Power-to-heat system met thermische energieopslag

ENERGYNEST ontwikkelt en levert geïntegreerde power-to-heat-systemen voor industriële proceswarmte.

De modulaire ThermalBattery™ vormt de kern van deze systemen. In combinatie met elektrische heaters, stoomgeneratoren of warmtewisselaars, balance of plant en intelligente besturing ontstaat een volledig geïntegreerd systeem voor het omzetten, opslaan en leveren van warmte uit elektriciteit.

 

Onze systemen zijn goed te integreren in bestaande industriële processen en opereren na inbedrijfstelling grotendeels autonoom.

Systeemomvang: meer dan alleen opslag

ENERGYNEST levert complete power-to-heat-systemen:

Het systeemontwerp maakt gelijktijdig laden en ontladen, load shifting en integratie in bestaande energie- en procesbesturingssystemen mogelijk.

Het systeem in gebruik bij Leonhard Kurz

Van elektriciteit naar proceswarmte

1. Elektriciteit en warmteopwekking

Elektriciteit van het elektriciteitsnet of uit eigen opwek achter de meter wordt via een elektrische heater omgezet in warmte.

 

Het elektrische gebruik wordt continu aangepast aan de elektriciteitsprijzen, gasprijzen, netomstandigheden en de procesvereisten.

2. Warmteoverdracht en -opslag

De verwarmde thermische olie stroomt door stalen buizen die in HEATCRETE® zijn ingebed en draagt energie over aan de vaste-stofopslag.

 

De ThermalBattery™ slaat deze energie met geringe verliezen op gedurende uren tot dagen.

3. Discharge & warmtelevering

De opgeslagen warmte wordt naar behoefte geleverd aan het proces als thermische olie, stoom of hete lucht.
 
Bypass- en regelkleppen zorgen voor stabiele uitlaattemperaturen onder wisselende bedrijfsomstandigheden.

4. Operationele betrouwbaarheid & redundantie

Het systeem wordt geïntegreerd in de bestaande warmte-infrastructuur  naast de bestaande boilers.

Operationeel temperatuursbereik van het power-to-heat-systeem

Het power-to-heat-systeem levert proceswarmte in de vorm van verzadigde of oververhitte stoom, hete thermische olie of hete lucht bij temperaturen van ongeveer 120°C tot boven 300°C. De ThermalBattery™ kan werken bij temperaturen tot 390°C. De maximale laadtemperatuur van het opslagsysteem is ongeveer 390°C bij gebruik van conventionele koolstofstalen leidingen. Economisch rendabele toepassingen werken doorgaans met laadtemperaturen tussen 250°C en 390°C en ontlaadtemperaturen tussen 120°C en 300°C. Typische systeemgroottes variëren van 5 MWh tot 1.000 MWh, met laad- en ontlaadtijden van minuten tot meerdere uren.

 

Elk systeem afgestemd op de bedrijfsbehoefte, waarbij rekening wordt gehouden met de warmtevraag van het proces en de gewenste bedrijfsstrategie.

Technische voordelen van het geïntegreerde systeem

Autonome operatie
Na commisioning opereert het systeem volledig automatisch. Laden en ontladen gebeurt zonder handmatige interventie.
Robuust, onderhoudsarm ontwerp
The thermische opslag bestaat volledig uit vaste stoffen: staal en het opslagmateriaal HEATCRETE®. Het heeft geen bewegende delen.
Bewezen industriële veiligheid
  • Ontworpen in overeenstemming met de Pressure Equipment Directive (PED)
  • CE-markering voor elke module
  • Fabriekstesten en acceptatie vóór levering
Korte CO₂-terugverdientijd
Afhankelijk van de elektriciteitmix, is de CO₂-terugverdientijd een aantal maanden.

Systeemgrenzen & bedrijfsfilisofie

Het ENERGYNEST power-to-heat-systeem wordt geleverd en geïntegreerd tot aan gedefinieerde procesinterfaces. Bestaande ketels, turbines en eindgebruikssystemen blijven ongewijzigde onderdelen van de installatie. Het systeem is ontworpen voor parallel bedrijf en vervangt geen bedrijfskritische bestaande componenten.

 

De systeembesturing geeft altijd prioriteit aan procesveiligheid en -continuïteit boven economische optimalisatie. Markt- en flexibiliteitsgedreven werking vindt plaats binnen strikt gedefinieerde bedrijfsgrenzen en realtime procesvereisten.

 

Het ENERGYNEST power-to-heat-systeem is geen elektrochemisch energieopslagsysteem of waterstofgebaseerde oplossing. Het zet elektrische energie direct om in proceswarmte en vermijdt zo conversieverliezen, extra media en veiligheidsgerelateerde complexiteit.

 

Het systeem is ontworpen voor continue operatie binnen industriële processen. Door parallelle integratie en redundante warmteopwekking blijft de levering van proceswarmte te allen tijde gewaarborgd, ook tijdens onderhoud.

Van gieten tot locatie: eenvoudig transport per vrachtwagen of trein dankzij het gestandaardiseerde containerformaat

De ThermalBattery™ als kerncomponent

De ThermalBattery™ is de thermische opslagcomponent van alle power-to-heat-systemen van ENERGYNEST. Ze is gebaseerd op een modulair solid-state ontwerp van HEATCRETE® en staal en is ontworpen voor een levensduur van meer dan 25 jaar.

Van productie tot montage op locatie: voorbereiding van de stalen cassettes vóór het gieten en de eindassemblage van de afgewerkte modules op de locatie van YARA in Porsgrunn, Noorwegen

Peer-reviewed power-to-heat system

Het ontwerp van ons systeem en de resultaten van onze ThermalBattery™-pilot zijn gepubliceerd in het Journal of Energy Storage als peer-reviewed artikel: “Long-term performance results of concrete-based modular thermal energy storage system”

Bent u geïnteresseerd in ENERGYNEST of heeft u vragen over onze oplossingen voor thermische energieopslag of onze toepassingen voor uw specifieke branche?

 

We horen graag van u.

ENERGYNEST heeft zijn innovatieve technologie grondig getest in onze ThermalBattery™-pilot, geïnstalleerd bij Masdar in Abu Dhabi. Momenteel realiseren wij verschillende commerciële projecten voor uiteenlopende toepassingen.

Wij werken met een netwerk van gevestigde Europese industriële partners om grootschalige, betrouwbare warmte-infrastructuur te leveren. Ons samenwerkingsmodel zorgt voor naadloze integratie in bestaande productieomgevingen, met duidelijke verantwoordelijkheden en voorspelbare resultaten.

ThermalBattery™ FAQ: veelgestelde vragen

Voor welke industriële toepassingen is het systeem geschikt?

Het systeem is ontworpen voor industriële toepassingen waarbij gedurende langere tijd grote hoeveelheden proceswarmte betrouwbaar moeten worden geleverd. Het wordt doorgaans toegepast in productieomgevingen waar warmte nodig is in het temperatuurbereik van ongeveer 120°C tot ruim boven 300°C.
Doorgaans is een minimale jaarlijkse warmtevraag van meer dan 5 GWh vereist, samen met voldoende netaansluitcapaciteit. Als algemene richtlijn geldt dat ongeveer 1 MW elektrische aansluitcapaciteit nodig is per 5 GWh jaarlijkse warmtevraag.
Het systeem is bijzonder geschikt voor energie-intensieve industrieën met een continue of regelmatig terugkerende warmtevraag. Daaronder vallen onder meer:
  • Chemische industrie
  • Papier- en pulpindustrie
  • Voedingsmiddelen- en drankenindustrie
  • Glas- en bouwmaterialenindustrie
  • Metaal- en basismaterialenindustrie
Binnen deze sectoren hebben power-to-heat-systemen met thermische opslag verschillende toepassingen, zoals bijvoorbeeld:
  • Proceswarmte voor industriële droogprocessen
  • Stoomopwekking voor productiefaciliteiten
  • Thermische-oliecircuits in industriële installaties
  • Integratie van hernieuwbare elektriciteit in de industriële warmtevoorziening
Het systeem is minder geschikt voor toepassingen met een zeer lage warmtevraag, sterk onregelmatige piekbelastingen zonder voorspelbare loadprofielen, of processen die ruim onder de opgegeven temperatuurbereiken opereren. In dergelijke gevallen kunnen de technische en economische voordelen van grootschalige power-to-heat-systemen met thermische opslag niet volledig worden benut.

Welke temperaturen kan de ThermalBattery™ aan?

Ons opslagmateriaal HEATCRETE® is getest tot 550°C en ontworpen om betrouwbaar te functioneren tot 390°C.

Kan het systeem tegelijkertijd laden en ontladen?

Ja. Het systeem kan warmte opslaan terwijl het gelijktijdig warmte aan het proces levert.
De geïntegreerde thermische opslag wordt geladen terwijl parallel warmte aan het proces wordt geleverd. Hierdoor kunnen schommelingen in de beschikbaarheid van elektriciteit worden opgevangen zonder de continue productie te onderbreken.
Deze bedrijfsmodus maakt het mogelijk om goedkope of hernieuwbare elektriciteit flexibel te gebruiken om de opslag te laden, terwijl opgeslagen warmte tegelijkertijd wordt geleverd voor industriële toepassingen zoals stoomopwekking, droogprocessen of thermische-oliecircuits.

Hoe snel kan de ThermalBattery™ reageren?

De ThermalBattery™ kan worden geconfigureerd voor verschillende bedrijfsstrategieën, variërend van flexibiliteitstoepassingen met snelle respons tot langere laad- en ontlaadcycli over meerdere uren of dagen.

Hoe worden procesbetrouwbaarheid en stabiele temperaturen gewaarborgd?

De procesbetrouwbaarheid wordt geborgd door het systeem parallel aan de bestaande warmtevoorziening te integreren. Bestaande ketels of stoomgeneratoren blijven volledig operationeel en zijn altijd beschikbaar als back-up. Ze worden niet door het systeem vervangen, maar vullen de elektrische warmteopwekking aan.
Hierdoor blijft de warmtevoorziening stabiel, ook wanneer loadprofielen, de beschikbaarheid van elektriciteit of bedrijfsomstandigheden variëren. De bestaande infrastructuur vormt een extra waarborg voor het productieproces.
Stabiele temperatuurregeling wordt gewaarborgd door het centrale besturingssysteem. Dit coördineert de elektrische warmteopwekking, de thermische opslag en de bestaande ketels om op elk moment betrouwbaar aan de warmtevraag van de installatie te voldoen. Daarbij geldt één duidelijk principe: procesbetrouwbaarheid gaat vóór economische optimalisatie.

Hoe wordt het systeem geïntegreerd in bestaande installaties en besturingssystemen?

Het ENERGYNEST power-to-heat-systeem wordt geleverd en geïntegreerd tot aan gedefinieerde procesinterfaces. Bestaande ketels, turbines of eindgebruikers blijven ongewijzigde onderdelen van de installatie.

Hoe worden beschikbaarheid, monitoring en onderhoud gewaarborgd?

De systeembeschikbaarheid wordt gewaarborgd door een robuust installatieontwerp en continue operationele monitoring. De ThermalBattery™ zelf bevat geen bewegende delen in het opslagmedium, waardoor mechanische slijtage beperkt is en potentiële storingspunten tot een minimum worden beperkt.
De weinige kritieke balance-of-plant-componenten bestaan uit bewezen standaard industriële apparatuur, zoals pompen, kleppen en instrumentatie. Deze componenten worden breed toegepast in industriële omgevingen en kunnen worden onderhouden met bestaande service- en sparepartsconcepten.
De werking van het systeem wordt continu gemonitord via instrumentatie- en besturingssystemen. Belangrijke bedrijfsparameters zoals temperatuur, druk en flow worden realtime geregistreerd en geanalyseerd. Daardoor kunnen afwijkingen vroegtijdig worden gedetecteerd en tijdig worden gecorrigeerd voordat zij de operatie beïnvloeden.

Hoe werkt het systeem samen met bestaande besturingsconcepten?

Het systeem wordt geïntegreerd in bestaande procesbesturingssystemen, zoals DCS- of SCADA-omgevingen. Via interfaces kan het communiceren met bestaande besturings- en energiemanagementsystemen, zodat relevante operationele data kunnen worden uitgewisseld.
Op basis hiervan kunnen bedrijfsstrategieën worden afgestemd op bestaande loadprofielen en productievereisten. Het besturingssysteem houdt continu rekening met de procesbehoeften en zorgt ervoor dat installatiestabiliteit en procesbetrouwbaarheid te allen tijde behouden blijven.
Optimalisatie van de opslagoperatie of marktgedreven dispatch vindt plaats binnen strikt gedefinieerde bedrijfsgrenzen. Procesvereisten en installatiestabiliteit hebben altijd prioriteit.

Hoe wordt gewaarborgd dat procesparameters (druk, temperatuur) stabiel blijven?

Stabiele procesparameters worden gewaarborgd door een combinatie van hydraulisch systeemontwerp en regeltechniek. Bypass- en regelkleppen houden de uitgaande temperaturen constant, zelfs wanneer de bedrijfsomstandigheden binnen het systeem veranderen.
Hydraulische ontkoppeling stabiliseert daarnaast de temperatuur- en drukniveaus in het proces. Daardoor worden schommelingen binnen het energiesysteem niet direct doorgegeven aan het productieproces.
De thermische opslag maakt ook ontkoppeling mogelijk tussen de elektriciteitsmarkt en de productievraag. Kortetermijnveranderingen in de elektriciteitsvoorziening hebben daardoor geen directe invloed op de levering van proceswarmte. Procesregelingen compenseren continu eventuele resterende kortetermijnschommelingen.
Bestaande ketels blijven parallel beschikbaar en kunnen indien nodig worden ingezet als extra stabiliteitsreserve.

Kan een bestaand systeem later worden uitgebreid?

Ja. Het systeem heeft een modulair ontwerp en kan naar behoefte worden uitgebreid.
Aanvullende ThermalBattery™-modules kunnen op een later moment worden geïnstalleerd om de opslagcapaciteit of de hoeveelheid geleverde warmte te vergroten. Uitbreidingen kunnen worden afgestemd op een verdergaande elektrificatie van proceswarmte of op veranderingen in de productieopstelling.
De modulaire architectuur maakt dergelijke uitbreidingen doorgaans mogelijk zonder ingrijpende wijzigingen aan het bestaande systeem. Zo kan stap voor stap worden opgeschaald naarmate de energievraag of operationele eisen veranderen.

Wat onderscheidt de ThermalBattery™ van elektrochemische batterijen?

Wat onderscheidt de ThermalBattery™ van elektrochemische batterijen? Elektrochemische batterijen, zoals lithium-ion- en loodzuurbatterijen, hebben elektriciteit nodig om op te laden, terwijl de ENERGYNEST ThermalBattery™ met warmte wordt geladen. Daardoor kan de ThermalBattery™ worden gebruikt voor toepassingen (zoals warmte-krachtkoppeling) die fysiek niet mogelijk zijn met elektrochemische batterijen. Bovendien heeft de ThermalBattery™ een aanzienlijk langere levensduur, vrijwel geen prestatieafname en is zij gemaakt van volledig recyclebare materialen. Deze materialen bestaan hoofdzakelijk uit staal en beton: goedkope en wereldwijd beschikbare grondstoffen. Daarom is het systeem aanzienlijk kostenefficiënter dan batterijen.

Hoe verschilt de ThermalBattery™ van waterstofgebaseerde systemen?

De ThermalBattery™ slaat energie direct op in de vorm van warmte. Er zijn geen extra conversiestappen nodig.
In waterstofgebaseerde systemen is het proces complexer. Elektriciteit wordt eerst via elektrolyse omgezet in waterstof. Daarna volgen opslag, eventueel transport en later gebruik, bijvoorbeeld via verbranding of reconversie naar elektriciteit. Elke van deze stappen brengt extra energieverliezen met zich mee.
Daardoor behalen thermische opslagsystemen doorgaans aanzienlijk hogere totale efficiënties bij het leveren van industriële warmte. Energie wordt direct opgeslagen en vrijgegeven op het vereiste temperatuurniveau, zonder extra conversieketens.
Een ander belangrijk verschil zit in infrastructuur en vergunningen. Thermische opslag vereist geen nieuwe brandstoffen of speciale gasinfrastructuur. Ook de veiligheids- en vergunningsvereisten zijn over het algemeen minder complex dan bij waterstofgebaseerde systemen. De lagere complexiteit vertaalt zich ook in lagere investerings- en operationele kosten.

Wanneer is ENERGYNEST technisch niet geschikt?

Een power-to-heat-oplossing met ThermalBattery™ is niet geschikt voor alle industriële situaties. Technische beperkingen vloeien vooral voort uit temperatuurvereisten, de omvang van de installatie en de beschikbare elektrische infrastructuur.
Het systeem is minder geschikt in de volgende gevallen:
  • Wanneer aanzienlijk hogere procestemperaturen vereist zijn dan economisch en technisch haalbaar zijn binnen het gebruikelijke systeemontwerpbereik.
  • Wanneer de jaarlijkse warmtevraag lager is dan ongeveer 5 GWh.
  • Wanneer onvoldoende netaansluitcapaciteit beschikbaar is. Als richtlijn geldt dat ongeveer 1 MW elektrische aansluitcapaciteit nodig is per 5 GWh jaarlijkse warmtevraag.
In dergelijke gevallen kunnen alternatieve technologieën of leveringsconcepten technisch geschikter zijn.

Hoe werkt warmteopslag in de ThermalBattery™?

Energie in de vorm van warmte wordt naar de ThermalBattery™ overgebracht met behulp van een warmtegeleidende vloeistof (HTF). In principe kan de HTF elke vloeistof zijn met geschikte warmteoverdrachtseigenschappen. In de meeste systemen wordt een vloeibare warmteoverdrachtsvloeistof gebruikt, doorgaans thermische olie of een siliconengebaseerde vloeistof. Warmte van de HTF wordt via ingegoten ‘U-vormige’ warmtewisselaarbuizen van koolstofstaal overgedragen aan het solid-state opslagmateriaal HEATCRETE®. Er is geen direct contact tussen de warmteoverdrachtsvloeistof en HEATCRETE®; de warmteoverdracht vindt uitsluitend plaats via de stalen warmtewisselaarbuizen. Het ontwerp van het thermische opslagelement met U-buizen zorgt ervoor dat thermische spanningen in axiale richting worden geminimaliseerd. De thermische elementen bevatten daarnaast een stalen omkasting met drie functies: een permanente gietvorm, een externe versterking die het risico op afbrokkelen of scheurvorming vermindert, en HTF-containment (in het zeer onwaarschijnlijke geval van HTF-lekkage in het element). Wanneer nodig wordt de opgeslagen warmte via warmtewisselaars of stoomgeneratoren als stoom, thermische olie of hete lucht aan het proces geleverd.

Hoe waarborgt u de kwaliteit van uw systeem?

Wij werken uitsluitend met ISO 9001:2015-gecertificeerde leveranciers en partners, die een hoog niveau van kwaliteitsborging bieden voor onze producten en diensten. Daarnaast voeren wij samen met gecertificeerde instanties second-party audits uit en verzorgen wij toezicht op locatie tijdens de kritieke fasen van het bouwproces.

Hoe weerstaat de ThermalBattery™ de spanningen als gevolg van thermische uitzetting?

Het opslagmateriaal is ontworpen met een vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënt als de ingegoten koolstofstalen leidingen.

Hoeveel laad-/ontlaadcycli kan de ThermalBattery™ aan?

Bij dagelijks cyclen zou een ThermalBattery™ in 50 jaar minder dan 20.000 volledige cycli doorlopen. Omdat de spanningswaarden ruim onder de faalwaarden voor beton liggen, vormen spanning en vermoeiing geen operationeel probleem voor ons ThermalBattery™-systeem gedurende 10.000–20.000 cycli.

Neemt de prestatie van de ThermalBattery™ in de loop der tijd af?

De ThermalBattery™ zelf vertoont tijdens bedrijf geen prestatieverlies, omdat het systeem volledig is opgebouwd uit beton en staal, materialen die tienduizenden spanningscycli kunnen weerstaan. Alle materialen worden binnen grenzen gebruikt die hun integriteit tot 25 jaar waarborgen.

Hoe minimaliseert u technisch risico?

ENERGYNEST ontwerpt de ThermalBattery™ om technische risico’s te minimaliseren en de gegarandeerde prestaties te waarborgen. Elke ThermalBattery™-module wordt ontworpen en vervaardigd in overeenstemming met de Pressure Equipment Directive 2014/68/EU en is individueel getest en CE-gemarkeerd. Het opslagmateriaal heeft een groot aantal tests doorlopen, zowel in laboratoria als in operationele pilotinstallaties, en de prestaties zijn gecertificeerd door externe auditors. Gegevens over de exacte prestaties en de aangetoonde systeemprestaties kunnen op verzoek worden gedeeld.

Hoe groot zijn de warmteverliezen in de loop der tijd?

De warmteverliezen bedragen bij grootschalige projecten minder dan 2% over 24 uur. Bij kleinere projecten liggen de verliezen iets hoger, omdat de verhouding tussen oppervlak en volume toeneemt.

Hoe meet u de prestaties van de ThermalBattery™?

De prestaties van de ThermalBattery™ worden bepaald op basis van metingen van de inlaat- en uitlaattemperatuur van de HTF en de massastroom door het systeem. Deze parameters maken nauwkeurige prestatiemonitoring mogelijk. In het geval van water/stoom worden de prestaties gemeten op basis van de massastroom van de vloeistof, in vloeibare vorm (water) of dampvorm (stoom), in combinatie met temperatuur en druk.

An ENERGYNEST interessiert oder Fragen zu unseren thermischen Energiespeicherlösungen oder zu unseren Anwendungen für Ihre Branche?

Wir freuen uns über jede Nachricht!