Klop Archieven - Utilities

Een van de positieve cases in het Power-to-products onderzoek dat ISPT uitvoerde, is die van stoomrecompressie bij chemiebedrijf DOW Terneuzen. Industrial Energy Experts (IEE) werkte een zestal mogelijke toepassingen uit en kwam tot de conclusie dat mechanische stoomrecompressie zowel economisch als energetisch een zeer interessante optie was. DOW deelde die conclusie en inmiddels heeft het bedrijf een Duurzame Energie Innovatie (DEI)-subsidie gekregen voor de bouw van een pilotinstallatie.

ISPT, CE Delft en Berenschot onderzochten in opdracht van de Topsector Energie de mogelijkheden voor power to products. De vraagstelling in het project was hoe, tegen welke kosten en opbrengsten en onder welke voorwaarden de procesindustrie haar elektriciteitsvraag kan flexibiliseren. Hierdoor kan de procesindustrie gebruik maken van goedkope duurzame elektriciteit én een bijdrage leveren aan netstabiliteit in het licht van het Energieakkoord.

Egbert Klop, algemeen directeur van IEE, legt uit hoe industriële grootverbruikers kunnen profiteren van prijsschommelingen op de elektriciteitsmarkt. ‘Eerlijk gezegd is stoomrecompressie eerder een efficiencymaatregel dan een nieuwe manier van peakshaving. Degelijke installaties zijn dermate kapitaalintensief dat ze het best renderen als ze volcontinu of daar in de buurt kunnen produceren. En het idee van load balancing was juist om pas te produceren als de elektriciteitsprijzen laag zijn en de productie te stoppen zodra er een tekort aan elektriciteit dreigt te ontstaan. Daarmee zou de businesscase van een dergelijke investering aardig onderuit worden gehaald. Ook de capaciteit speelt een rol. Onder de tien ton stoom per uur, hoef je er eigenlijk niet aan te beginnen. In het geval van DOW gaan we dan ook een installatie realiseren die tien ton stoom met een druk van drie bar ophoogt naar een druk van twaalf bar.’

Klop: ‘Stoomrecompressie is een variatie op mechanische damprecompressie. Nadat stoom is gebruikt, heeft het condensaat nog vaak een, zij het lagere, energetische waarde. Hierdoor ‘flasht’ – verdampt – een gedeelte van het condensaat en wordt omgezet in stoom. Een andere aantrekkelijke variant is dat lagedruk reststoom, die niet meer kan worden gebruikt in het productieproces, als voeding voor stoomrecompressie wordt gebruikt. Vervolgens wordt de stoom weer gecomprimeerd, waardoor de druk en daarmee de temperatuur oploopt. De benodigde elektrische energie die daarvoor nodig is, is veel lager dan de thermische energie die zo’n systeem oplevert. De coëfficiënt of performance (COP) ofwel de verhouding geproduceerde warmte versus de ingevoerde hoeveelheid elektriciteit kan dan ook oplopen tot een waarde van negen tot soms wel elf. Ofwel één megajoule elektrisch levert elf megajoule thermisch op.’

Randvoorwaarden

Met zulke gunstige cijfers, lijkt het bijna een no-brainer om stoomrecompressie in te zetten. Klop waarschuwt echter voor onjuiste positieve verwachtingen. ‘Je moet wel aan een aantal randvoorwaarden voldoen voordat je dit soort technologieën kunt toepassen. De eerste voorwaarde is al eerder genoemd: capaciteit Je moet aardig wat stoom verbruiken en reststoom hebben om de redelijk hoge investering te kunnen terugverdienen. Daarnaast moeten de boekhouders de reststoom geen waarde toekennen. Als de restwarmte wordt gewaardeerd tegen de gasprijs, dan blijft er weinig investeringsruimte over. In de meeste gevallen wordt er niets met de restwarmte gedaan en is zo’n boekhoudkundige waardering dan ook slechts een papieren exercitie. En uiteraard heeft ook de gasprijs invloed op de business case.’

Binnen deze voorwaarden wisten we bij DOW tot een viertal positieve cases te komen. Wat opviel was dat de nieuwbouwsituaties tot de beste resultaten leidden. Een dergelijk systeem in een bestaande installatie inbouwen is vaak een stuk complexer en dat drukt de businesscase.’

De realisatie van de pilot-installatie die DOW eind dit jaar start, is wel in een bestaande productie plant. ‘In eerste instantie is het de bedoeling ervaring op te doen met stoomrecompressie’, zegt Klop. ‘Dankzij de DEI-subsidie is het mogelijk de onrendabele top af te vlakken. DOW wil de ervaringen gebruiken voor  toekomstige investeringsafwegingen en opschaling van stoomrecompressie.’

Zes cases onderzocht

Het onderzoek van IEE richtte zich in eerste instantie op een zestal cases. Vier van die cases waren greenfield-projecten en twee brownfield. De brownfield cases hadden een  input tussen  circa tien en twintig ton stoom per uur met een einddruk van 12 respectievelijk 36  bar. Klop: ‘Hoewel een van de twee brownfield-projecten technisch nog wel haalbaar bleek, waren ze allebei economisch niet interessant. Je gaat toch van procescondities uit die niet zijn geoptimaliseerd op stoomrecompressie. Het inbouwen van een dergelijke installatie in een bestaand systeem is redelijk complex en resulteert in te hoge investeringen. Juist bij  greenfield-project kan je vanaf de ontwerpfase  rekening houden met het opwaarderen van reststoom.’

De greenfield-projecten kwamen heel wat positiever uit de test. Met name de schaalgrootte, ofwel het stoomvolume, was doorslaggevend voor het succes. Daarbij gold: hoe hoger de druk en temperatuur van de reststoom en hoe lager de drukverhouding, hoe gunstiger de casus uitpakte. Dat het volume een rol speelde bleek uit twee cases die van dezelfde procescondities en dezelfde opwaardering in druk en temperatuur uitgingen. Het enige verschil was dat in de casus A werd uitgegaan van een capaciteit van vijftig ton stoom per uur terwijl in casus B dit was beperkt tot tien ton stoom per uur. De verdiencapaciteit  van casus A is daarmee een factor drie beter dan van B; de eenvoudige terugverdientijd ligt op ongeveer 2 jaar.  Klop: ‘De schaalgrootte is een belangrijke factor. Beneden de tien ton stoom zou je in de meeste gevallen stoomrecompressie niet moeten inzetten. Aan de andere kant van het spectrum zijn er weinig belemmeringen: een capaciteit van meer dan honderd ton stoom per uur is technisch mogelijk en economisch aantrekkelijk.

Een derde casus die doorgerekend is met een capaciteit van 50 ton stoom per uur, een einddruk van 35 bar en een drukverhouding van circa 3, leverde een nog beter economisch rendement.

Proven technology

Wat ook opviel in het onderzoek was de conclusie dat stoomrecompressie nauwelijks een rol zou kunnen spelen in peakshaving. Klop: ‘In onze berekeningen hadden de elektriciteitsprijzen geen dominante  invloed op de business case. Dat komt vooral doordat de elektriciteitsconsumptie relatief laag is. Het opschakelen op het moment dat er veel stroomaanbod is, heeft dan ook niet heel veel zin. Technisch kan het ook niet: het in bedrijf nemen van een grote compressor vergt tijd en voorbereiding. Het zou wel mogelijk zijn om de productie bij heel hoge prijzen stop te zetten.’

Klop wil stoomrecompressie zeker niet wegzetten als laaghangend fruit, ‘daarvoor zijn de investeringen te hoog en is de machinerie en de inpassing in het proces te complex’, maar er zijn wel degelijk grote stoomverbruikers in Nederland die kunnen optimaliseren met deze techniek. ‘We hebben het hier over ‘proven technology’ die al jarenlang wordt toegepast. De risico’s zijn dus niet zo groot en hebben vooral te maken met de ontwikkelingen op de energiemarkt. Hoe groter het verschil tussen de gas- en elektriciteitsprijs, hoe gunstiger de business case uitpakt.’