Design of hydrogen-related heat integration in energy systems
Ontwerp van warmte-integratie in verband met waterstof in energiesystemen
Energiesystemen met veel hernieuwbare energie maken steeds vaker gebruik van waterstof om energie op te slaan en sectoren te verduurzamen die moeilijk rechtstreeks te elektrificeren zijn. Bij de productie, opslag en omzetting van waterstof komt echter ook warmte vrij of is warmte nodig. Deze warmte blijft vaak onbenut. In haar proefschrift onderzoekt Longquan Li wanneer het terugwinnen en hergebruiken van deze warmte de prestaties van waterstofgerelateerde energiesystemen kan verbeteren.
De belangrijkste conclusie is dat warmte uit waterstoftechnologie niet automatisch waardevol is. De bruikbaarheid hangt af van warmtevraag, locatie, timing, temperatuur en infrastructuur. Door deze factoren expliciet mee te nemen, kunnen toekomstige energiesystemen efficiënter en kosteneffectiever worden ontworpen.
Het onderzoek bekijkt warmtegebruik op drie niveaus: afzonderlijke waterstofopslagtechnologieën, complete ketens voor hernieuwbare waterstof en bredere energiesystemen waarin elektriciteit, waterstof en warmte met elkaar zijn verbonden. De resultaten laten zien dat warmteterugwinning de efficiëntie van sommige waterstofopslagketens sterk kan verbeteren. Op systeemniveau zit de belangrijkste waarde niet alleen in energiebesparing, maar ook in veranderingen in welke technologieën worden gebouwd, waar ze worden geplaatst en wanneer ze worden gebruikt.
In een model van het Nederlandse energiesysteem in 2050 verlaagde het gebruik van warmte uit waterstof- en aanverwante omzettingsprocessen voor stadsverwarming de jaarlijkse systeemkosten met ongeveer 1,2 miljard euro, oftewel 2%. Tegelijkertijd nam de behoefte aan grote warmtepompen en batterijen af, terwijl elektrolysers en waterstoftransport een grotere rol kregen.