Platform voor de voedingsverwerkende- & drankenindustrie
De transitie naar klimaatneutrale warmteproductie is geen rechtlijnig pad. Er is een waaier aan technologie beschikbaar, maar elk met zijn eigen fysieke en economische beperkingen. Daarom ligt de toekomst niet in één unieke oplossing maar in een flexibele mix van technologieën. Flexibiliteit zal echt het sleutelwoord zijn, zeker als we kijken naar de volatiliteit van de energiemarkt vandaag. Soms piekt de elektriciteitsprijs, het ander moment wordt ze negatief. Bedrijven die hun warmteproductie hierop afstemmen, behalen een aanzienlijk voordeel. Belgian Boiler Company helpt graag meedenken wat voor jou de beste weg is naar een toekomstbestendige warmteproductie.
Wanneer een bedrijf investeert in eigen zonnepanelen of windturbines, is de e-boiler de perfecte manier om overtollige stroom om te zetten naar stoom. Dit verhoogt het zelfverbruik en voorkomt dat men stroom tegen ongunstige tarieven moet injecteren in het net. Omgekeerd behoort ook peak shaving tot de opties, waarbij de e-boiler juist niet gebruikt wordt als het net te zwaar belast is. De e-boiler helpt om de capaciteitstarieven van de netaansluiting te beheersen. Deze maatregelen ‘achter de meter’ heb je zelf in handen: met behulp van software en sturingen worden elektrische toepassingen zoals een e-boiler in functie van de eigen productie- en consumptiebehoeften in- of uitgeschakeld.
De grootste opbrengst zit echter ‘voor de meter’. Door de e-boiler beschikbaar te stellen aan de energiemarkt via een Balancing Service Provider (BSP), kan het bedrijf bijdragen aan het stabiliseren van het elektriciteitsnet. Bij een overschot aan stroom zoekt netbeheerder Elia grote verbruikers die op korte termijn hun afname kunnen verhogen. Dit wordt aFRR (automatic Frequency Restoration Reserve) genoemd. Omdat een e-boiler binnen enkele seconden kan reageren en opregelen, is het een ideaal instrument voor deze markt. De vergoedingen die hiervoor worden uitgekeerd door Elia zijn substantieel en verkorten de terugverdientijd van de gehele installatie aanzienlijk. Naast het balanceren van het net zien we ook de opkomst van congestiebeheer om overbelasting van transformatoren te voorkomen. Als bedrijven flexibel kunnen schakelen tussen elektriciteit (bijvoorbeeld e-boilers) en andere energiebronnen (zoals gas of een warmtekrachtkoppeling), dan kan dat leiden tot financieel interessante flexibele aansluitingscontracten. Deze zijn in volle ontwikkeling.
Bij de keuze van een type e-boiler is natuurlijk in eerste instantie het vermogen van belang. Even belangrijk is de mogelijkheid tot systeemintegratie. Vier parameters zijn bij de integratie in een ketelhuis doorslaggevend: beschikbare elektrische aansluiting, waterkwaliteit, modulatie en performantie.
E-boilers kunnen opgedeeld worden in twee grote groepen. Enerzijds zijn er de weerstandketels. Deze stoomketels of warmwaterketels gebruiken elektrische weerstanden om water op te warmen en indien gewenst stoom te produceren. Deze ketels werken vrijwel uitsluitend op laagspanning (3-fasig, 400 V – 690 V) en zijn daardoor beperkt in vermogen hoewel met toepassingen tot 5,5 MW (wat overeenstemt met 7,5 ton/u stoom) al een mooi marktsegment gecoverd wordt. Anderzijds zijn er de elektrodeketels. Deze ketels werken op middenspanning (6 kV – 36 kV). Bij dit principe wordt er spanning opgewekt tussen twee elektrodes onder water waarbij het water zelf als geleidend medium fungeert. De elektrische weerstand van het water zorgt voor de opwarming en eventuele stoomvorming. Deze technologie laat toepassingen tot 90 MWe toe. Laagspanningsketels hebben als voordeel dat dit spanningsniveau courant beschikbaar is in industrie, niettemin mag het benodigde elektrisch vermogen niet onderschat worden. Een elektrische ketel heeft ruwweg 650 kWe nodig heeft voor de productie van 1.000 kg/u stoom. Daarnaast heeft laagspanning als nadeel dat kabelsecties snel oplopen. Bij vermogens boven de 6 MW wordt het moeilijk economisch te verantwoorden om op laagspanning te blijven. Dan valt het te overwegen om over te schakelen op middenspanningketels. Hogere spanningsniveaus laten kleinere kabelsecties toe voor hetzelfde vermogen.
Daarenboven hebben deze installaties geen last van harmonischen of faseverschuivingen. Echter, vandaag hebben lang niet alle kmo’s vlot toegang tot het middenspanningsnet.
Stookplaatsen vandaag, met gasgestookte stoomketels, zoals vlampijpketels, voldoen reeds aan de EN12953-10 die de waterkwaliteit voor vlampijpketels vastlegt. Deze norm laat, afhankelijk van de voedingswaterkwaliteit, een geleidbaarheid van het ketelwater toe tot 6.000 µS/cm bij 25 °C. Daarnaast wordt er bij de behandeling van het ketelwater vaak bijkomende chemische dosering gebruikt om restzuurstof te capteren, de pH-waarden onder controle te houden en leidingen en ketel tegen corrosie te beschermen. Als een e-boiler naast een bestaande gasketel zou worden ingezet om stoom te leveren op hetzelfde stoomnet en voedingswater te gebruiken uit hetzelfde voedingswatersysteem, dan is compatibiliteit belangrijk. Hier heeft een weerstandsketel een groot voordeel, omdat deze ketels zonder enige aanpassing inzetbaar zijn in bestaande ketelhuizen met dezelfde waterbehandeling als klassieke gasketels. Voor elektrodeketels is het verhaal genuanceerder. Er zijn twee gangbare technologieën: de ondergedompelde of ‘immersed’ elektrodeketel en de jet-type elektrodeketel. Afhankelijk van de constructeur zijn voor de immersed elektrode boilers lage tot zeer lage geleidbaarheden gewenst, waar jet-type boiler hogere waarden vereisen.
Om een e-boiler ten volle in te zetten voor flexibiliteit, is een groot modulatiebereik, liefst van 0 tot 100%, essentieel. De meeste e-boilers hebben een ruim modulatiebereik. In ieder geval vaak beter in vergelijking met klassieke gasgestookte ketels. De eenvoudige elektrische weerstandsketels werken met schakelrelais die het vermogen van de ketel getrapt aansturen. Typische stappen zijn dan 50 of 100 kW. Voor eenvoudige toepassingen is dit geen probleem, maar indien je de ketel zo nauw mogelijk een opgelegd lastprofiel wil laten volgen wordt dit lastig. Beter is dan om te werken met een thyristor die het vermogen volledig modulerend kan aanpassen. Jet-type elektrode-ketels hebben het voordeel om ook 100% moduleerbaar te zijn. Immersed elektrode boilers daarentegen hebben een probleem bij lage lasten kleiner dan 10%. Werken op nullast wordt dan moeilijk zonder afschakelen van de hoofdschakelaar. Een hoge schakelfrequentie heeft jammer genoeg een nadelig effect op de levensduur van deze component.
Met een efficiëntie van 99,5 % of meer, wordt het elektrisch vermogen in een e-boiler quasi volledig omgezet in thermisch vermogen. Tegelijk zijn deze installaties emissievrij: ze produceren geen CO2 en geen schadelijke NOx of fijn stof als de elektriciteit groen is opgewekt. Bovendien reduceert het ontbreken van een brander, brandstoftoevoer en een schoorsteen de onderhoudskost aanzienlijk vergeleken met een klassieke gasketel. Er is geen mechanische slijtage van een branderventilator, geen vervuiling door roet en bovenal een veel stillere installatie.
Om ten volle te kunnen inspelen op flexibiliteit moet een ketelhuis hybride uitgevoerd worden. Een mooi voorbeeld hiervan werd recent gerealiseerd door Belgian Boiler Company bij een wereldwijde leider in de productie van bakkerijproducten. Bij het ontwerp van een nieuw ketelhuis werd door BBC naast een klassieke gasketel die de complete stoomconsumptie covert ook een laagspanning e-boiler van Bosch geplaatst. Door een slimme integratie van beide ketels kan de installatie in verschillende modi geopereerd worden en wordt de opbrengst van de e-boiler gemaximaliseerd.
Deze integrale oplossing was enkel mogelijk door de juiste technologieën naast elkaar te zetten. Voor de gasketel werd er gekozen voor een UL-S stoomketel van Bosch met een stoomcapaciteit van 9.000 kg/u en een geïntegreerde economiser met nog bijkomend een voedingswaterkoeler. Dit leverde uiteindelijk een ketelrendement op van meer dan 96%. Tegelijk werd een brandermodulatie van meer dan 1 op 8 gerealiseerd, belangrijk om ook een stabiele regeling te garanderen bij lage afname. Naast de gasketel plaatse BBC een ELSB 5 elektrische stoomketel met een elektrisch vermogen van om en bij de 3,3 MW en een stoomproductie van 5.000 kg/u. Een thyristor geïntegreerd in de vermogenskast van deze ketel laat het toe om het vermogen volledig modulerend te regelen tussen 0 en 100% om de elektrische belasting volledig onder controle te hebben. Deze hybride stookplaats garandeert vandaag niet alleen de stoomproductie maar doet dit tegelijk met een sterke CO2-reductie en een geoptimaliseerde energiekost.
