WRAPS

Lighthouse project Waste Radiation heat to Power and Steam

Publieke samenvatting / Public summary

Lighthouse project Waste Radiation heat to Power and Steam

Het project

Sommige industriële processen voltrekken zich bij hoge temperatuur, waarbij de ontwikkelde stralingswarmte nu nog grotendeels verloren gaat. In het ‘Lighthouse’-project bij staalproducent Tata Steel IJmuiden benut een thermo-elektrisch systeem, ontwikkeld door RGS Development, deze stralingswarmte voor de productie van elektriciteit en restwarmte. Een na-geschakelde warmtetransformator, ontwikkeld door QPinch, zet deze restwarmte ook nog eens om in nuttige stoom.

Voor wie?

Een thermo-elektrisch systeem maakt gebruik van het Seebeck-effect waarbij een elektrische stroom ontstaat over twee metaalovergangen onder invloed van een temperatuurverschil.  Dit systeem kan stralingswarmte van hoge temperatuurprocessen, bijvoorbeeld bij ijzer- of glasproductie of in de chemie, omzetten in elektriciteit en restwarmte. De warmtetransformator is vooral geschikt om restwarmte vanaf 80 graden die niet direct nuttig in processen kan worden toegepast, om te zetten in nuttige stoom.

Wat is nieuw?

In de afgelopen jaren heeft RGS Development een industriële uitvoering ontwikkeld voor het terugwinnen van hoge-temperatuur-stralingswarmte, onder de naam Thermagy. Deze Thermagy panelen worden uitgevoerd als een afdekplaat boven een warmtebron. De werking is op een schaalgrootte van een vierkante meter al bewezen, maar in de industrie gaat het om een (veel) grotere schaal.

Een warmtetransformator zet vervolgens de restwarmte om in chemische energie, waarna deze warmte in een tweede reactor weer wordt afgegeven aan een systeem op een hoger temperatuurniveau. De inbouw van een tweeledige installatie (thermo-elektrisch element en warmtetrafo) in gestroomlijnde industriële processen is complex.

Belangrijkste onderzoekpunten

Het projectteam wil in dit project Thermagy-panelen van zo’n 30 m2 gebruiken om temperatuurverschillen van zo’n 1000 °C om te zetten in elektriciteit met een rendement van 4 tot 7%. Een QPinch-warmtetransformator waardeert vervolgens de restwarmte van zo’n 80 °C op naar stoom van 135 °C en 3,5 bar, dat terugvloeit in het stoomsysteem van Tata Steel.

Na nauwkeurige analyse van een tiental processen zijn twee opstellingen geselecteerd om de complexe inpassing van deze energieterugwinning te testen. Het ontwerp, de monitoring van de opbrengsten, de terugverdientijd en de nevenvoordelen voor de afscherming van warmtestraling zullen belangrijke punten in dit onderzoek zijn.

Besparing binnen dit project

De beoogde besparing van het demonstratieproject loopt op tot 50 terajoule en een uitstootvermindering met 3000 ton CO2 per jaar.

Partners

Tata Steel IJmuiden, ENGIE Services West Nederland, RGS Development.

Brede toepassing in Nederland

Het potentieel van deze combinatie van thermo-elektrische panelen en warmtetrafo wordt geschat op zo’n 1,5% van alle industriële energieverliezen in de energie-intensieve industrie. Voor Nederland zou dit neerkomen op een besparing van 3,75 PJ. In termen van exportpotentieel zou de combinatie een marktaandeel van € 600 miljoen kunnen bestrijken (bij een dekking van 10% van de wereldmarkt). In een parallel project worden ook andere toepassingen onderzocht.

Looptijd

Het project loopt van 2016 tot en met 2020.

Volgende stappen

De planning van de demonstratie van deze combinatie is om eind 2019 in productie te gaan. Parallel loopt ook een productontwikkeling van de warmtetransformator en de thermo-elektrische panelen waarvan de resultaten in dit project worden toegepast. Bij volgende stappen zal ook gekeken worden naar financiële, juridische en contractuele constructies tussen afnemers en leveranciers.


Harvesting power and steam from heat radiation

The project

Some industrial processes take place at a high temperature, causing heat radiation that is still largely lost. In the 'Lighthouse' project at steel producer Tata Steel IJmuiden, a thermoelectric system, developed by RGS development, converts this radiation into electricity and residual heat. In addition, a heat transformer, developed by QPinch, converts this residual heat into useful steam.

For whom?

A thermoelectric system uses the Seebeck effect whereby an electrical current is generated over two metal transitions under the influence of a temperature difference. This system can convert radiant heat from high temperature processes, for example in iron or glass production or in chemical industry, into electricity and residual heat. The heat transformer is especially suitable for converting residual heat from 80 degrees (which cannot be used directly in processes) into useful steam.

What's new?

In recent years RGS Development has developed an industrial version for the recovery of high temperature heat radiation, under the name Thermagy. These Thermagy panels are designed as a cover plate above a heat source. The effect has already been proven on a scale of one square meter, but in industry a (much) larger scale is required.

Subsequently, a heat transformer converts the residual heat into chemical energy in a first reactor. A second reactor returns this heat at a higher temperature level. The installation of a dual installation (thermoelectric element and heat transformer) in streamlined industrial processes is complex.

Main research points

The project team wants to apply Thermagy panels of around 30 m2 in this project to convert temperature differences of around 1000°C into electricity with an net efficiency of 4 to 7%. A QPinch heat transformer then upgraded the residual heat of about 80°C to steam of 135°C and 3.5 bar, which flows back into Tata’s steam system.

After careful analysis of a dozen processes, two setups were selected to test the complex integration of this energy recovery. The design, the efficiency monitoring, the payback time and the ancillary benefits for the shielding of heat radiation will be important points in this study.

Saving in this project

The planned saving of the demonstration project accumulates to 50 terajoules and an emission reduction of 3,000 tons of CO2 per year.

Partners

Tata Steel IJmuiden, ENGIE Services Western Netherlands, RGS Development.

Broader application in the Netherlands

The potential of this combination of thermoelectric panels and thermal transformer is estimated at about 1.5% of all industrial energy losses in the energy-intensive industry. For the Netherlands this would amount to a saving of 3.75 PJ. In terms of export potential, the combination could cover a market share of € 600 million (with a coverage of 10% of the world market). Other applications are also being investigated in a parallel project .

Duration

The project runs from 2016 to 2020.

Next steps

The demonstration of this combination is planned to go into production at the end of 2019. In parallel, the heat transformer and the thermoelectric panels are further developed. The next steps will also consider financial and legal matters, including contracting between customers and suppliers.