“Industriële bedrijven staan met de transitie voor grote uitdagingen, maar tegelijkertijd zijn en blijven ze sterk financieel gedreven", zegt Daan Scheepens, process engineer en consultant bij Standard Fasel. “Verduurzaming kan een verdienmodel zijn, maar er wordt op dit moment vooral gekeken of duurzame investeringen een positieve invloed hebben op de financiële kant van de bedrijfsvoering.” Standard Fasel levert maatwerkoplossingen voor ketel-, stoom- en brandertechniek in alle soorten en maten. Het bedrijf heeft jarenlange ervaring met het verduurzamen van traditionele installaties, elektrificatie, alternatieve brandstoffen en diverse hybride vormen, zoals de add-on e-boiler en de stoomcompressie warmtepomp.
Hybride oplossing
E-boilers hebben een COP van 1, maar veel industriële bedrijven investeren er toch in. Scheepens: “De e-boiler is een interessante optie wanneer de elektrische aansluitcapaciteit groot genoeg is. Hij vervangt de gasboiler niet, maar wordt in 90% van de gevallen onderdeel van een hybride oplossing. Hierbij wordt de e-boiler alleen aangesproken als de economische condities gunstig zijn. Door slim te handelen op de onbalans- of day-ahead markt is de e-boiler snel terugverdiend.”
Hoe snel, hangt af van de specifieke situatie van het bedrijf en de afgesloten energiecontracten. Maar in bijna alle gevallen ligt de terugverdientijd van e-boilers ruimschoots binnen de vijf jaar. “Bovendien is vanuit de overheid subsidie en financiering beschikbaar. De Stimulering Duurzame Energieproductie en Klimaattransitie (SDE++) en de Industrie en Energie-investeringsaftrek (EIA) hebben een positieve invloed op de business case.”
Collega Gijs Schimmel, Senior Process Development Engineer vult aan: “Een bijkomend voordeel is dat bedrijven minder CO2 uitstoten in de periodes dat ze de gasboiler niet hoeven aan te spreken. Dit kunnen ze weer meenemen in de rapportages met betrekking tot SCOPE1- en SCOPE2-emissies.”
Aandachtspunten e-boiler
E-boilers lijken een no-brainer te zijn, maar er zijn een paar aandachtspunten. Scheepens: “Netcongestie is het grootste struikelblok bij de elektrificatie van industriële processen. Bedrijven moeten dus vóór de aanschaf nagaan of er voldoende aansluitcapaciteit beschikbaar is. Daarnaast is de locatie van het aansluitpunt belangrijk. Historisch zien we vaak dat de trafo’s en het ketelhuis bij elkaar in de buurt staan, maar dat is niet altijd zo. Elektrificatie van de industrie kan ook een positieve draai geven aan de verdere uitrol van duurzame energieopwekking en ‘kalmering’ van de elektriciteitsmarkten, ten gunste van het klimaat én de (Europese) economie.”
Scheepens licht toe dat er momenteel bijna dagelijks sprake is van overschotten aan duurzame energie, met negatieve elektriciteitsprijzen. Dit betekent dat er voor grootschalige opwekking - met uitzondering van groenestroomcertificaten - geen inkomsten zijn. Nieuwe wind- en zonneprojecten staan daardoor op losse schroeven. “Wanneer het aanbod aan gestuurde industriële elektriciteitsvraag groeit, is het reëel dat de prijs weer stijgt. Zodat de transitie weer sneller in beweging komt. De mate waarin dit effect optreedt, is logischerwijs afhankelijk van de mate van industriële flexibiliteit en andere oplossingen, zoals batterijopslag en ‘curtailment’.”
Twee smaken
“Bij e-boilers zijn er twee smaken”, vervolgt Scheepens. “Ten eerste is er de laagspanningsoplossing, vergelijkbaar met de werking van een waterkoker. Bij dit type e-boilers zijn er bij significante vermogens ook behoorlijke stroomsterktes en kabels nodig. Tot een paar MW kan redelijkerwijs met laagspanning worden gewerkt. Is een vermogen van meer dan 5 MW nodig, dan kan worden gekozen voor een midden- of hoogspanningsboiler. E-boilers met hogere vermogens (vanaf 3 tot 60 MW, elektrodeboilers) worden ontworpen en aangesloten op spanningen van 6 tot 24 kV.”
Door een hogere spanning te gebruiken, kan bij hetzelfde vermogen de stroomsterkte (A) lager blijven. Dat is gunstig, want dan zijn minder dikke kabels nodig. “Voor dergelijke vermogens wordt het laagspanningsnet dus niet gebruikt, maar het kan wel (afname)congestie veroorzaken in midden- en hoogspanningsnetten. Daar moet je tijdens de installatie rekening mee houden.”
Ingewikkeld is de installatie echter niet. “Specialistische bedrijven nemen de elektrische aansluiting op zich. Eenmaal geïnstalleerd heeft een bedrijf er weinig omkijken naar. De e-boiler is onderhoudsvriendelijk en vergeleken met een vlampijpketel een stuk minder complex (lees: minder schadegevoelig).”
Waterkwaliteit
Waar bedrijven wel op moeten letten is de waterkwaliteit. In de zuivelindustrie wordt bijvoorbeeld brudencondensaat - het eerste condensaat dat uit melkproducten wordt gehaald - hergebruikt als ketelvoedingswater. Dit is echter van onvoldoende kwaliteit om in een e-boiler toe te passen. Een reboiler - scheidingswarmtewisselaar - kan dit oplossen, maar leidt tot hogere kosten. “Daar moet je als bedrijf rekening mee houden”, zegt Scheepens.
Procescondities
Hoewel het rendement van een warmtepomp aanzienlijk hoger is dan die van een e-boiler, kiezen veel bedrijven momenteel toch sneller voor deze laatste optie. Schimmel: “De implementatie van een e-boiler in de bedrijfsprocessen is relatief eenvoudig in vergelijking met de integratie van een warmtepomp. Die is complexer. Daarnaast is de kapitaalinvestering van een e-boiler slechts een fractie per MW opgesteld vermogen in relatie tot de warmtepomp.”
Scheepens voegt daaraan toe: “Voor een gunstige ROI is een industriële warmtepomp vaak pas interessant als deze 24/07 draait, terwijl ook de procescondities en de temperatuurverhoging bepalen hoe efficiënt de warmtepomp kan draaien. Wanneer een retourstroom uit de koeltoren met een temperatuur van 40 °C weer moet worden opgewaardeerd tot 160 °C, dan zijn er verschillende technologieën nodig om deze opwaardering te kunnen bereiken. Dat leidt tot een lagere COP. Hoewel deze nog steeds hoger is dan een e-boiler, is de terugverdientijd van de warmtepomp veel langer.”
Schimmel maakt de vergelijking tussen een positieve business case met een e-boiler (in combinatie met een gasboiler) en een warmtepomp. “Een warmtepomp heeft in een gunstige case een lineaire terugverdientijd van drie jaar ten opzichte van minder dan een jaar bij een e-boiler. In de nabije toekomst worden fossiele brandstoffen steeds verder verdrongen als gevolg van afnemende CO2-emissierechten. Hierdoor stijgt de opex van conventionele boilers, ten gunste van de terugverdientijd van e-boilers en warmtepompen.”
Goedkoop in aanschaf, duur in gebruik
De e-boiler is relatief goedkoop in aanschaf, eenvoudig te installeren en snel terug te verdienen door te handelen op de elektriciteitsmarkt. Maar bij een 24/7-operatie is hij duur in gebruik. “De meeste bedrijven kunnen hem geen 8.000 uur per jaar inzetten omwille van de hoge elektriciteitsprijzen. Wie volledig wil of moet decarboniseren, moet daarom naast de e-boiler ook naar andere technologieën kijken en processen mogelijk anders - efficiënter - inrichten.”
Schimmel: “Vooral bij nieuw te bouwen fabrieken is all electric de te nemen route, omdat bedrijven niet altijd stikstofemissierechten krijgen. Er kan worden gekozen voor een combinatie van meerdere duurzame technologieën, zoals een combinatie van batterijopslag, e-boiler en warmtepomp. Als één technologie een lager rendement heeft dan de andere gekozen oplossing(en), dan kom je gemiddeld wellicht toch nog uit op een rendement dat interessant is voor een business case.”
Focus op efficiëntie
Uitsluitend gebruikmaken van een e-boiler voor de warmtevoorziening is evenmin onmogelijk. “Bedrijven krijgen in bepaalde periodes te maken met hoge energietarieven en dat is wel even slikken. Vaak is dit een goede drijfveer om al bij het ontwerp de focus te leggen op efficiëntie. Door zeer spaarzaam met energie om te gaan wordt het prijsverschil met gasgestookte bestaande fabrieken, die doorgaans minder efficiënt zijn ingericht, veel kleiner. Daarnaast loont het de moeite om iemand met kennis over de elektriciteitsmarkt in te huren of hiervoor iemand in dienst te nemen. Als je de marktmechanismen goed kent, hierop met contracten kunt anticiperen en het energiebeheer slim kunt managen, dan betaalt zich die investering snel terug.”
Duw in goede richting
Welke rol de e-boiler op de langere termijn zal spelen in de transitie, is lastig te voorspellen. “E-boilers zijn net als andere technologieën nodig om de energietransitie een duw in de goede richting te geven. Ze kunnen bijdragen aan een positieve business case en dragen - vaak in combinatie met andere technologieën - bij aan de verdere verduurzaming van de industrie”, besluit Schimmel.
