Elektrificatie is cruciaal voor de transitie naar een duurzame procesindustrie. Het ISPT-project FlexPower – dat per 1 april dit jaar zal starten – laat zien hoe sector overschrijdende samenwerking en innovatieve technologieën kunnen bijdragen aan flexibele en efficiënte oplossingen. Hierbij fungeert ISPT als onafhankelijke regisseur en verbinder met het oog op zowel systeem- als procesinnovatie.
Een belangrijke oplossingsrichting om de CO2-uitstoot te verminderen ligt op het vlak van elektrificatie. Een thema waarbinnen veel gebeurt, maar nog niet voldoende. Hoewel elektrificatietechnologieën inmiddels vergevorderd zijn en zij tot 78% van de energiegerelateerde CO2-uitstoot in de industrie kunnen reduceren, verloopt de adoptie traag. Fossiele brandstoffen blijven dominant, ondanks een daling van slechts 9% in hun aandeel sinds 2010, terwijl het aandeel van elektriciteit bescheiden groeide van 19% naar 23%.
De onvoorspelbare energiemarkten maken het lastig om kosteneffectieve elektrificatiestrategieën te ontwerpen en te plannen
Flexibele en rendabele elektrificatieoplossingen
Antonie de Haas, program officer bij het Heat Integration Platform: “Belangrijke belemmeringen voor bedrijven om te elektrificeren zijn de hoge kosten van elektriciteit ten opzichte van aardgas, maar ook problemen als netcongestie, beperkte netaansluitingen en de variabiliteit van hernieuwbare energie. Technisch gezien zijn er in overvloed mogelijkheden, maar vooral de onvoorspelbare energiemarkten maken het lastig om kosteneffectieve elektrificatiestrategieën te ontwerpen en te plannen. Zodanig dat ze niet alleen passen bij de huidige energiemarkt en het huidige beleid, maar ook bij de toekomstscenario’s. Oplossingen moeten bovendien niet alleen efficiënt, maar ook flexibel zijn. Dit vraagt om complexe combinaties (hybride oplossingen) en integratie van vaak verschillende technologieën.”
Om bedrijven in deze transitie te helpen, start ISPT op 1 april dit jaar het project ‘FlexPower’. Een project waarin systeeminnovatie en -integratie centraal staan. Annita Westenbroek, programmadirecteur bij ISPT en coördinator van het Heat Integration Platform, legt uit: “De hoogte van investeringen en operationele energiekosten wordt bepaald door de benodigde procestechnologische wijzigingen om te elektrificeren. De wijzigingen om energie-efficiënte elektrificatie én flexibele elektrificatie te realiseren, zijn vaak niet dezelfde. De keuzes die bedrijven hierin zullen maken hangen daarom af van vele factoren waaronder de beschikbaarheid van elektriciteit, de variatie in elektriciteitsprijzen, vergoedingen voor flexibele processen en vooral ook van beleid. Omdat de verschillende procestechnologische opties een verschillend effect hebben op het gemiddelde en piekverbruik én de mate van flexibele operatie, zullen de (economische) keuzes die bedrijven maken ook een groot effect hebben op het elektriciteitssysteem. Dit iteratieve proces (zoals schematisch weergegeven in figuur 1) zal in het FlexPower project doorlopen worden.”
Concreet worden in het FlexPower-project hiervoor diverse cases uitgewerkt en gevalideerd zodat de industrie hiermee verder aan de slag kan. Daarbij zal veel kennis worden opgebouwd over voornamelijk het genereren van warmte.
Annita Westenbroek: “In de voorbereidende fase naar het startmoment op 1 april hebben we ook al veel kennis vergaard. Zo hebben we ontdekt dat de industrie weinig weet over de achterliggende uitdagingen van netwerkbeheerders en energieleveranciers én omgekeerd. Verder dat er tegenstrijdige belangen zijn waardoor een logische samenwerking niet eenvoudig is. Het project zal dan ook bewust deze partijen met elkaar in contact brengen om zo onderling begrip en samenwerking in de hele energiewaardeketen te bevorderen.”
Doelstellingen van FlexPower
De prioriteiten van het FlexPower-project liggen in het onderzoeken van het slim integreren van verschillende – hybride – technische oplossingen om zo de juiste balans tussen efficiënte en flexibele elektrificatie te bereiken.
Antonie de Haas: “Het gaat om het uitwerken van realistische scenario’s voor het toekomstige energiesysteem, inclusief de dynamiek van energie- en netwerkprijzen en regelgevingskaders. De scenario’s zullen ook de evolutie van financiële prikkels van balanceringsmarkten zoals FCR, aFRR en mFRR omvatten.”
Daarnaast richt het project zich op case-specifieke technische oplossingen waarin elektrificatie- en energieopslagoplossingen worden ontworpen voor concrete industriële cases. Deze zijn gebaseerd op de mogelijke energiesysteemscenario’s en worden onder meer beoordeeld op flexibele exploitatie.
De Haas: “Andere aandachtspunten zijn de flexibiliteit aan de vraagzijde. We willen strategieën ontwikkelen die de industrie de mogelijkheid bieden om de stabiliteit van het elektriciteitsnet te ondersteunen. Alle kennis die we hiermee ontwikkelen, moet uiteindelijk leiden tot systemische oplossingen waarmee de industriële vraag, de opwekking van hernieuwbare energie en netwerkbeheerders worden verbonden tot efficiënte, coöperatieve energiewaardeketens. Dit omvat het definiëren van bedrijfsmodellen, het beoordelen van de risico’s voor belanghebbenden en het zorgen voor afstemming van de regelgeving.”
Industriële partijen met een passende casus of relevante kennis kunnen zich nog altijd aanmelden voor het FlexPower-project of het overkoepelende netwerk Heat Integration Platform.
“Technisch gezien geen probleem, maar wat doen de elektriciteitstarieven?”
Teijin Aramid, met Nederlandse locaties in Arnhem, Emmen en Delfzijl, produceert supersterke aramidevezels onder de merknaam Twaron®. Deze worden wereldwijd verwerkt in uiteenlopende toepassingen. Chris Scholtens, conceptual engineer bij Teijin Aramid, vertelt: “Bij de productie van aramidevezels wordt veel warmte gebruikt. De vraag naar warmte is relatief constant in onze fabrieken die 24/7 draaien en wordt op dit moment voor een groot deel opgewekt via het verbranden van aardgas. Met onze focus op duurzaamheid zijn we al jaren bezig om het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen door onder meer elektrificatie. Wat dat betreft passen we naadloos in het FlexPower project.”
Technisch gezien ziet Teijin Aramid weinig problemen in elektrificatie. Wie echter 24/7 afneemt, heeft ook te maken met de hoge prijzen van elektriciteit gedurende de piekuren. Dit dwingt het bedrijf om te kijken naar een geschikte vorm van opslag. Scholtens: “Voor ons zou het logisch zijn om de elektriciteit op te slaan als warmte (hoge temperaturen). Het is nu de vraag welke vorm voor ons het beste zou uitpakken met het oog op efficiëntie en flexibiliteit met in het achterhoofd de onzekerheid over de ontwikkeling van de marktprijzen en de nettarieven. We gaan dit uitzoeken in het driejarige FlexPower-project met ISPT – waarbij we overigens al heel lang zijn aangesloten. Deze tijd is nodig om voldoende data te verzamelen en een businesscase door te rekenen. Wanneer dit aan het einde van het project is gelukt, kunnen we starten met het bijbehorende investeringsvraagstuk.”
Eigen energiecentrale voor Sappi
Het verhaal van Sappi is een bijzonder exemplaar. Dit bedrijf uit Maastricht produceert grafisch papier en verpakkingsmateriaal in hoeveelheden van zo’n 250.000 ton per jaar. De energie die hiervoor nodig is, wordt grotendeels opgewekt via een eigen WKK, bestaande uit een gasturbine met een capaciteit van 42 MWe en een stoomturbine van 13 MWe. In 2022 nam Sappi een e-boiler in bedrijf die gebruikt wordt naast de WKK. Met deze combinatie van installaties is een flexibel vermogen van 68 MW beschikbaar dat wordt ingezet om het elektriciteitsnet te balanceren. Hiervoor is Sappi sinds 2022 een Balancing Service Provider (BSP) voor de levering van automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR) aan TenneT.
Joep Berghs is coördinator Energy & Milieu: “De bedrijfsvoering is nu zo dat er bij een overschot aan duurzaam geproduceerde elektriciteit op het net – met dus een lage prijs – onze e-boiler aanstaat en de gasturbine wordt teruggeschakeld naar zijn minimale belasting. Hiermee realiseerden we in het eerste jaar na inbedrijfname van de e-boiler, zo’n 12% CO2-reductie. Inmiddels zijn wij begonnen aan een tweede stap in onze energieroadmap, waarbij de back-upgasturbine wordt gesloopt en een tweede e-boiler wordt geplaatst. Daarnaast zal er een stoomaccumulator worden geplaatst, waarmee +/- 20 MWh aan stoom kan worden opgeslagen.”
Congestiemanagement
Hij vervolgt: “Voor de tweede e-boiler was het gecontracteerd vermogen op de netaansluiting echter onvoldoende. Wij zijn toen met Enexis in gesprek gegaan over de mogelijkheden ten behoeve van het leveren van congestiemanagement. Dit resulteerde uiteindelijk in een congestiemanagementcontract, waarbij Sappi met 9 MW van het reeds gecontracteerde vermogen en 15 MW additioneel vermogen, congestiemanagement is gaan leveren. Door deze win-win-win-situatie zijn de congestieproblemen voor Enexis opgelost, hebben andere netgebruikers toegang tot meer vermogen en kunnen wij onze tweede e-boiler aansluiten.”
Inmiddels is het bedrijf ook een pool gestart waarbij andere bedrijven met flexibele assets zich kunnen aansluiten voor de levering van aFRR aan TenneT. Dat gebeurt op dit moment al voor een significant deel.
Warmtepomp of derde e-boiler?
Binnen het FlexPower-project fungeert Sappi in eerste instantie als kennispartner maar het bedrijf wil ook een case uitwerken. Hierin moet een vergelijking worden gemaakt tussen een scenario waarbij een derde e-boiler wordt geplaatst in combinatie met meer stoomopslagcapaciteit en een scenario waarin een hogetemperatuur warmtepomp wordt geïntegreerd in de papiermachine.
Berghs: “Een warmtepomp is ten opzichte van een e-boiler waarschijnlijk minder flexibel en brengt grotere investeringen met zich mee. Hij heeft echter wel een hoge COP en verbruikt dus minder elektriciteit. In deze case onderzoeken we de optimale integratie en dimensionering van deze technologieën, waarbij de nadruk ligt op flexibiliteitsprestaties, energie-efficiëntie en potentiële inkomsten uit balanceringsdiensten.”
Dit artikel werd eerder gepubliceerd in magazine NPT Procestechnologie en op npt.pmg.nl
Acknowledgement
This project is executed with a grant from the Topsector Energy of the Ministry of Climate and Green Growth.