelijke warmte [J/kgveevoerK] 814,0 309,3 607,8 86,8 78,0 44,0 77,3 2017,2

Varkens veevoer - Gewichtspercentages inhoud 5,2%

4,1% Zetmeel

6,4% 7,0%

46,5%

Eiwitten Vocht

14,5%

Suiker Koolhydraten 16,3%

As Vet

Varkens veevoer - Energie/inhoudscategorie [J/kg veevoer] 86,8

78,0 44,0 77,3 Zetmeel 814,0

Eiwitten Vocht

607,8

Suiker Koolhydraten 309,3

As Vet

Versie: 1.0


29

Bijlage B: Mollier diagram

Versie: 1.0


30

Haalbaarheidsstudie: benutting restwarmte AgruniekRijnvallei

Recommend Documents