Hybride e-boilers: schakel tussen elektriciteit en gas voor maximale besparing in jouw warmteproces

De industriële sector is de grootste gebruiker van energie in Nederland. Een groot deel van deze energie wordt gebruikt voor warmte. Elektrificatie is één van de belangrijkste opties voor de industrie om gestelde klimaatdoelen te behalen en CO₂-uitstoot en energieverbruik te verminderen.

Zowel de Energy Star, Energiebesparingsplicht 2023 als de Outlook Energiesysteem 2050 vinden de e-boiler een makkelijke, snelle en CO₂-neutrale oplossing om het energieverbruik te optimaliseren. Er zijn zelfs verschillende subsidies beschikbaar voor de financiering van een e-boiler, zoals de Stimuleringsregeling Duurzame Energieproductie en Klimaattransitie.

Energieverbruik optimaliseren met automatisch schakelen tussen gas en elektriciteit

In veel takken van de voedingsindustrie is de stoomboiler één van de grootste gasverbruikers. Deze traditionele stoomboiler vervangen voor een elektrische boiler is dus een verstandige keus.

Er zijn slimme e-boilers die automatisch schakelen tussen verwarmen op gas of elektriciteit aan de hand van de actuele dagprijzen van gas en elektriciteit. Bij negatieve stroomprijzen word je met zo’n innovatieve oplossing zelfs betaald om stoom te maken. Dit alles levert grote winsten in je optimalisatie van je energieverbruik op. Belangrijke voorwaarde hiervoor is wel dat de korte termijn elektriciteitsprijs (kwartier-basis) met hoge mate van precisie voorspeld kan worden.

Een e-boiler is dankzij haar korte ramp-up/down tijd heel erg geschikt om bij te dragen aan de toenemende vraag naar flexibiliteit in het energiesysteem. Zeker door de toenemende integratie van hernieuwbare opwekmogelijkheden, zoals zonne- en windenergie. E-boilers zijn een ideale oplossing voor het opvangen van de gecreëerde onbalans op het elektriciteitsnet waar netbeheerders naar op zoek zijn (aFRR contracten). Door de sterke opkomst van deze hernieuwbare energie is het steeds vaker goedkoper om warmte te produceren uit elektriciteit in plaats van uit gas. De e-boiler kan bijvoorbeeld geplaatst worden in een hybride opstelling naast een gasgestookte ketel, of juist gas en elektriciteit combineren in één ketel.

Om zulke dynamische elektriciteitscontracten optimaal te gebruiken, kun je het beste gebruik maken van REST API en een bijbehorende token, aangereikt door de netbeheerders. Afhankelijk van de kwartier/uurprijs voor zowel gas als elektriciteit, wordt er zo berekend wat de beste te gebruiken energiedrager is. Zonder de flexibiliteit te verliezen bij een dringende stoomvraag.

De e-boiler wordt zo ingezet op de verschillende reserve – en onbalansmarkten. Dit zorgt voor een operationele inzet die gekenmerkt wordt door meerdere periodes van korte inzet met een snelle ramp-up en ramp-down tijd. Deze operationele inzet moet afgezet worden tegen eventuele extra operationele kosten en (performance) garanties.

Het piekverbruik en de cos phi moeten onder controle worden gehouden. En het liefst zonder dat je de volledige elektrische installatie moet aanpassen of voorzien van extra componenten. Er moet ook worden getoetst of het inpassen van een nieuwe e-boiler past binnen de bestaande vergunning of dat er een extra vergunning moet worden aangevraagd.

E-boilers in de voedingsmiddelenindustrie

Een belangrijke overweging voor de voedingsmiddelenindustrie is of het bestaande elektrische systeem voldoende is voor de integratie van de e-boiler. Ook belangrijk is de vereiste kwalificatie van ketelwater in de boiler waar er nauwkeurig gekeken moet worden naar de kwalificaties van de algehele waterhuishouding (voedingswater en make-up water).

E-boilers kunnen in twee klassen worden verdeeld, afhankelijk van de gebruikte techniek voor de opwekking van heet water/stoom. Voor hogere vermogens is vaak een elektroden boiler meer geschikt en voor lagere vermogens een weerstandsboiler. Vooral bij elektroden boilers is de waterkwaliteit van groot belang. Bij weerstandsboilers is de waterkwaliteit minder strikt maar toch belangrijk.

Belangrijkste hindernissen voor elektrificatie van stoomboilers:

Krapte op het elektriciteitsnet. Je moet er zeker van zijn dat je over genoeg elektriciteit kunt beschikken.
Toegestane energiegebruik. Dit hangt niet alleen af van wat je zelf nodig hebt, maar ook wat omringende bedrijven gebruiken.
Capaciteitstarieven gebaseerd op piekverbruik zorgen voor een hogere energieprijs.
Lagere cos phi leiden tot boetes van de netbeheerder.

De belangrijkste voordelen van elektrificatie

Decarbonisatie: CO₂-emissies verminderen en hernieuwbare energie gebruiken
Energie-efficiëntie optimaliseren
Energiezekerheid en interne energiemarkt optimaliseren
Energiearmoede tegengaan
Onderzoek, innovatie en concurrentievermogen verbeteren

De oplossing uitgelegd

Via de energieleverancier kun je zowel de kostprijs van gas en elektriciteit opvragen op dag, uur of kwartierprijs, afhankelijk van je onderhandeld contract. Vanuit de leverancier wordt zo de juiste Token gelinkt aan je persoonlijk contract.
Deze data wordt via REST API uitgelezen en rechtstreeks beschikbaar in de Unitronics PLC in bijvoorbeeld een Json formaat. De variabelen van dit Json bestand zijn als variabele te gebruiken in de Unitronics PLC.
Afhankelijk van de actuele energieprijs wordt automatisch bepaald of het interessanter is om op gas te stoken of op elektriciteit. Bij hoge gasprijzen wordt de benodigde warmte vanuit de e-boiler geleverd en wordt de gasketel omlaag gemoduleerd. Op dat moment wordt het totaal vermogen aan beschikbare elektrische verwarming in de thyristor vrijgegeven. Is de elektriciteitsprijs hoog dan wordt het te verbruiken elektrisch vermogen gelimiteerd of volledig uitgeschakeld.
Is er door productiecapaciteit meer vraag naar elektriciteit? Dan kan worden besloten om de productie te vertragen of om de tweede energie bron (gedeeltelijk) aan te spreken. Het proces is dus zeer flexibel op basis van de energievraag

Zijn er oplossingen voor vermogens met spanningen hoger dan 690V?

Ja, die zijn er. Een bijkomstigheid bij deze grote vermogens is de grote stroom. Een grote stroom betekent ook een grotere diameter van de elektrische kabels.

POWERSAFE™ is een volledig geïntegreerde regel- en verwarmingsoplossing voor middenspanning en verwarmingsoplossing die een langere levensduur van de verwarming biedt. Het voldoet aan de noodzakelijke eisen om jouw proces veilig en betrouwbaar te maken. Wattage-eisen voor elektrische thermische apparatuur zijn gestegen. Dit maakt middenspanningsoplossingen aantrekkelijk omdat ze de totale installatiekosten, in vergelijking met traditionele elektrische verwarming, verkleinen.

Met de POWERSAFE middenspanningsoplossing heb je geen bijkomende bekabeling en uitschakeltransformatoren meer nodig die typisch nodig zijn bij systemen met een lagere spanning. Hierdoor profiteer je van een aanzienlijke verlaging van de installatiekosten.

Kenmerken en voordelen

Maakt dure step-down transformatoren overbodig die meestal nodig zijn bij systemen met een lagere spanning.
Werkt met lage stroom waardoor tot 90% bespaard kan worden op kabelkosten.
Volledig geïntegreerd thermisch regelsysteem met HMI en PLC, elektrische verwarming, procesregelaar, voedingssysteem, SCR/contactorcircuits tot 20MW en beveiligingen.
Nuldoorgang SCR-regeling welke voor lage elektromagnetische interferentie zorgt.