Restwarmteafzet uit de Nederlandse papier- en kartonindustrie Inleiding In de Nederlandse papier- en kartonindustrie gaat >60% van de toegevoerde energie als restwarmte verloren (zie kader):
In 2003 is 35 PJ aardgas ingekocht, waarvan 33,5 PJ in de energieconversie (WKK of stoomketel) gebruikt is. Het verschil is verkocht of als directe brandstof1 ingezet. Van deze 33,5 PJ gaat tijdens de energieconversie 6,5 PJ (20%) verloren als schoorsteenverlies, waarvan ongeveer 3/4 een temperatuur van 120 à 160°C heeft. Vervolgens wordt er 14 PJ (>40%) geëmitteerd als uitlaatlucht van het droogproces (kapemissie) , waarvan ongeveer 2/3 een temperatuur van 70 à 80°C (dauwpunt: 50 à 55°C) heeft. (VNP, 2006)
Restwarmte kan op diverse manieren nuttig toegepast worden. De mogelijkheden zijn in tabel 1 weergegeven. De mogelijkheden zijn afhankelijk van de kwantiteit en kwaliteit (temperatuurniveau) van de restwarmte en de vraag naar warmte in de omgeving. In tabel 1 zijn de mogelijkheden op basis van het temperatuurniveau in een soort cascade, van een hoog niveau, met meerdere energetische en economische (besparings-) mogelijkheden, tot een lager niveau, weergegeven. De wijze van restwarmtebenutting dient men bij voorkeur volgens een cascadering te bepalen. De voorkeur zal dan ten eerste bij eigen gebruik van de beschikbare restwarmte zijn. Indien er intern geen vraag is kan men zich wenden tot de warmtevraag die extern aanwezig is of deze warmtevraag zelf creëren door het aantrekken van processen met een dergelijke vraag (bijvoorbeeld drogerijen). Tabel 1: Mogelijkheden van restwarmtebenutting (www.restwarmte.nl) Temperatuurniveau (ºC) >100
70-100
30-70
20-30 <20
Verwarmmogelijkheden
Koelmogelijkheden
- Direct op conventionele verwarming en boiler met warmteleidingen - Transport per vrachtwagen - Damprecompressie van stoom - Direct op conventionele verwarming en boiler met warmteleidingen - Transport per vrachtwagen - Lt-verwarming - Voorverwarming van tapwater - Ht-warmtepomp - Betonkernactivering - Warmtepomp - Warmtepomp
- Absorptiekoelmachine
Mogelijkheden van elektriciteitsopwekking - Organic Rankine Cycle - Gasexpansie
- Absorptiekoelmachine
- Organic Rankine Cycle - Gasexpansie
- Adiabatische koeling
- Gasexpansie
Bij de Nederlandse papier- en kartonfabrieken betreft het voornamelijk restwarmtestromen met een temperatuurniveau van 70 à 80 ºC (droogprocessen) en 120 à 160 ºC (rookgassen). Deze restwarmtestromen zijn geschikt voor directe verwarmingsdoeleinden. Bij warmtebehoefte in de omgeving van de papier- en kartonfabrieken kan men daarom overwegen om de overtollige restwarmte af te zetten of te leveren aan derden (woningen, industrie).
Organisatie Bij de opzet van een project ten aanzien van restwarmtelevering zijn de volgende actoren van belang: de warmteleverende partij (bijvoorbeeld papierfabriek), de warmteafnemer (woningcoöperatie, bedrijf, fabriek) en de overheid (gemeente). Met name de organisatorische kant van restwarmtelevering verdient aandacht, aangezien men met meerdere partijen en belangen te maken heeft. Alle participerende actoren dienen hierbij een gezamenlijk belang of doelstelling te creëren, dat de basis vormt voor een duurzame samenwerking.
Stand der techniek De voor de warmte- en koudelevering toegepaste technologie is conventioneel1. technologie (warmtewisselaars, distributiesystemen) heeft tevens een lage mate complexiteit. De benodigde kennis is in het algemeen voldoende aanwezig energiebedrijven en bedrijven met een eigen energieconversiesysteem, zoals papierfabriek, anders kan men de bedienings- en onderhoudsvoorschriften naslaan.
De van bij een
Als gevolg van nieuwe technologieën en de geïntegreerde ontwikkeling van woonwijken en bedrijventerreinen (industriële ecologie) zijn de mogelijkheden van nieuwe leveringsystemen aanzienlijk uitgebreid. Tevens groeit de belangstelling voor de toepassing van dergelijke leveringsystemen bij bestaande bebouwing. Onderstaand zijn een aantal projecten en ontwikkelingen beschreven die als voorbeeld kunnen dienen.
Voorbeelden van stadsverwarming VOF W/K Maastricht De warmte wordt primair onttrokken aan de rookgasstroom door middel van een afschakelbare warmtewisselaar (thermisch vermogen 5,1 MWth) en afgegeven aan een warmwatersysteem. Secundair wordt d.m.v. een warmtewisselaar het warme water voor stadsverwarming en via absorptiekoelers het koude water voor gebouwkoeling opgewekt. De distributiesystemen zijn conventioneel voorzien van transportpompen, expansiesystemen en warmtebuffers. De verwachte levensduur van de technologie (leidingwerk, warmtewisselaars etc.) bedraagt ongeveer 15 jaar. 1
Sappi Maastricht
2
VOF W/K Maastricht
3 4
stadsverwarming
1: energie 2 condensaat 3: warm / koud water 4: waterretour
Figuur 1: VOF W/K Maastricht
Warmtelevering door Amercentrale Geertruidenberg In de Amercentrale van Essent wordt tijdens het elektriciteitsproductieproces een deel van de opgewekte stoom ontrokken. Deze stoom verwarmt water, dat onder hoge druk in een gesloten systeem, naar de steden Breda, Geertruidenberg, Oosterhout en Tilburg (60.000 huishoudens) getransporteerd wordt. Bij deze steden wordt de warmte, t.b.v. stadsverwarming, weer overgedragen op een tweede warmwatersysteem voor verdere distributie. Het condensaat wordt teruggevoerd naar de centrale. Het voordeel van een dergelijk systeem is dat de condensatiewarmte van het afgetapte stoom niet verloren gaat maar in het warmwatersysteem terecht komt. De rondpompsnelheid en de temperatuur van het warmwatersysteem kan men bij de Amercentrale sturen op de warmtevraag. De warmtevraag wordt bepaald door de toepassing van de warmte: verwarming en/of warm tapwater, deze zijn seizoensafhankelijk. In de winter is de rondpompsnelheid en de heengaande temperatuur hoger dan in de zomer. Daarnaast is wijze van verwarming tevens bepalend, aangezien (nieuwe) woningen met vloerverwarming met een lagere temperatuur verwarmd kunnen worden dan met conventionele radiatoren. In de situatie van de Amercentrale wordt het warmwatersysteem gebruikt voor de verwarming van gebouwen en tapwater, in de winter heeft de heengaande stroom een temperatuur van 130°C en een snelheid van 2,5 m3 per sec in de zomer is dat 105°C en 0,5 – 1 m3 per sec. 1
Essent
2 3
Stadsverwarming /glastuinbouw
1: elektriciteit 2: warm water: 105 – 130 °C 3: waterretour
Figuur 2: warmtelevering Amercentrale
Het eerste grootschalige warmteleveringsysteem in Nederland werd in de jaren ’20 in Utrecht aangelegd.
1
Voorbeelden van warmtelevering t.b.v. agro-industrie Warmtelevering aan Happy Shrimp Farm De Happy Shrimp Farm (HSF) is een tropische garnalenkwekerij op de Maasvlakte dat voor haar verwarmingsdoeleinden gebruik maakt van restwarmte van de elektriciteitscentrale van Eon. Het concept van de HSF moet aantonen dat het mogelijk is om duurzame agroindustriële processen in het industrie- en havengebied van Rotterdam te introduceren, al waar men de mogelijkheid heeft om gebruik te maken van laagwaardige restwarmte en cositevoordelen. Dergelijke processen kunnen, in combinatie met de aanwezigheid van toepasbare laagwaardige restwarmte en co-sitevoordelen, aantrekkelijke, verse producten voor de lokale markt opleveren. 1
Eon
2 3
Happy Shrimp Farm
1: elektriciteit 2: warm water: 3: waterretour
Figuur 3: warmtelevering aan Happy Shrimp Farm
Warmtelevering door Sita ReEnergy Roosendaal Sita ReEnergy (onderdeel van Sita Suez) te Roosendaal is een AVI, welke met behulp van de een warmwaterleidingnet met warmtewisselaars de geproduceerde warmte aan een nabij gelegen tuinbouwkassencomplex van 50.000 m2 levert. Sita ReEnergy
1 2
glastuinbouw
1: warm water 2: waterretour
Figuur 4: warmtelevering Sita ReEnergy
Voorbeelden van warmteuitwisseling in industriële gebieden Stoomkringloop Industrieterrein Moerdijk Op Industrieterrein Moerdijk bestaat een stoomkringloop in de vorm van een samenwerking tussen NV Afvalverbranding Zuid-Nederland (AZN), Essent Warmtekrachtcentrale Moerdijk (WKC) en Shell Nederland Chemie. In de afvalverbrandingsinstallatie (AVI) van AZN wordt met behulp van de rookgassen, die bij de verbranding van afval vrijkomen, hoge drukstoom (400 °C, 100bar) opgewekt. Deze stoom wordt, naast aardgas, in de WKC toegepast om elektriciteit en warmte op te wekken. De stoom wordt in de WKC verhit naar 525 °C. in totaal wordt 200 ton stoom per uur geproduceerd, waarvan 150 ton per uur door Shell afgenomen wordt. Na de toepassing van de stoom in de productieprocessen van Shell wordt de stoom gecondenseerd. Het condensaat wordt vervolgens weer hergebruikt voor de productie van nieuwe stoom. Het gesloten kringloopsysteem heeft als resultaat van een energiebesparing van 60.000.000 m3 aardgas en daarmee een emissiereductie van 106.344 ton CO2 per jaar2. De stoomuitwisseling is een geslaagd voorbeeld van industriële symbiose. Het succes is te danken aan de gemeenschappelijke ontwikkeling van de AVI en WKC door AZN en Essent, waarbij deze installaties als één concept werden gezien. Als gevolg van deze benadering heeft men tot een milieutechnisch efficiënte en economisch rendabele installatie kunnen komen. Daarnaast heeft men bij de aanleg van het industrieterrein de industriële activiteiten geclusterd, waardoor samenwerking t.b.v.het afstemmen van de activiteiten bij verschillende bedrijven gefaciliteerd is. 4
AZN
1 2
Essent
3
Shell
1: 2: 3: 4: 5:
stoom AVI: 400 °C condensaat WKC stoom WKC: 525 °C elektriciteit condensaat Shell
5
Figuur 5: stoomkringloop Industrieterrein Moerdijk
2
De CO2-emissiereductie is berekend met de volgende formule: CO2-emissiereductie = (brandstofbesparing x calorische waarde brandstof (bij aardgas: 31,65 MJ/m3) / 1000) x emissiefactor (bij aardgas: 65 kg CO2/GJ)
Botlekloop In tegenstelling tot de eerder beschreven ontwikkelingen, is de Botlekloop grootschaliger van opzet. Het betreft niet de samenwerking van enkele actoren, maar van het hele haven- en industriegebied, inclusief de stad Rotterdam en de tuinbouwkassen in de regio. De Botlekloop wordt een ringleiding waar diverse bedrijven zich aan kunnen sluiten (start project in 2006). Bedrijven kunnen bij een dergelijke aansluiting warmte, in de vorm van stoom, heet water, hete gassen of een heet product, afstaan maar ook afnemen ten behoeve van ruimteverwarming (gebouwen, tuinbouwkassen, opslagtanks) of voor procesverwarmingsdoeleinden. Tevens kan men de beschikbare warmte toepassen voor koeldoeleinden. Het systeem bestaat uit drie onderdelen: 1. Verschillende industriële warmtebronnen, eventuele warmtebuffers en een afzonderlijke warmteproductie-eenheid die voorziet in de warmtepieken. Deze laatste kan een WKK-eenheid zijn voor minder sterk fluctuerende warmtevragen en bijvoorbeeld STEG-eenheden voor warmtepieken. Per warmtebron wordt het water, met of zonder tussenkomst van een warmtepomp, op het primaire warmtetransportnet (ringleiding) overgedragen. 2. In het warmtetransportnet wordt het water in etappes verwarmd tot de gewenste temperatuur met behulp van de restwarmte van de verschillende leveranciers, waarna het water via één of meerdere warmteoverdrachtstations (WOS) kan worden afgeleverd aan het distributienet of grootschalige afnemers. Ter voorkoming van te grote drukverliezen kan het distributienet achter deze WOS met behulp van onderstations (OS) in secundaire distributienetten worden verdeeld. 3. Vanuit het distributienet (direct of via een OS) wordt de warmte overgedragen met behulp van een warmtewisselaar aan de installaties van de afnemers (o.a. huisverwarming of -koeling en industriële warmwatersystemen). Het water dat zijn warmte heeft afgestaan wordt vervolgens weer teruggepompt in het distributienet en afgevoerd naar het warmtetransportnet, waarna er weer warmte aan toe kan worden gevoegd.
Figuur 6: Botlekloop
Naast de bovenstaande toepassingsmogelijkheden die uitgewerkt zijn kan restwarmte tevens ingezet worden als procesverwarming bij wasserijen, drogerijen (afval, slib, mest, digestaat van vergistingsinstallaties en diverse landbouwproducten), afvalwaterzuiveringsinstallaties en specifieke ruimteverwarming zoals stallen en broedmachines.
Motivatie en randvoorwaarden voor restwarmteafzet Een project ten aanzien van restwarmtelevering dient (financieel) aantrekkelijk te zijn voor alle deelnemende partijen. De meeste restwarmteprojecten zijn gebaseerd op een positief imago-effect, win-win-situaties tussen bedrijven en gunstige subsidieverlening. Restwarmtelevering heeft bijvoorbeeld, vanwege de nuttige toepassing van een reststroom, een positief effect op het bedrijfsimago, CO2-reductie en duurzaam ondernemen. Deze business drivers worden tevens vaak aangehaald als argumentatie voor het opzetten van een restwarmteleveringsysteem. Een sprekend voorbeeld waar men optimaal gebruik maakt van het effect van deze aspecten is de, eerder beschreven, Happy Shrimp Farm in Rotterdam. Deze garnalenkwekerij is een duurzaam alternatief voor de conventionele visserij en kwekerijmethoden van tropische garnalen. De (financiële) aantrekkelijkheid wordt voornamelijk vormgegeven door het stellen van, de eerdergenoemde, gezamenlijke doelstelling. Het project van VOF W/K Maastricht was bijvoorbeeld alleen mogelijk indien zowel de gemeentelijke overheid, de projectontwikkelaar als de distributeur dezelfde doelstelling, het reduceren van CO2, onderschreven en gezamenlijk hier invulling aan wilden geven. Kosten en baten Elk restwarmteleveringsproject kan als uniek beschouwd worden, aangezien ieder project uit een andere configuratie van participerende actoren bestaat. Dit betekent dat er verschillende contractuele of organisatorische uitvoeringsvormen bestaan. Met als gevolg dat er ook een diversiteit aan financiële afspraken bestaat. In de meeste gevallen worden de benodigde investeringen volledig gedragen door de afnemer van warmte en of koeling. Tevens wordt de afnemer vaak verantwoordelijk geacht voor het onderhoud van het distributiesysteem (bijvoorbeeld een speciaal opgericht warmtebedrijf zoals bij de Rotterdamse stadsverwarming of een energiemaatschappij). De hoogte van de benodigde investering is in hoge mate afhankelijk van de kwaliteit van de restwarmtebron. In de situatie van VOF W/K Maastricht zijn er investeringen gedaan voor de bouw van een warmtecentrale. De warmtecentrale is gebouwd om de afschakelbaarheid van de warmtebron van Sappi Maastricht en piekbelasting te garanderen. De baten of het financiële voordeel voor de warmteproducent kunnen bepaald worden door o.a. een leveringsvergoeding en/of de teruglevering van koelcapaciteit. De warmteprijs wordt in het algemeen bepaald door het “niet meer dan ander”-principe. Dit houdt in dat de warmteprijs equivalent is aan de aardgasprijs. Sappi Maastricht ontvangt voor haar warmtelevering een bedrag per geleverde GJ, een bedrag per geleverde m3 koel- en suppletiewater en een geïndexeerd bedrag voor onderhoudsdiensten. Tevens worden in deze situatie de investeringen, inclusief een bepaald % rente per jaar, terugbetaald door Essent binnen een contractduur van 5 jaar. De exploitatie wordt door Essent uitgevoerd. Leveringszekerheid Voor de meeste restwarmteprojecten is leveringszekerheid een belangrijk aspect in de overeenkomst. De leveringszekerheid kan men bewerkstelligen m.b.v. het vastleggen van boeteclausules of het voorzien in een back-up, zodat een productiefabriek (zoals Sappi Maastricht) haar primaire functie (productie van goederen en niet van energie) kan behouden. Afnameverplichting Bij de toepassing van restwarmtelevering in de vorm van stadsverwarming dient men rekening te houden met het feit dat men bewoners niet kan verplichten tot afname van warmte. De bewoners beschikken over enige keuzevrijheid over de energieaansluitingen van de eigen woning (voornamelijk bij nieuwbouw). Deze keuzevrijheid heeft invloed op het aantal aansluitingen op het leveringssysteem en daarmee ook op de financiële haalbaarheid van een nieuw project.
Stimuleringsmaatregelen Restwarmtelevering kan met de Energie-investeringsaftrek (EIA) gestimuleerd worden. EIA is een fiscale stimuleringsregeling voor de aanschaf van energiebesparende apparatuur. 44%
van de investeringskosten is aftrekbaar van de fiscale winst van de onderneming: Het directe financiële voordeel is, afhankelijk van het belastingpercentage over de winst, maximaal 19% van de kapitaalkosten. In de situatie van VOF W/K Maastricht is naast EIA (toegekend aan beide partners: Sappi Maastricht en Essent) ook subsidie in het kader van het CO2-reductieplan verleend. Het CO2-reductieplan was, tussen 1997 en 2002, toegankelijk voor industriële ondernemingen, overheidsorganen, stichtingen, non-profit organisaties en eenmanszaken. Projecten die zich richten op energiebesparing, gebruik van hernieuwbare energiebronnen en directe reductie van emissie kwamen voor subsidie in aanmerking. Naast de financiële stimuleringregelingen zijn tevens bij VOF W/K Maastricht, op basis van aardgasequivalent, CO2-rechten toegekend, deze zijn aan de gemeente toebedeeld.
Samenvatting Belangrijke aspecten bij restwarmtelevering Energiekwaliteit en -kwantiteit
Voldoen aan energievraag Stand der techniek Motivatie
Investeringen (meestal gedragen door afnemer: bijvoorbeeld een energiemaatschappij)
Baten
Stimuleringsmaatregelingen
Op basis van temperatuur en hoeveelheid warmte de meest geschikte toepassing bepalen op basis van cascadering 1 intern 2 extern: bestaande vraag / nieuwe vraag Conventioneel Imago CO2-reductie Duurzaam of maatschappelijk verantwoord ondernemen Back-upsysteem (WKC) Distributiesysteem: primair transportnet warmteoverdrachtstations (warmtewisselaars) secundair distributienet (in de wijk) Vergoeding voor de geleverde warmte op basis van aardgasequivalent Vergoeding voor koel- suppletiewater (situatie VOF W/K Maastricht) Vergoeding voor onderhoudsdiensten (situatie VOF W/K Maastricht) EIA
