In het licht van de energietransitie en de decarbonisatie van onze industrie, hebben bedrijven – zeker de energie-intensieve – nood aan meer efficiënte en duurzame manieren om aan hun warmte- en elektriciteitsbehoeften te voldoen. Twee technologieën die hierin een belangrijke rol kunnen spelen, zijn warmtekrachtkoppeling (WKK) en warmtepompen. Wanneer deze systemen gecombineerd worden, ontstaat een krachtige synergie die zorgt voor een lagere CO₂-uitstoot en een hogere energie-efficiëntie.
In dit artikel bespreken we hoe WKK en warmtepompen werken, de voordelen van deze combinatie en de mogelijke toepassingen in de industriële sector.
Hoe werkt een warmtekrachtkoppeling?
WKK-systemen zijn ontworpen om gelijktijdig elektriciteit en warmte te produceren uit een enkele brandstofbron, zoals aardgas of biogas. Dit proces maximaliseert het nuttige gebruik van energie, met rendementen die vaak boven de 90% liggen of een primaire energiebesparing van meer dan 25% ten opzichte van de gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte. Terwijl de opgewekte elektriciteit zelf verbruikt kan worden of geïnjecteerd op het stroomnet, wordt de restwarmte ingezet voor processen zoals verwarming, stoomproductie of warm water toepassingen.
Dat betekent een hoge energie-efficiëntie en primaire energiebesparing, maar ook een relatief hoge initiële investering en een grote afhankelijkheid van brandstofprijzen en injectievergoedingen.
Ondanks de afbouw van de steunmaatregelen voor WKK, blijft deze technologie een belangrijke rol spelen in de energietransitie van bedrijven. Lees ook ons artikel over dit onderwerp.
Wat doet een warmtepomp?
Een warmtepomp haalt warmte uit een externe bron, zoals lucht, water of de bodem, brengt deze over naar een hoger temperatuurniveau voor gebruik in gebouwen of industriële processen. De efficiëntie van een warmtepomp wordt gemeten met de COP (Coefficient of Performance), die doorgaans ligt tussen 3 en 4. Dat wil zeggen een efficiëntie die 3 à 4 keer hoger ligt dan die van conventionele elektrische verwarming.
Verwarmen met een warmtepomp is een zuiver elektrische oplossing met een lage operationele kost die bovendien zorgt voor minder CO2-uitstoot.
Nadeel is wel dat bij hoge temperaturen, zoals vaak het geval is in de industrie, de COP lager wordt en de investeringskosten hoger, en dat er voldoende elektriciteit beschikbaar moet zijn.
De perfecte combinatie
Wanneer je WKK combineert met een warmtepomp, kunnen ze elkaars sterke punten aanvullen. De elektriciteit die door de WKK wordt opgewekt, kan direct worden gebruikt om de warmtepomp aan te drijven. Dit leidt tot een aanzienlijke stijging in het totale systeemrendement.
Bovendien kan restwarmte van de WKK worden ingezet als energiebron voor de warmtepomp, wat zorgt voor een nog efficiënter proces.
Het resultaat?
- Rendementen die 3 tot 5 keer hoger liggen dan conventionele verwarming.
- Flexibiliteit om zowel warmte als koude te produceren.
- Betere benutting van opgewekte energie en minder verspilling.
- Mogelijkheid om slim te sturen op basis van vraag en aanbod.
Daarnaast kan de combinatie van WKK en warmtepomp ook meer flexibiliteit bieden door optimaal gebruik te maken van de schommelingen in de marktprijzen. Bij een hoge elektriciteitsprijs of wanneer het net onder druk staat, kan het interessant zijn om de WKK in te schakelen en de opgewekte elektriciteit rechtstreeks te verbruiken. Langs de andere kan een bedrijf ervoor kiezen om meer elektrische technologieën, zoals een warmtepomp, te gebruiken op momenten dat de stroomprijs laag of zelfs negatief is.
Zo’n hybride aanpak verhoogt niet alleen de energetische, maar ook de economische efficiëntie van de thermische installaties. Alleen maar voordelen dus!
Industriële toepassingen met groot potentieel
De combinatie van WKK en warmtepompen is bijzonder interessant voor sectoren met een hoge en continue vraag naar zowel warmte als elektriciteit, zoals o.a.:
- Chemische en farmaceutische industrie: Voor processen die zowel lage- als hogetemperatuurwarmte vereisen.
- Voedingsindustrie: Bij het verwarmen van water, stoomproductie en koeling.
- Glastuinbouw: Verwarming van serres en buffervaten, met flexibele aanpassing aan energievraag.
- Ziekenhuizen en zwembaden: Constante warmtevoorziening en koeling met hoge efficiëntie.
Onze WKK van 635 kWe bij CenterParcs Erperheide levert elektriciteit en warm water voor Aqua Mundo. Dankzij de geïntegreerde warmtepomp wordt ook de restwarmte uit de rookgassen en het LT-circuit nuttig gebruikt. Zo stoot het vakantiepark in Peer jaarlijks 790 ton minder CO2 uit.
Wij bestudeerden deze combinatie van technologieën ook al voor verschillende klanten in de farmaceutische en voedingsindustrie. En die studies tonen aan dat er duidelijk muziek zit in industriële warmterecuperatie:
Met een warmtepomp warmte terugwinnen uit het koelnet en omzetten naar verwarmingswater voor de klimaatregeling van het gebouw kan meer van 98% van de warmtevraag hiervan dekken. Een veelbelovende piste voor een farmaceutisch bedrijf dat tegen 2040 ‘net zero emission’ nastreeft.
Een slimme koppeling van koeling en verwarming kan een voedingsbedrijf uit Gent een aanzienlijke besparing opleveren: door restwarmte uit de koelprocessen te recupereren en in te zetten voor het verwarmen van de kookprocessen (hoge temperatuur) en het reinigingswater (lage temperatuur), voorzien we een potentiële daling van het gasverbruik op de site met 65% en jaarlijks 750 ton minder CO₂-emissie.
Een blik op de toekomst
Met de toename van hernieuwbare energiebronnen en de dalende kosten van duurzame technologieën zal de combinatie van WKK en warmtepompen in de toekomst steeds aantrekkelijker worden.
Innovaties zoals slimme sturingssystemen en integratie met energiebuffers, zoals warmte- en elektriciteitsopslag, zullen deze systemen nog efficiënter maken. Het hoeft geen betoog dat een intelligent energiemanagement hierbij van grote waarde zal zijn, om alle installaties optimaal te laten samenwerken én renderen.
Bovendien biedt de verschuiving naar koolstofarme brandstoffen zoals biogas en biopropaan extra mogelijkheden om de CO₂-uitstoot verder te reduceren.
Conclusie
De combinatie van WKK en warmtepompen biedt een krachtige oplossing voor bedrijven die hun energie-efficiëntie willen verhogen en hun ecologische voetafdruk willen verkleinen. Luminus Solutions biedt een professionele begeleiding, projectplanning en -uitvoering voor bedrijven die optimaal willen profiteren van de synergie tussen deze twee duurzame technologieën.