Warmtepompen: het energielandschap van de wereld veranderen

Warmtepomptechnologie wordt in talloze sectoren over de hele wereld steeds vaker gebruikt, om warmte die anders als afvalwarmte zou worden afgedaan, op te vangen, te versterken en te hergebruiken. Dit upcyclen kan de verwarmingskosten en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen enorm terugbrengen. Wanneer het op grote schaal wordt toegepast, kunnen enorme financiële en ecologische voordelen worden behaald.

De afgelopen jaren installeerde GEA op ammoniak gebaseerde verwarmings- en koeltechnologie in voedselverwerkingsinstallaties, dranken- en zuivelfaciliteiten, brouwerijen, koelruimtes, stadsverwarmingsprogramma’s en andere instellingen.

Waarom ammoniak?

Door de thermodynamische efficiëntie van ammoniak is het een zeer economische keuze en dankzij verbeteringen in compressortechnologie kunnen ammoniakwarmtepompen nu hogere temperaturen genereren dan voorheen mogelijk was.

In een grote faciliteit waar zowel verwarming als koeling vereist is, zoals het stadsenergienetwerk of een voedingsmiddelenfabriek, kan ammoniakwarmtepomptechnologie een 40% lager energieverbruik, tot 40% lagere kosten en 40% lagere emissies bieden dan gebruik van synthetische koelmiddelen.

Warmteterugwinning voor verwarming en koeling

Een toonaangevende Canadese leverancier van koel- en verwarmingstechniek die de reikwijdte van milieuvriendelijke verwarming en koeling wilde uitbreiden, begon aan een ambitieus project met gebruik van GEA-technologie om 557.000 vierkante meter bouwruimte van stadsverwarming en -koeling te voorzien.

Om aan deze uitgebreide eisen te voldoen, ontwikkelde GEA twee op maat gemaakte GEA RedGenium warmtepompen en bezorgde deze op locatie in Ontario. Elke warmtepomp genereerde 2 MW (569 ton koeling) heet water op 85°C, evenals 4,4°C koud water voor koelvereisten.

Terwijl traditionele synthetische koelmiddelen als chloorfluorkoolwaterstoffen (HFK’s) er bekend om staan dat ze schadelijk zijn voor het milieu, gebruikt het nieuwe systeem het natuurlijke koelmiddel ammoniak. Dat heeft een ozonafbrekend vermogen van nul.

Duurzame efficiëntie

In het hart van elke RedGenium warmtepomp zit een GEA V XHP zuigercompressor met extra hoge druk. Met het vermogen om watertemperaturen tot 95°C te genereren en een groot capaciteitsbereik met een maximale ontwerpdruk van 63 bar (914 psi), biedt het op ammoniak gebaseerde systeem de beste prestaties in zijn klasse. Dit leidt tot lagere totale eigendomskosten dankzij het aanmerkelijk lagere stroomverbruik en relatief goedkoop verkrijgbare ammoniak.

Het systeem gebruikt vervolgens een kleine (idealiter hernieuwbare) elektriciteitstoevoer om de opgevangen warmte te versterken. De elektromotoren worden aangedreven door een variabele frequentie en dankzij uiterst efficiënte plaat-en-shell-warmtewisselaars voldoet het volledige systeem aan de hoogste duurzaamheidsstandaarden.

Warmtepompen reduceren emissies bij Mars

Toonaangevend zoetwarenfabrikant Mars installeerde een GEA ammoniakwarmtepompoplossing bij zijn vestiging in Veghel, Nederland, een van de grootste chocoladefabrieken ter wereld. Na te hebben geanalyseerd waar in de vestiging mogelijkheden lagen om energie te besparen en beter te beheren, werd besloten dat de energie-efficiëntie van de algehele activiteiten van Mars aanzienlijk zou verbeteren met de installatie van warmtepompsystemen, en de toewijding van de onderneming tot een reductie in de emissies zou ondersteunen.

De aangepaste warmtepompoplossing van GEA, gebaseerd op de GEA V HP zuigercompressor, extraheert en versterkt de anders onbruikbare lage-temperatuurwarmte van de koeleenheden, die vervolgens wordt gebruikt om water te verhitten. De warmte die uit de koeleenheden wordt genomen, gaat door een warmtewisselaar die het water verhit tot 63°C.

Het water wordt vervolgens door het speciaal geïnstalleerde warmwaterleidingwerk op het dak geleid, waarvandaan het naar verschillende gebieden kan worden gestuurd voor gebruik in de installatie, zoals de opslag- en luchtbehandelingsunits voor chocola en siroop. De hoeveelheid warmte die door de warmtepomp wordt bespaard, komt overeen met ongeveer 26 TJ gas en ongeveer 1.000 ton CO2-emissies per jaar.

Mars is van plan om ook in alle andere vestigingen wereldwijd warmtepompen te installeren, omdat hergebruik van afvalwarmte een van de cruciale factoren voor het bedrijf is om de doelstelling van energieneutraliteit in 2040 te kunnen halen. 

De sapproductie revolutioneren

Als onderdeel van een enorme onderneming om een volledig koolstofneutrale sapfabriek te bouwen, vertrouwde smoothie- en sapmerk innocent GEA de levering van duurzame verwerkings-, verwarmings- en koeltechnologie toe voor zijn nieuwe vestiging. GEA’s vroege betrokkenheid bij het project betekende dat direct talloze innovatieve processen konden worden opgesteld, waardoor innocent goed op weg werd geholpen om zijn duurzaamheidsdoelstellingen te behalen.

Het hart van de energiebesparende opstelling bij innocent bestond uit GEA warmtepompen. GEA integreerde een combinatie van systemen voor een maximale efficiëntie, en adviseerde innocent om twee afzonderlijke verwarmingscircuits te gebruiken: één ingesteld op 65°C voor de reiniging en het andere op 90°C voor pasteurisatie en sterilisatie. Er werden warmtepompen geïntegreerd om water te verwarmen met de afvalwarmte die in de processen werd gegenereerd. GEA moest de hoeveelheid stoom zodanig minimaliseren dat een elektrische stoomgenerator kon worden gebruikt die met groene energie werd gevoed. 

“Traditioneel wordt alle warmte boven 100°C in de drankenproductie met stoom als medium gegenereerd”, aldus Robert Unsworth, Global Technical Sustainability Manager bij GEA. “Maar daar hebben we vraagtekens bij gezet. Nu vereist slechts een fractie van de warmte stoom, die wordt gebruikt voor sterilisatie.” “Door het principe van de warmtewisselaars optimaal te benutten, werden enorme verdiensten behaald met het hergebruiken van warmte, waardoor de enorme hoeveelheid eerder verspilde energie van ongebruikte stoom enorm werd teruggebracht”.

Het project won later een gouden onderscheiding in de People’s Choice Award van de European Heat Pump Association (EHPA). “Ik neem mijn pet af voor GEA want ze hebben ons elke stap van de weg ondersteund en ons geholpen conventionele ontwerpaanpakken aan de tand te voelen”, aldus Andy Joynson, voormalig directeur bedrijfsvoering voor innocent drinks Europe. “Alle kleine details leiden samen tot een enorm succes. We werken met zo’n 60% van de energievraag die vereist zou zijn om een installatie van een gelijke grootte te laten draaien, dus dat is een enorm verschil”.

Gecombineerde oplossingen bij Wipasz-kippenfabriek

Er was een grote en ingewikkelde oplossing vereist bij Wipasz SA, een van de grootste Poolse diervoederproducenten en toonaangevend in de productie van vers kippenvlees. Voor de nieuwe gevogelteverwerkingsfabriek in het Poolse Międzyrzec Podlaski zocht het bedrijf naar oplossingen om de productie duurzamer en energie-efficiënter te maken.

Andrzej Wachink, Technical Director bij Wipasz S.A., zei, “De nieuwe installatie is zeer omvangrijk en modern. We hebben GEA voor drie uitdagingen gesteld: het koel houden van de fabriek; het terugwinnen van afvalwarmte om het energieverbruik van boilers om heet water te produceren, te verminderen, en het creëren van adequate ventilatie, vooral in het slachtgebied”.

De invries- en koelprocessen zijn bijzonder temperatuurgevoelig. Producten voor versdistributie worden verpakt bij 0°C en de rest als batch bevroren tot -18°C, voor export of voor verdere verwerking, bijvoorbeeld als kipnuggets. 

Om aan de uiteenlopende eisen van de installatie te voldoen ontwierp, ontwikkelde en leverde GEA 5,3 MW (1.507 ton koeling) koelvermogen voor vijf plaatvriezers, vijf batch-vriestunnels, twee koelruimten en 64 luchtkoelers. De apparatuur omvat GEA zuigercompressorunits – een Grasso zuigercompressor V1800 voor airconditioning van de locatie, een Grasso schroefcompressor SP1 voor het hoofdkoelproces van het gevogelte, en een Grasso schroefcompressor SP2 voor het invriezen en genereren van de warmte voor water en airconditioning. 

Bovendien installeerde het bedrijf acht luchtbehandelingsunits voor beluchting van de productieruimten en vier units voor airconditioning in het kantorengebouw. Al deze ruimten worden voorzien van koeling vanuit het centrale ammoniaksysteem en van warmte die hieruit wordt teruggewonnen. De volledige behoefte aan heet water en verwarming van de Wipasz-fabriek, waaronder die van de kantoren en de gemeenschappelijke gebieden, wordt gedekt door twee warmteterugwinningssystemen. Omdat boilers hierin ontbreken, is de koolstofvoetafdruk kleiner en wordt heel snel rendement uit de investering gehaald.

Door een warmtepomp te combineren met een koeleenheid zijn zowel koeling als verwarming mogelijk. In plaats van eenmalig gebruik wordt een continue cyclus toegepast, wat een verlaging van de energiekosten met 40% of meer oplevert. Dat is een aanzienlijke besparing als we bedenken dat in de voedingsmiddelen-, zuivel- en drankenindustrie tot wel 60% van het energieverbruik naar verwarming en koeling gaat. Gevogeltefabrieken als Wipasz begrijpen de aanzienlijke financiële en ecologische voordelen van het gebruik van warmteterugwinning en een warmtepomp in productieprocessen, vooral in diegene waarbij eerst warmte nodig is bij de preparatie en daarna koeling en invriezen.

Toekomstbestendige verwarming en koeling

De warmtepompen die GEA bij faciliteiten over de hele wereld installeerde, zijn op maat gemaakt om te voldoen aan de exacte temperatuurvereisten en blijven nog vele jaren toekomstbestendig, dankzij de lange levensduur van ammoniak. Vergeleken met andere koelmiddelen, die maar een jaar of 10 meegaan, zijn de uitgaven voor een ammoniaksysteem de komende 30 tot 40 jaar veilig, of zelfs nog langer.

Nu gefluoreerde gassen wereldwijd geleidelijk worden afgeschaft om de broeikasgasemissies te reduceren, worden natuurlijke koelmiddelen als ammoniak steeds vaker ingevoerd. Dit heeft de weg naar een breder gebruik geplaveid en nu de vraag naar groene energieoplossingen toeneemt, worden ammoniakwarmtepompen steeds meer wijdverspreid in thermische-energie- en productiefaciliteiten over de hele wereld.