De grootste kennisbank van het HBO

Inspiratie op jouw vakgebied

Vrij toegankelijk

Terug naar zoekresultatenDeel deze publicatie

Optimalisatie energetisch rendement covergistingsketen

Verantwoord omgaan met duurzaam gas

Rechten: Alle rechten voorbehouden

Optimalisatie energetisch rendement covergistingsketen

Verantwoord omgaan met duurzaam gas

Rechten: Alle rechten voorbehouden

Samenvatting

Groen gas produceren door middel van covergisting van maïs en koeienmest. Klinkt duurzaam. Maar is het ook duurzaam? Groen gas is in Nederland een belangrijk product in het transitietraject naar duurzame energie. De Nederlandse overheid beoogt in 2020 een aandeel van 20 procent duurzame energie. Het aandeel van groen gas in de verduurzaming van de energievoorziening wordt op 8-12 procent geschat. In opdracht van het Energie Kenniscentrum richt deze studie zich op de gemiddelde agrariër in Noord-Nederland met een groen gas productie van 300 Nm3/uur. Kennis over deze schaalgrootte is van belang omdat initiatieven in de nabije toekomst kunnen worden verwacht.
In dit stadium is de energieinput en energieoutput van de covergistingsketen door de opdrachtgever geïnventariseerd. Tot op heden is het voor de opdrachtgever onvoldoende duidelijk hoe de energiestromen binnen het covergistingsproces het beste kunnen worden geengineered. Door het gebrek aan deze informatie kan er geen optimalisatie van het energetisch rendement van de keten plaatsvinden. Daarom ligt in dit onderzoek het zwaartepunt op het analyseren en optimaliseren van de energiehuishouding van de covergistingsketen. Het rendement van de covergistingsketen geeft een antwoord op de duurzaamheid van de groen gas keten. Er wordt inzage in de economische haalbaarheid ten aanzien van de optimalisatie van de keten gegeven.
Het onderzoek start met de vraag: hoe optimaliseer je de energiehuishouding van de covergistingsketen en welke financiële gevolgen heeft deze optimalisatie? Voor het beantwoorden van deze vraag is de systeemgrens van de covergistingsketen door zeven basiswerkingen vastgelegd. Deze basiswerkingen zijn: grondstoffen, transporteren, opslag, vergisten, digestaat, opwerken en injecteren. De energiebehoefte is per basiswerking op fossiel brandstofverbruik, embodied energie, kracht en warmte geanalyseerd.
De basiswerkingen grondstoffen, vergisten en opwerken consumeren gezamenlijk meer dan 90 procent van de totale energiebehoefte van de covergistingsketen. Meer dan de helft van de energieconsumptie van de grondstoffen gaat op in productie van kunstmest. Omdat productie van kunstmest decentraal plaatsvindt, ligt de focus in de optimalisatiefase op het vergisten en opwerken.
In deze studie is voor het toepassen van de juiste energiebesparende technieken een schillenmodel gehanteerd. Het schillenmodel is een stramien dat bestaat uit vijf niveaus en begint met het optimaliseren van het proces in de basiswerkingen. Daarna wordt procesintegratie tussen basiswerkingen met warmtewisselaars respectievelijk warmtepompen door de Pinch-technologie geanalyseerd en gedimensioneerd. Vervolgens worden de resterende utilities ingepast. Tot slot wordt import/export van kracht/warmte geïnventariseerd.
In de huidige situatie wordt warmte uit het digestaat en uit compressie van biogas naar de omgeving afgevoerd. Het resultaat van de Pinch-analyse toont aan dat de warmtevraag van de covergistingsketen door de restwarmte uit het digestaat en uit compressie van biogas kan worden geleverd. Warmteterugwinning is in twee scenario’s uitgewerkt. In het eerste scenario wordt warmte uit het digestaat en compressie van biogas in een warmtewisselaar door de grondstoffen opgenomen. In het tweede scenario wordt warmte uit het digestaat door een warmtepomp naar een hoger thermisch vermogen gepompt en door de grondstoffen opgenomen.
Om de resultaten van het inpassen van de warmtewisselaar en warmtepomp te kunnen beoordelen is in dit onderzoek een referentiesituatie met een HR-ketel als warmtebron aangenomen. De warmtewisselaar heeft het hoogst energetisch rendement ten opzichte van het leveren van de warmtevraag door de basiswerkingen vergisten en opwerken. De warmtewisselaar wordt door de warmtepomp gevolgd en de HR-ketel heeft het laagst energetisch rendement. Het energetisch rendement van het vergisten en opwerken daalt naarmate de omgevingstemperatuur stijgt.
De energie-efficiency van de covergistingsketen is in deze studie als de verhouding van de energie-inhoud van maïs gesommeerd met de primaire energiebehoefte van het conversieproces en de energie-inhoud van groen gas gedefinieerd. Deze definitie staat ook bekend als Energy Requirement
for Energy. De energie-efficiency is voor een primaire energiebehoefte van fossiele brandstoffen, deels duurzame energie en voor een groot deel zelfvoorzienend voor drie scenario’s geanalyseerd. In het eerste scenario is de HR-ketel de warmtebron, in het tweede wordt warmte teruggewonnen door een warmtewisselaar en in het derde scenario komt warmteterugwinning door middel van een warmtepomp tot stand.
De energie-efficiency van de covergistingsketen is het hoogst wanneer een deel van de primaire energieinput uit duurzame energie bestaat. Wanneer de covergistingsketen voor een groot deel zelfvoorzienend is, ligt de energie-efficiency iets lager doordat er netto minder groen gas wordt geproduceerd. Echter, het rendement van het conversieproces blijft gelijk en de keten wint het op duurzaamheid doordat fossiele brandstoffen door een energievorm van groen gas zijn vervangen.
De economische haalbaarheidstudie is voor de situatie met HR-ketel en waterwassen, het scenario met warmtewisselaar en waterwassen en het scenario met warmtepomp en HS-membraanfiltratie geanalyseerd. Uit deze analyse blijkt dat de investeringskosten en onderhoudskosten van de warmtewisselaar het laagst zijn. De warmtewisselaar wordt door de warmtepomp gevolgd en de HR-ketel heeft de hoogste kosten. Dit komt omdat het energieverbruik van de HR-ketel hoog is. Het scenario met warmtepomp en HS-membraanfiltratie heeft met ongeveer 19 procent van de groen gas inkomsten de laagste investeringskosten en onderhoudskosten.
Het energetisch rendement van de vernieuwende technieken die in dit rapport worden voorgesteld ligt hoger dan bij het energetisch rendement van de vernieuwende technieken die op dit moment in de praktijk worden toegepast. Door onderzoek dat in het transitietraject naar duurzame energie wordt verricht en stijgende energieprijzen worden de vernieuwende technieken die in dit rapport worden voorgesteld in de toekomst economisch aantrekkelijker.

Toon meer
OrganisatieHanzehogeschool Groningen
OpleidingWerktuigbouwkunde
InstituutInstituut voor Engineering
Jaar2012
TypeBachelorscriptie
TaalNederlands

Op de HBO Kennisbank vind je publicaties van 27 hogescholen

De grootste kennisbank van het HBO

Inspiratie op jouw vakgebied

Vrij toegankelijk