Thermische batterij van EnergyNest een jaar in bedrijf bij Yara
(Branded content)
EnergyNest installeerde bij kunstmestproducent Yara een thermische batterij van 4 MWh die rechtstreeks op het stoomnet van de productiefaciliteit in Porsgrunn (Noorwegen) werd aangesloten. Het systeem is inmiddels een jaar operationeel en leidt tot een elektriciteitsbesparing van 12 gigawattuur per jaar. Carlijn Lahaye, managing director van de Nederlandse vestiging van EnergyNest, en Michiel Carbo, projectmanager bij Yara, lichten het project toe.
EnergyNest werd in 2011 opgericht in Noorwegen door professor Pål Bergan en Øivind Resch. Zij hadden een toekomstgerichte, schaalbare warmteopslag-technologie voor de industrie bedacht om restwarmte te hergebruiken en de inzet van hernieuwbare energie te vergroten. Carlijn Lahaye, managing director bij EnergyNest in Nederland: ‘Veel industriële bedrijven hanteren hoge temperaturen in hun productieprocessen. Denk aan de chemiesector, raffinaderijen, de papierindustrie maar ook aan de voedsel- en drankindustrie en maakindustrie. Warmteopwekking gebeurt vaak via fossiele brandstoffen, maar daar komt door de elektrificatie geleidelijk aan verandering in. De energietransitie vraagt daarnaast dat bedrijven de energie-efficiëntie van hun productie-installaties verhogen. Overtollige proceswarmte tijdelijk opslaan voor hergebruik op een later tijdstip kan daarbij helpen. Het leidt tot kostenbesparingen en decarbonisatie van productieprocessen. De thermische opslag die EnergyNest heeft ontwikkeld, is geschikt voor temperaturen tussen de 130 °C en 400 °C. De opslag kan bedrijven ondersteunen in hun verduurzamingsproces door warmte op te slaan en op het juiste moment en naar behoefte weer af te geven.’
Werking
Carlijn Lahaye managing director EnergyNest in Nederland
Lahaye gaat dieper in op de werking van de thermische batterij die de naam ThermalBattery kreeg. ‘Het is een thermisch energieopslagsysteem op hoge temperatuur dat modulair is opgebouwd. Wanneer het systeem wordt opgeladen, wordt het gevoed met stoom (of thermische olie) onder hoge druk die afkomstig is van de fabriek of uit zonne- of windenergie. De stoom stroomt van boven naar beneden door de modules, waar het condenseert en zijn latente warmte afgeeft aan het opslagmateriaal Heatcrete. Dit is een speciaal type beton met een zeer goede warmtegeleiding, dat is ingegoten in koolstofstalen U-vormige warmtewisselingsbuizen. Het verzadigde condensaat wordt opgeslagen in een drukvat. Wanneer de fabriek extra stoom of warmte nodig heeft, wordt de thermische batterij weer ontladen door lagedrukstoom terug naar de fabriek te voeren. Dit werkt door de stroom om te keren. Het drukvat voedt de modules met condensaat dat in de modules verdampt tot stoom, parallel met het flashen van stoom vanuit het vat zelf. Dit dubbele stoomgeneratieproces wordt geregeld door een set regelkleppen.’
‘Dankzij de thermische batterij kunnen bedrijven het lozen van overtollige stoom drastisch verlagen door de energie op te slaan en onmiddellijk vrij te geven tijdens kortstondige cyclische piekvragen in het lagedruk stoomnet.’
Carlijn Lahaye managing director EnergyNest in Nederland
Flexibiliteit
De overdracht van warmte vindt plaats via de stalen buizen van de warmtewisselaar. De maximale operationele temperatuur is daarbij ongeveer 400°C bij gebruik van regulier koolstofstaal. ‘Dankzij de thermische batterij kunnen bedrijven het lozen van overtollige stoom drastisch verlagen door de energie op te slaan en onmiddellijk vrij te geven tijdens kortstondige cyclische piekvragen in het lagedruk stoomnet.’
De mogelijkheid om energie op te slaan en later te gebruiken, biedt meer voordelen, stelt Lahaye. ‘Bedrijven kunnen goedkope energie, gegenereerd uit hernieuwbare elektriciteit buiten de piekuren opslaan en gebruiken op tijdstippen dat er minder energie beschikbaar is en de prijzen hoger zijn. Ze kunnen zich hiermee beschermen tegen prijsschommelingen en marktprijsrisico’s, fluctuerende gasprijzen en CO2-compensatiekosten. Daarnaast kunnen flexibiliteits- en netbalanceringdiensten worden geleverd aan de netbeheerders Elia of TenneT.’
‘Voor ons is een snelle laad- en ontlaadtijd een belangrijke voorwaarde.’
Michiel Carbo projectmanager Yara
Primeur
De thermische batterij van EnergyNest bij Yara in Porsgrunn. Vlnr Michiel Carbo (Yara), Christian Thiel (EnergyNest) en Hilde Krøvel (Yara).
Na een succesvol proefproject in Abu Dhabi, waar de robuustheid van de technologie en het design werd vastgesteld, werd bij Yara in Porsgrunn (Noorwegen) in 2023 de eerste ThermalBattery geïnstalleerd en in gebruik genomen. Een primeur. Michiel Carbo, projectmanager bij Yara: ‘Yara is een grote kunstmestfabrikant. In eerste instantie wordt uit aardgas – en sinds kort ook weer waterstof, door elektrolyse van water – als basis ammoniak geproduceerd. Dit wordt vervolgens omgezet in salpeterzuur dat als basis dient voor stikstofhoudende kunstmest. Bij dit proces maken we in Porsgrunn gebruik van een lagedruk stoomnet waarbij het stoomgebruik fluctueert door batch processen. Het intermitterend stoomgebruik is variabel en de cycli zijn vrij kort, denk aan vijf à zes cycli per uur. We kwamen daardoor al snel tot de conclusie dat conventionele technologieën zoals stoomaccumulatoren hiervoor minder geschikt zijn omdat ze een exact terugkerend profiel vereisen, terwijl het ritme van de productieprocessen in onze case niet constant hetzelfde ritme volgen. Daarnaast is voor ons een snelle laad- en ontlaadtijd een belangrijke voorwaarde. Door de thermische batterij zijn we in staat om meer stoom te expanderen in een bestaande turbine die gekoppeld is aan een generator.’
Yara zag in de thermische batterij van EnergyNest de geschikte oplossing, waarbij de laad- en ontlaadtijd van de thermische batterij typisch vijf minuten bedraagt, en stoom ontladen instantaan plaatsvindt. Carbo: EnergyNest is een jong bedrijf, eveneens uit Noorwegen. De resultaten van hun testproject waren veelbelovend. En aangezien er voor deze pilot subsidie beschikbaar was van zowel Enova als Innovation Norway, was de samenwerking vrij snel beklonken.’
Installatie
De implementatie verliep erg soepel, vervolgt de projectmanager: ‘De plek waar de thermische batterij zou komen, hebben we eerst voorzien van een betonnen fundering. Dankzij de stevige ondergrond hoefden we hiervoor niet te heien. Vervolgens zijn de ThermalBattery-modules – vier containers van 20 ft – op elkaar gestapeld. Aan de rechterzijde zijn verbindingen met het stoomnetwerk gemaakt. De leidingen werden van de nodige tie-ins voorzien om verbindingen te kunnen maken, zodat we stoom zouden kunnen aftappen en weer toevoegen. Vervolgens is de batterij van isolatie en beplating voorzien en kon deze in gebruik worden genomen.’
‘EnergyNest kon de units leveren op basis van de specificaties die we voor ons stoomnetwerk gebruiken.’
Michiel Carbo projectmanager Yara
Onderhoud
De vier ThermalBattery-modules op elkaar gestapeld.
Boven op het condensaatvat is een platform bevestigd waar de regelkleppen zijn geïnstalleerd. Het is goed toegankelijk voor monteurs die inspectie en onderhoud moeten uitvoeren. Carbo: ‘Wat eveneens een belangrijke factor was bij de keuze voor deze technologie, is het ontbreken van rotating equipment. Er zijn geen pompen die extra onderhoud behoeven. Daarnaast kon EnergyNest de units leveren op basis van de specificaties die we voor ons stoomnetwerk gebruiken. Zo gebruiken we een bepaalde staalsoort die op ons verzoek ook in de thermische batterij is gebruikt. Het grote voordeel hiervan is dat het de inspectie van de batterij eenvoudiger maakt. We beschouwen de batterij namelijk niet als een warmtewisselaar maar als een pijpleiding.’
Lahaye vult aan: ‘We bieden gestandaardiseerde ThermalBattery-modules met het formaat van 20 ft containers waardoor ze eenvoudig zijn te transporteren en stapelen.’
Resultaten
Het eindresultaat is een werkende thermische batterij waarmee Yara jaarlijks 12 gigawattuur elektriciteit en 6.000 ton indirecte CO2-emissies bespaart. Dit komt overeen met het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van ongeveer vijfduizend huishoudens in Nederland. Carbo: ‘De komende tijd zullen we nog meer testen en de data daarvan bestuderen. Maar we zijn nu al tevreden over de prestaties, gezien de onmiddellijke respons wanneer ontladen is gewenst, en het eenvoudige onderhoud. We merken overigens dat de perceptie richting nieuwe technologieën geleidelijk aan verandert; mensen staan meer open voor innovatie. De thermische batterij fungeert in Noorwegen dan ook als een show case om andere bedrijven te inspireren deze technologie toe te passen.’
