Hergebruik restwarmte koelinstallaties

De theoretische kaders

22 oktober 2015

edo.wissink@wur.nl

2

Restwarmte? Waarom?

Zakelijk Milieu Regelgeving/vergunning Besparing/productieverhoging Comfort Persoonlijk Simpel en logisch Besparing........

Aan de slag!

3

Inhoudsopgave

inleiding

Trias Energetica

Energie versus exergie

algemeen

Gelijktijdigheid van warmtevraag en warmteaanbod

Optimaal hergebruik via Pinch analyse

koudetechniek

Restwarmte niveau’s van koelinstallatie

Warmtepompen

4

inleiding

Trias Energetica

Energie versus exergie

5

Trias Energetica

Trias Energetica:

1.Energieverbruik proces minimaliseren

- Beperk koelbehoefte basis proces.

- Naar elkaar brengen van To en Tc

2. Duurzame energie inzetten.

3. Fossiel toepassem met zo hoog mogelijk rendement

- 1K verlaging van condensortemperatuur levert 2 tot 3% hogere COP op.

- 1K verhoging van verdampertemperatuur levert 3 tot 4% hogere COP op.

6

1 MJ

Elektriciteit

1 MJ

Warmte

1 MJ

Warmte Elektriciteit

0,5 MJ

T T = 313 °C

Tekortkomingen Trias Energetica Ontbreken van waardering kwaliteit van energie Inpassing warmtepompen, warmte/kracht niet te beoordelen

Energie versus Exergie

7

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen De exergiewaarde van arbeid : Exw = W De exergiewaarde warmte : Exq = (1 - T0/T) * Q waarin: T0 = omgevingstemperatuur [K] T = temperatuur van de warmtestroom [K] Q = hoeveelheid warmte (J of W)

Trias Exergetica

Oplossing: Reduceer exergieverliezen (= beperken van temperatuurdegradatie)

Merk op dat een warmtepomp ook exergie uit de omgeving haalt!

8

algemeen

Gelijktijdigheid van warmtevraag en warmteaanbod

Optimaal hergebruik via Pinch analyse

9

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen

Gelijktijdigheid vraag en aanbod

Warmteaanbod en -vraag vallen vaak niet samen (tijd, temperatuur, hoeveelheid). Tijd oplossing: Warmtebuffer zorgt voor ontkoppeling van vraag en aanbod in tijd economisch: Efficient voor kort cyclische periodes (dag/nacht , productie /reinigen) Temperatuur & hoeveelheid probleem: Warmte aanbod niet direct passend voor directe hergebruik oplossing: Naverwarmen /opwaarderen m.b.v. gasboiler/warmtepomp/ zonwarmte om temperatuur en/of hoeveelheid af te stemmen.

10

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen

Pinch analyse

Pinch analyse Methodiek om de minimum noodzakelijke energieverbruik van een proces te bepalen door maximaal hergebruik van restwarmte via procesintegratie. Typische toepassing Complexe processen meerdere te verwarmen en te koelen deelprocessen

11

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen

Pinch analyse

1

3

2

4

Vraag: Is er optimaal gebruik gemaakt van warmtehergebruik?

Energie behoefte bestaande proces schema - 30 kW warmteafvoer via koelwater -170 kW verhitting met stoom

12

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen

Pinch analyse

13

2. Haal exergie

uit omgeving

3. Minimale exergieverliezen

Pinch analyse

Eén spelregel: 1. geen warmtetransport over de pinch;

2. geen koeling boven de pinch;

3. geen verhitting onder de pinch.

The Pinch

minimum temperature

difference (10K)

10 kW

De lijn “cold total” is in zijn geheel horizontaal verschoven (10kW) zodat er een temperatuur verschil van bijvoorbeeld 10K over de pinch ontstaat.

14

2. Haal exergie

uit omgeving

Pinch analyse

Energie behoefte geoptimaliseerd proces schema. -Onder de pinch: 10 kW warmteafvoer via koelwater -boven de pinch: 150 kW verhitting met stoom

15

koudetechniek

Restwarmte niveau’s van koelinstallatie

Warmtepompen

Restwarmte uit koelinstallaties

Drie beschikbare warmtestromen

condensatie warmte

• veel warmte (± 100% koelvermogen)

• lage T ( zomer max 30, winter max 20

• Verhogen T kost 2-3% rendement per °C

oververhitting persgassen (zuiger/scroll)

• Geringe hoeveelheid warmte (10-30 % koelvermogen)

• Hoge T (afhankelijk systeem 45 tot 60 °C)

• Interne ww verhoogd capaciteit en temperatuur.

Warmte oliekoeler (schroefcompressor)

• Geringe hoeveelheid warmte (±4 % koelvermogen)

• hoge T (afhankelijk systeem 40 tot 55 °C)

17

Restwarmte uit koelinstallaties

15-20% condensatie 100%

Cyclus zonder interne ww

oververhitting persgas = 15-20%

18

Restwarmte uit koelinstallaties

25-30% condensatie 100%

Cyclus met interne ww

oververhitting persgas = 25-30%

Restwarmte uit koelinstallaties

Uitvoering de-superheater met warmtebuffer voor het voorverwarmen van bijvoorbeeld reinigingswater

denk aan legionella veiligheid!

Kan dit nog beter?

1. Is er een warmtebehoefte en warmteoverschot met een

temperatuur verschil dat binnen het bereik van een warmtepomp

ligt?

2. Is de verhouding tussen warmteoverschot (onder pinch) en het

warmtetekort (boven pinch) geschikt voor toepassing van een

warmtepomp?

3. Zijn de temperatuurniveau ’s haalbaar met de huidige stand der

techniek?

Overweeg een warmtepomp!

Warmtepompen en pinch temperatuur

utilities

proces

1 2

3 4

40

50 35

20

10

20

verwarming

elektriciteit

koeling

utilities

warmtepompen

proces

1 2

3 4

w w w p

warmtewisselaars

40

30 20

20 10

20

15

20

10

w k

verwarming

elektriciteit

koeling

Integratie warmtepompen en warmtewisselaars

Voorbeeld van schilbenadering

Conclusie

Economisch en toekomst bestendig handelen

Als U maandelijks een flinke gasrekening heeft (reinigingswater, proceswarmte en/of ruimteverwarming) en U heeft een middelgrote tot grote koelinstallatie, dan is zeker zinvol om de haalbaarheid van WTW te onderzoeken.

Wij helpen U graag met een Quick Scan of vragen rondom dit onderwerp*.

*Ervaring leert dat aandacht voor energiegebruik meer oplevert dan enkel energiebesparing!

edo.wissink@wur.nl

Specialist refrigeration

Bedankt voor uw aandacht