innovation
for life
Earth, Life & Social Sciences
Utrechtseweg 48
3704 HE Zeist
Postbus 360
3700 AJ Zeist
TNO-rapport
www.tno nl
TNO 2014 R10304
Haalbaarheidsstudie
Memsti ll@ (membraandestil latie) als
drinkwaterbereid i ngs¡ nstallatie voor Texel
Datum
18 februari 2014
Auteu(s)
Lourens Feenstra
Jolanda van Medevoort
Norbert Kuipers
Exemplaarnummer
Oplage
Aantal
Aantal bijlagen
pagina's
Opdrachtgever
22 (incl. bijlagen)
Gemeente Texel
T.a.v. de heer D. Boot
Emmalaan 15
Projectnaam
Projectnummer
1791 AT DEN BURG
Memstill evaluatie
060.07346
Alle rechten voorbehouden
Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel
van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande
toestemming van TNO.
lndien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van
opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor
opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten
overeenkomst
Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.
@
2014 TNO
T +31 88 866 60 00
F +31 88 866 87 28
TNO-rapport ITNO 2014 R10304
I
2l
21
nhoudsopgave
1
2
Doelen aanpak....
3
State of the
4
Afbakening, uitgangspunten en aannames.............. ....................... g
5
Kostenschatti ng van g eprojecteerde Memsti ll@ i nstal latie ....
5.1
art
Memstill@ membraandestillatie
lnleiding......
installatie
installatie....
Memstill@................
5.4
lnvesterings- en exploitatiekosten huidige
lnvesterings- en exploitatiekosten toekomstige
Energiegebruik
6
Discussie en Conclusies haalbaarheid
7
Verantwoording
5.2
5.3
(MD)...........
..........
Bijlage(n)
A Waterkwaliteit met Memstill
Memst¡ll@...........
.......... s
13
...........13
.......13
...............1S
............17
..............1g
..............21
TNO-rapport ITNO 2014 R10304
3 t21
lnleiding
Momenteel wordt de Gemeente Texelvia het vaste land van drinkwater voozien
door PWN via twee leidingen (zinkers) vanaf Den Helder. Het drinkwater wordt
geproduceerd op de productielocatie Bergen van PWN en via transporgeidingen
naar Den Helder gevoerd. Vanaf de aanlandingsplaats (iets onder oude schild)
wordt het drinkwater via twee transporfleidingen getransporteerd naar een
voorraadkelder in Den Burg (inhoud 3230 m3). Vanuit deze kelder wordt het water
middels een pompstation het distributiesysteem ingepompt.
De beide zinkers hebben elk een capaciteit van bijna 7000 m3 drinkwater/etmaal.
Ter vergelijk: het huidige drinkwaterverbruik op Texel is gemiddeld 4500 m3/etmaal
met een maximum van g000 m3/etmaal (opgave pWN).
Een van beide zinkers is afgelopen zomer door 'scour' (schuren over zeebodem en
door zand) gebroken. Deze leiding is inmiddels hersteld, echter de verwachte
levensduur is beperkt. om scour te voorkomen, zouden nieuwe diepere leidingen
geboord moeten worden in de zeebodem. Momenteelwordt deze variant door pWN
ondezocht op technische en economische haalbaarheid. Parallel hieraan vinden
diktemetingen plaats van de bestaande leidingen om vast te stellen wat de
resterende levensduur is van beide leidingen. ln principe zijn beide leidingen, die
omstreeks 1988 zijn aangelegd, inmiddels technisch afgeschreven.
Bovenstaande is voor de gemeenteraad van Texel aanleiding geweest om aan het
College te vragen een studie uit te voeren naar de mogelijkheid voor Texel om in
haar eigen drinkwater te kunnen voozient. Mede ook omdat Texel de ambitie heeft
om in 2020 zelfuoozienend te zijn op het gebied van water-\ en energie..
De Gemeente Texel heeft rNo gevraagd een verkennende studie uit te voeren
naar de haalbaarheid van membraandestillatie (Memstill@) om uit zeewater
drinkwater te bereiden.
Membraandestillatie, dat door TNO voor zeewaterontzouting is ontwikkeld tot het
zogenaamde Memstill@ proces, combineert een membraanscheiding met distillatie.
Met behulp van laagwaardige- of restwarmte (bijv. van solar systemen,
geothermisch, brandstofcellen, koelwater,etc.) kan zout water worden opgewerkt tot
schoon gedestilleerd water, dat als drinkwater kan worden ingezet. Bij de
beschikbaarheid van voldoende laagwaardige warmte kan membraandestillatie een
aantrekkelijk alternatief zijn voor de state of the art ontzouting met omgekeerde
osmose (Ro). Ro is een drukgedreven membraanproces, met een relatief hoog
elektriciteitsgebruik. ln het streven naar zelfuoozienendheid qua elektriciteit is een
hoog elektriciteitsgebruik van een geprojecteerde drinkwaterbereidingsinstallatie
een belangrijk nadeelvan RO.
ln deze rapportage worden de resultaten van de technische en economische
haal baarheidsstudie gepresenteerd.
t Dit
ook
¡n het verlengde van het feit dat tot de '90-er jaren er op Texel een cGgeneratie plant voor
gedestilleerd water was ges¡tueerd voor de productie van drinkwater (oude schild).
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
4t21
Doel en aanpak
2
Doel
Het doel van de Gemeente Texel is het verkrijgen van inzicht in de economische
en technische haalbaarheid van Memstill@ als mogelijke drinkwaterbereidingsi nstallatie voor Texel.
Aanpak
uitgaande van twee verschillende productiecapaciteiten, resp. 9.000 en 4.s00
m3/etmaal, is in het kort een geprojecteerde drinkwaterbereidingsinstallatie
beschreven gebaseerd op membraandestillatie2. Hierbij is met name gefocusseerd
op de geschatte investerings- (capex) en operationele kosten (opex)van beide
geprojecteerde Memstill@ i nstallaties.
omdat het om een verkennende studie gaat met een beperkt budget, maar ook
omdat een aantal ondenrverpen sterk locatie-afhankelijk zijn, ztln de kosten gemoeid
met de benodigde aanvoer van het zeewater, de afuoer van de resterende brijn
naar de zee, de noodzakelijke voor- en nabehandeling en het transport van het
geproduceerde drinkwater naar het bestaande drinkwaterdistributiesysteem buiten
beschouwing gelaten.
Voor beide installaties is het benodigde elektriciteits- en warmtegebruik ingeschat.
Dit met het oog op eventuele toekomstige eigen energievoozieningen die Texel wil
realiseren waarbij mogelijk laagwaardige warmte resteert die ingezet kan worden bij
de drinkwaterbereiding met Memstill@.
Omdat de ontwikkeling van Memstill@ installaties op dit moment in de marktfase
zit, is ook geschetst op welke termijn een dergelijke installatie kan worden
gerealiseerd en welke kostenreductie binnen nu en 10 jaar mag worden venruacht.
'
D" "h.lu"" capaciteit van 4.500 m3/etmaal houdt rekening met een lagere toekomstige waterproductie
als gevolg van een afname van de watervraag door o.a. waterbesparingsmaatregelen
mogelijkheid van het gebruik van regenweter(opslag) als bron voor
dri nkwatervoorzieni ng.
de toekomstige
en de
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
State of the
(MD)
3
5l
art
Memstill@ membraandestillatie
Door TNo is de afgelopen jaren een membraandestillatie concept genaamd
Memstill@ ontwikkeld voor zeewaterontzouting3
a.
Principe Memstill@ aan de hand van zeewater ontzouting
Membraandestillatie combineert membraanfiltratie met distillatie. Met behulp van
warmte kan zeewater worden geconcentreerd met schoon gedestilleerd water als
product.
ln figuur 3.1 is het principe van Memstill@ weergegeven.
tælwamlC¡onnmtmlg
(50<T<t0O.C)
90"c
Tnoon
I
Tlaag
brUn
zu¡vga
waler
28"C
condonrof
Figuur 3.1
2goC
mcmbrarn
: Schematische
weergave van het Memstill@ proces. Omdat Memstill@ slechts een
gedeelte van de restwarmte gebruikt, kan de overgebleven warmte voor andere
applicaties worden ingezet.
Aan de hand van het schema in figuur 3.1 kan het principe van Memstilt@ als volgt
worden beschreven:
Koud zeewater (in het voorbeeld 25 "C) komt de module binnen in een condensorkanaal met een ondoorlaatbare wand. Tegen deze wand condenseert de
geproduceerde waterdamp tot een destillaat dat als product kan worden afgevoerd.
De bij de condensatie vrijgekomen warmte wordt door de condensonruand
overgedragen aan het zeewater dat daardoor wordt opgewarmd tot deze aan het
einde van het kanaal een temperatuur van (in dit voorbeeld) g7'c bereikt.
'
J.H. HanemaaÜer, et al., Memstill membrane distillation: a near-future technology for sea water
desalination, 2007
a
Norbert J.M. Kuipers, Robin van Leerdam, water and Energy for climate change (wE4cc)
Use of Waste Heat from Cooling Water for Regeneration of Desiccant Solutions and production of
High Quality water via Membrane Distillation, TNo report, R10544 Date 25 april 2013
-
21
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
6t21
Deze zeewaterstroom wordt buiten de module nog iets verder opgewarmd (met
restwarmte of laagwaardige warmte) om een temperatuurverschil te realiseren
tussen membraan en condensorkanaal en daarmee een drijvende kracht voor
verdamping (in dit voorbeeld slechts 3 'C).
ln tegenstelling tot het condensorkanaal bestaat het membraankanaal uit een
permeabel membraan dat alleen doorlaatbaar is voor waterdamp. Doordat water
verdampt via het membraan, zal het resterende zeewater in dit kanaal zowel
afkoelen als concentreren tot een brijn.
Dankzij het tegenstroomprincipe wordt de verdampingswarmte grotendeels
teruggewonnen en is daarmee de warmtebenutting maximaal.
Memstill@ is voor diverse toepassingen op pilotschaal gedemonstreerd, waaronder
voor zeewaterontzouting. ln figuur 3.2 is een foto van zo,n pilot te zien.
I
ll llr .,
Figuur 3.1
:
tr
l|.
,
Foto van een pilotsysteem zoals getest voor zeewaterontzouting, met 2 modules met
elk 300 m2 membraanoppervlak
Enkele typische karakteristieken van Memstill@ voor zeewaterontzouting zijn
weergegeven in tabel 3.1.
Tabel
3.1
Enkele karakteristieken van zeewaterontzouting met Memstill@
Toeoassino
Zeewater ontsoutino
Schaalqrootte
Enerqieverbruik
Kosten
Verwijdering
Water recovery
Waterkwaliteit feed
Waterkwal iteit destillaat
100 mo/h
140-240 MJ/m3
o,30- 0,50 €/m3
> 99,9% alle niet vluchtige
componenten
5-10%
EC = 34500 pS/cm
EC = 0.75 uS/cm
TNO-rapport
I
TNO 2014 R10304
7
t21
Voor- en nadelen van MD voor beide onderzochte toepassingen
De voordelen van membraandestillatie zijn de operatie bij lage druk en bij relatief
lage temperaturen. Dit maakt het mogelijk om (goedkope) restwarmte in te zetten.
Membraandestillatie is door het grote specifieke uitwisselingsoppervlak een
compacte technologie en kent tevens een goede bestendigheid tegen biofouling.
Verder houdt membraandestillatie alle, niet-vluchtige, componenten tegen en
desinfecteert dus het water. Bovendien zijn vanwege de lage vervuilingsgraad veel
minder of geen chemicaliën nodig voor reiniging van het membraan. Daarnaast is
wegens het gebruik van kunststoffen, het systeem niet gevoelig voor corrosie.
omdat de drijvende kracht bij Memstill@ veel minder gevoelig is voor het
zoutgehalte, kan Memstill@ ook gebruikt worden om Ro-concentraten verder te
ontwateren.
Een aandachtspunt van het membraandestillatie proces is de gevoeligheid voor
scaling (wel veel minder dan bij omgekeerde osmose).
TNO-rapport ITNO 2014 R10304
4
8t21
Afbakening, uitgangspunten en aannames
ln figuur 4.1 is de huidige situatie m. b.t. de drinkwatervooziening op Texel
geschetst. Figuur 4.2 geeft de systeemafbakening weer bij een mogelijke
toekomstige drinkwaterproductie op Texel m.b.v. Memstill@. Voor de Memstill@
evaluatie wordt alleen de Memstilll@ productie unit beschouwd. De aanvoer van
zeewater, de afuoer van de brijn en het transport van het geprodcueerde water naar
het bestaande transportsysteem van drinkwater worden buiten beschouwing
gelaten.
Distrlbutiê netwerk
dr¡nkwaler
Figuur 4.1 Huidige situatie van de drinkwatervoorziening te Texel.
Systeemafbakening
Memstill evaluatie
Ænvoer zeewater
i"""""""""""'
Distributie netwerk
drinkweter
Figuur 4 2 Systeemafbakening voor de Memstill@ evaluatie.
Hierbij moet opgemerkt worden, dat in plaats van een centrale productieunit, ook
gedacht kan worden aan de inzet van decentrale Memstill@ installaties. Deze
kunnen dan bijvoorbeeld geïntegreerd worden in toekomstige warmtenetwerken
ten behoeve van elektriciteitsopwekking, waarbij de Memstili@ installatie
(gedeeltelijk) gebruik maakt van beschikbare laagwaardige warmte.
ln figuur 4.3 is een artist impression gegeven van een mogelijke configuratie van
een Memstill@ installatie (bron : www. aquasti ll. nl).
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
9l
21
Figuur 4 3 Artist impression industriele configuratie Membraan destillatie (bron: Aquastill)
ln tabel4.1 wordt een ovezicht gegeven van de uitgangspunten, aannames en
afbakening ten behoeve van de Memstill@ evaluatie enìn figuur 3.4 is een .
Tabel 4.1 Overzicht van uitgangspunten, aannames en afbakening voor de Memstill@ evaluatie
Onderwerp/Omsch rijving
H u id ig e Woterve rbru i k Texe I :
Maximaal waterverbruik
Waarde
Toelichting
9000 mrletmaal
Bron: PWN*) ln toekomst mogelijke afname
van 509/o voorzien (Bron: persoonlijke
mededeling van Don Boot)
Gemiddeld waterverbruik
4500 m3letmaal
Bron: PWN*' ln toekomst mogelijke afname
van 50%o voorzien (Bron: persoonlijke
mededeling van Don Boot)
Enerqietorieven:
elektriciteit
9.89 €ct/kWh
gosprus
30.82 €ct/m3
Bron: Tarievenblad Aandeelhoudende
gemeenten, HVC energie
Drie scenario's (4, B en C) voorzien met
warmtekosten 0 %o, 50 % en IOO % van
huidige tarief (resp. O €/MJ,4,38 €/MJ en
8,76 €/MJ; Bron: Leveringsovereenkomst
Nuon Volume Multisite Gas, 4 november
2013)
Te beschouwen
in
sta I lo ti e/svstee m
a
fbo ke n i n o :
Memstill@ installatie inclusief
benodigde warmtewisselaar om
(rest)warmte toe te voeren naar
Memstill proces.
Exclusief kosten van aanvoer van zeewater,
afuoer van de brijn en verder transport van
productiewater (locatie-afha nkelij k). dem
I
voor eventuele kosten ivm relevante
wet/regelgeving mbt het gebruik van
zeewater en de afuoer van de brijn.
(maximaal gebruik van bestaande
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
10t21
infrastructuur zoals transportleidingen naar
Den Burg en het distributiesysteem)
On twe rpq
e
q ev e n
s M e m sti I l@:
Ontwerpcapaciteit Memsti ll@
m3/etmaal
Huidig:
9000 m3/etmaal
Toekomst:
4500 m3letmaal
Voorbehandeling zeewater
middels standaard 200 micron
strainers
Twee verschillende capaciteiten voorzien ivm
mogelijke toekomstige halvering van het
waterverbruik
Eventuele additionele kosten voor specifieke
locatie worden niet meegenomen in de
berekeningen (ten opzichte van RO zal MD
een eenvoudiger en goedkopere
voorbehandeling behoeven (geen
ultrafiltratie bijvoorbeeld)
Nabehandeling permeaatstroom
m iddels rehardeni ngldoseri ng
Ca/Me
I
Kosten worden niet meegenomen in
berekening (vergelijkbaar met die van RO)
nvesteri ngskosten Memsti ll
FOB ("Free
on Board", niet geïnstalleerd op
locatie
Afsch rijvi ngsterm ij nen
-
:
installatie
modules
15 jaar
4 iaar
Onderhoud installatie
2%
Rente
5%liaar
Draaiuren/iaar
8000
Kosten membranen
70€/m'en
35€ /m2
Technische prestaties Memstill
Feed temperatuur zeewater
Van installatiekosten
Prognose kosten voor 2015 en prognose van
kosten over 10jaar
Obv Memstill@ Windows software door TNO
ontwikkelt (versie v0. 13)
15'C
Obv historisch gemiddelde
zeewatertemperatuur van de Waddenzee
(bron: http://nl.surfforecast. com/brea ks/Texel_Waddenei la nden/
seatemp). Naar boven gecorrigeerd ivm
Toptemperatuur
90 "c
Recovery
<tOo/o
Destillaatproductie per m2
membraanoppervlak
Variabel
verwachting dat kustwater hogere
gemiddelde temperatuur heeft dan bulk).
Economische evaluatie bij top temperatuur
van 90"C.
Aanname lage voorbehandelingskosten, en
daarmee is single pass systeem meest
interessante optie. Recovery per cycle ligt
daarmee tussen L en 10 %o afh, van
procescondities en ontwerpkeuze.
De totale kosten zijn geoptimaliseerd naar
minimale kosten (door variatie van
procescondities en ontwerpkeuze)
*) opgave Jos Dekker van
P\Â/N: 4500 m3 per etmaal als gemiddeld gebruik ( we leveren nu
ongeveer 1 600.000 m3 per jaar aan Texel), 9000 m3 vóor een maximaal êtmaat factor 2)
1
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
'11
l2'l
ln Tabel4.1 is te zien dat is gekozen
voor een single pass systeem, wat inhoudt
dat de recovery relatief laag is (tussen de 1 en 1Oo/o), zie ook figuur 4.4.
Deze keuze is kostentechnisch het meest interessant voor toepassingen waarbij de
voorbehandeling van het voedingswater relatief eenvoudig kan blijven.
Ervaringen met enkele pilots laten zien dat bij gebruik van zeewater als voeding
een Memstill@ installatie minder gevoelig voor vervuiling is dan bijvoorbeeld een
RO- installatie en als voorbehandeling kan worden volstaan met het gebruik van
één of meerdere standaard strainers van 100-200 micron. Blj Ro wordt meestal
ultrafiltratie (UF) gebruikt als voorbehandeling. Bij een dergelijke keuze met een
relatief lage opbrengst (< 10%) en hoge brijnstroom (> 90%) ligt het voor de hand
om de installatie vlak bij de kust te situeren.
ln figuur 4.4 is geschetst op welke wijze een Memstill@ installatie kan worden
geschakeld met een warmtebron. De Memstill@ installatie gebruikt slechts een paar
graden van de warmtebron Het temperatuurverschil van de warmtebron voor- en
na gebruik door Memstill@ is ca. 5 'C. ln onderstaand voorbeeld is te zien dat een
warmtebron met een temperatuur van 95 "C wordt gebruikt. Na gebruik bedraagt de
tempratuur van de warmte 90 'C. Uit de feed van 4897 m3/h wordt in dit voorbeeld
een destillaat geproduceerd van 375 m3/h (recovery 7,6 %) en een brijnvan 4s22
mt/h.
vraste heat, in
\¡rèste heat,
l--
-
out
golr cl
|
19900
s5'r cl
3035,0 fm3.hr1l
_ _, rrlr cl
lkwl
eo!t"
cl
feed
lsrcl
4897 [m3 hal]
dislillate
20 [" cl
7,6% Reco\,ery
375 [m3 hr1]
Figuur 4.4 Conceptueel ontwerp voor Memstill@ bij gebruik van restwarmte
TNO-rapport ITNO 2014 R10304
12t21
ln de kostenberekening zijn overigens de kosten van de voorbehandeling niet
meegenomen. Dit geldt ook voor de kosten voor de benodigde nabehandeling. Bij
gebruik van membraandestillatie (en ook RO) resteert een permeaat met veelal
een betere kwaliteít dan de drinkwaterkwaliteit (in bijlage I wordt nader ingegaan op
de kwaliteit van het permeaat). Voor gebruik van permeaat als drinkwater is een
nabehandeling vereist waarbij de agressiviteit van het water wordt verlaagd.
Veelal betreft dit een combinatie van remineralisatie/opharden en neutralisatie
(dosering van Ca en Mg, COz en eventueel natronloog).
Tenslotte kan worden opgemerkt dat er bij de evaluatie is gekozen om het ontwerp
en de procescondities zodanig te kiezen dat deze leiden tot de laagste totale
kosten. Hierbij wordt rekening gehouden met de hoogte van de energiekosten en
de investeringskosten. Voor een scenario met lagere energieprijzen kan gebruik
worden gemaakt van een kleinere installatie (lagere investeringskosten) met een
wat hoger energieverbrui k.
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
5
5.1
13
l2'l
Kostenschatting van geprojecteerde Memstill@
installatie
lnleiding
Gebaseerd op de in hoofdstuk 3 vermelde uitgangspunten en aannames zijn voor
de twee geprojecteerde installaties de investerings- en exploitatiekosten geraamd
uitgaande van drie verschillende tarieven voor de benodigde warmte (huidige
gasprijs, 50% van huidige gasprijs en 0o/o. Van beide installaties wordt tevens het
jaarlijkse warmte- en elektriciteitsgebruik geschat.
5.2
lnvesterings- en exploitatiekosten huidige installatie
5.2.1
Retatie productiekosten per m3
en schaalgrootte
ln figuur 5.1 zijn productiekosten in €/m3 uitgezet tegen de schaalgrootte van de
Memstill@-installatie. Hierbij zijn de huidige energieprijzen voor gas en elektriciteit
aangehouden (100%; Bron: Tarieven elektriciteitsverbruik 2Ol4,farievenblad HVC
en Leveringsovereenkomst Nuon, kenmerk ui3.0280i9 Rev2). Nogmaals wordt
erop gewezen dat dit de kosten van een Memstill@ installatie zijn exclusief de
kosten gemoeid met een voor-en nabehandeling, de aanvoer van zeewater, de
afuoer van de brijn en het verdere transport van het productiewater.
€ 5,00
€ 4,5O
€4,45
rn
E € 4,00
l{,
c € 3,50
o
o € 3,00
J
=€-3"3L€ 3,32 €-132_ e331_93,30-€+30_e3,2g
P
6
.g
(J
€ 2,50
t=
o
o. €2,O0
o
t! € 1,50
= € 1,00
€ 0,50
96 750 Lt25 1500 2250 4500
67sO
90oO
productie capaciteit lm3/etmaal]
Figuur 5.1 Relatie schaalgrootte en waterproductiekosten Memstill@
Uit figuur 5.1 bl¡jkt dat vanaf een installatiegrootte van ca. 1000 m3 drinkwater per
etmaal de waterproductiekosten per mt nauwelijks meer afnemen en ca. 3,30 €/m3
bedragen. Boven een bepaalde schaalgrootte is de opschalingsfactor 1 (scaling up
= numbering up, o.a. ten gevolge van de modulaire opbouw van een Memstill@installatie).
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
't4
t
21
Een schaalvergroting boven de 1000 m3/etmaal leidt niet tot een verdere
kostenbesparing. Dit betekent dat voor een productiecapaciteit van 4500 m3/etmaal
of 9000 m3/etmaal gekozen kan worden voor een modulair systeem bestaande uit
meerdere parallelle units, maar dat ook gekozen kan worden voor meerdere
decentrale units op locaties waar laagwaardige warmte beschikbaar is.
5.2.2
Totale investeringskosten, opbouw van de productiekosten en invtoed van de
warmtekosten
ln tabel 5.1 is een ovezicht gegeven van de uitkomsten van de kostenevaluatie,
waaronder de totale investeringskosten van beide installatie
en de opbouw van de totale kosten per mt productiewater
r
de installatie met een capaciteit van 9000 m3/etmaal zijn de
voor drie verschillende warmtetarieven, resp. 0, 4,38 en 8,76 gGJ. ln figuur 5.2 is
de opbouw van de totale productiekosten te zien voor de drie verschillende
(
energietarieven.
Tabel 5
I
Resultaten kostenberekeningen Memstill@ huidige installatie
Caoaciteit lm3/etmaallr)
Scenario
2)
9000
4500
A
B
c
A
B
c
0
438
8,76
0
4.38
8,76
lnvesterinqskosten (M€)
59
109
't7 6
17
72
99
36
88
50
Capex (€/m3)
0,52
0.97
157
30
09
052
5.5
Jaarliikse kosten (Capext) + Ooex3)) lM€)
0.97
157
Opex (9m3)
004
142
173
004
142
1.73
0.57
240
330
o.57
240
330
Warmtekosten
9GJ
Caoex + Ooex (9m3
s))
Warmteoebruik IMJ/m3 destillaat)
61
Elektriciteitsoebruik lkWh/m3 deslillaatì
0.36
1
314
191
611
314
19r
034
033
0.36
034
033
gekozen voor een kleinere installatie (lagere Capex) met een hogere warmtevraag (MJ/m3).
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
15t21
€ 3,00
E
!
e z,so
c
o
i
c z,oo
.g
E c r,so
îl
e
CL
b € 1,00
o
I
€0,57
€ 0,50
€ 0,00
Warmtekosten l€lGJl
r
Figuur
5.2
Capex
r
Opex
'.i
Totaal
Opbouw van de productiekosten voor drie verschillende warmtetarieven
en 100% van huidige gastarief
nl
0%, 50%
ln tabel 5.1 is te zien dat de investeringskosten van een installatie met een
capaciteit van 9000 m3/etmaal 17,6 miljoen euro bedragen (scenario C). De totale
jaarlijkse kosten bedragen 9,9 miljoen euro. Deze hoge jaarlijkse kosten worden
voor een groot deel bepaald door de hoge warmtekosten (ruim 50%). Bij
aanwezigheid van restwarmte met lagere kosten, kan gebruik worden gemaakt van
een kleinere installatie. ln scenario A met warmtekosten van 0 ãGJ bedragen de
investeringskosten 5,9 miljoen euro en de jaarlijkse kosten 1,7 miljoen euro.
Uit figuur 5.2 blr1kt dat de totale productiekosten variëren van 0,57 €tm3 b¡
warmtekosten van 0 €/GJ (scenario A) tot 3,30 9m3 bijwarmtekosten van 8,76
€/GJ (scenario C).
5.3
lnvesterings- en exploitatiekosten toekomstige installatie
ln tabel 5.2zijn de kosten geraamd voor een toekomstige installatie voor over 1O
jaar, waarbij is aangenomen dat de kosten voor de benodigde membranen 50%
bedragen van de huidige kosten (35 ipv 70 €1m2, vanwege grootschaliger productie
van membranen). ln figuur 5.3 is de opbouw van de totale productiekosten te zien.
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
16
t 2'l
Tabel 5.2 Resultaten kostenberekeningen Memstill@ toekomstige installatie
(modulekosten € 3S/m2)
Capaciteit
Scenario
9000 m3/etmaal
1)
Warmtekosten l9GJ)
A
B
c
0
8,76
085
lnvesterinqskosten (M€)
35
Jaarliikse kosten lCaoex) + Ooexl lMۓ
10
438
64
58
104
77
Caoex ldm3)
028
085
Opex/ (9m3)
004
089
173
Caoex + Ooex l9m3ì
0.33
174
2.58
r)Drie
scenario's A, B en C met warmtekosten van resp. 0 €/MJ, 4,3g gMJ en g,76 €/MJ
€ 3,00
€ 2,58
-E € 2.50
I e z,oo
o
!Ë e r,so
q,
tt3
o
e € 1,00
o
G
3
e o,so
€ 0,00
4,38
8,76
Warmtekosten l€lGJl
r Capex r Opex
Figuur
5.3
..r
Totaal
Opbouw van de productiekosten voor drie verschillende warmtetarieven nl. 0%, 50%
en 100% van huidige gastarief (toekomstige installatie)
Uit figuur 5.3 volgt dat voor een toekomstige installatie de productiekosten afnemen
van 0,57 €/m" naar 0,33 9m" bij warmtekosten van 0 €/GJ (scenario A) en van
3,30 €/m3tot 2,58 €/m3 bijwarmiekosten van 8,76 €/GJ (scenario c). Híerbij is nog
steeds uitgegaan van een conservatieve schatting van de levensduur van de
membranen van 4 jaat. Bij een levensduur van de membranen van 6 jaar bedragen
de productiekosten resp. 0,26 €Jm3 en 2,38 €tm3.
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
5.4
17t21
Energiegebruik Memstiil@
ln tabel 5.3 is het jaarlijkse warmte- en elektriciteitsgebruik ingeschat van beide
beoogde installaties (o.b.v. 8000 draaiuren).
Tabel 5.3 Energieverbruik installaties
Capaciteit
specifiek
Warmtegebruik
191
- 61'l
4500 m3/etmaal
287 .OO0
-
917.000 GJljaar
9000 m3/etmaal
573.000
-
1.833.000 GJIaar
MJ/m3
Elektriciteitsqebruik
0.33 kWh/m3
495.000 kWh/iaar
990.000 kWh/iaar
De bijgaande gegevens m.b.t. de warmtevraag zijn van belang met het oog op een
op eventuele toekomstige eigen energievoozieningen die Texel wil realiseren
waarbij mogelijk warmte resteert die ingezet kan worden bij de drinkwaterbereiding
met Memstill@.
TNO-rapport ITNO 2014 R10304
18t21
Discussie en conclusies haalbaarheid Memstiil@
6
Kostenevaluatie
Tabel 6.1 Samenvatting kostenberekeningen en energieverbruik Memstill@ installatie
Caoâcileit lm3lelmaalì1
Scenario
)
9000
2)
4500
A
B
c
A
B
c
0
438
8,76
0
438
876
lnvesteri noskosten I lvl€)
5.9
109
176
30
55
88
Totale iaarliikse kosten lw€)
1.7
72
oo
09
Jb
50
0.57
240
330
057
240
330
942.000
573.000
917 000
471.OOO
287.000
Warmtekosten gGJ
Tôlâle
nrôdr rcliêkôqlên /É/m3\
Warmtegebruik (GJ/¡aar)
Elektric¡teitssebruik (kWh/iaar)
I
833 000
990.000
495_000
1)Capaciteit
gebaseerd op huidige maximale etmaalverbru-ik (9OOO m3) en mogelrjk maximaal
toekomstig etmaalverbruik bij afname van 50% (4SOO m3)
^.
2)
Drie scenar¡o's A, B en c met warmtekosten van resp. o €/MJ, 4,3g €/MJ en g,76 gMJ
Uit de kostenberekeningen blijkt dat bij het hanteren van het huidige tarief voor
warmte (8,76 €/GJ), de totale waterproductiekosten van een Memstill@ installatie
3,30 €/m3 bedragen. Hierbij is nog geen rekening gehouden met bijkomende kosten
voor de aanvoer van zeewater, de afuoer van brijn, het transport van het
productiewater naar het distributiesysteem en met de kosten van een
voorbehandeling van het zeewater en een nabehandeling van het geproduceerde
drinkwater.
Bij het hanteren van een warmtetarief van 4,3g €/GJ (so% van het huidige
gastarief) bedragen de productiekosten 2,40 €lm3 en bij gratis warmte 0,s7 €/m3.
Voor een toekomstige installatie voor over 10 jaar worden de productíekosten bij
gratis warmte geschat op 0,33 gm3.
De benodigde hoeveelheid warmte voor een Memstill@ installatie met een
capaciteit van g00o m3/etmaal bedraagt 573.ooo - 1.g33.ooo GJtjaars afhankelr¡k
van het definitieve ontwerp van de installatie en de modulekeuze. De
kostenberekening is gebaseerd op een toptemperatuur van go .c, waarbij de
temperatuur van de warmtebron ca. gs
dient te bedragen. Een lagere
restwarmtetemperatuur van bijv. 80 of 70 'c is ook mogelijk, dit heeft echter wel
consequenties voor het ontwerp van de installatie en daarmee ook voor de kosten.
'c
uit de kostenberekeningen kan worden geconcludeerd dat de toepassing van
Memstill@ voor de drinkwaterbereiding kostentechnisch alleen interessant is als er
gebruik kan worden gemaakt van laagwaardige goedkope warmte of door
cascadering van Memstill@ in warmtenetwerken, d.w.z. dat de warmte niet alleen
geproduceerd wordt voor het aandrijven van het Memstill@-proces.
u
573.OOO
GJ komt overeen met de warmte-inhoud van i6 miljoen m. gas.
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
'19
I
21
Memstill@ lUkt blj uitstek een interessante opt¡e
te zi¡n voor integratie met de
toekomstige plannen met betrekking tot zelfuoozienendheid van Texel (zie o.a.
http://www. texelenerg ie.
nl ).
lmmers bij het opnemen in een warmteketen wordt door Memstill@ slechts een
paar graden van de warmtebron afgepakt en de rest kan gewoon gebruikt worden
voor de geplande applicatie (huisvenruarming bv.).6 Overige mogelijke
warmtebronnen zijn bijvoorbeeld warmte van dieselmotoren, bedrijven, gas van
biovergisters, koelen van PV-systemen, geothermie, etc.z.
Het gebruik van Memstill@ als waterbereidingstechniek in combinatie met het
gebruik van renewable energie voor bijv. elektriciteitsopwekking (o.a. solar) lijkt
derhalve een interessante optíe te zijn, waarbij Memstill@ als voordeel heeft dat het
flexibel inzetbaar is (verschillende capaciteiten, verschillende temperaturen
mogelijk, etc.), waarbij ook gekozen kan worden voor decentrale waterproductie op
locaties waar warmte beschikbaar is. Het verdient aanbeveling om deze optie nader
te verkennen.
De kosten van alternatieve technieken zoals RO zijn niet ondezocht in het kader
van deze studie. Door TNo worden de productiekosten van een op Ro gebaseerde
installatie ruwweg geschat op o,so - 1,0 | €/m3. Het elektriciteitsverbruik van een
RO installatie bedraagt ca.2-3 kWh/m3.
Een eigen drinkwaterproductie op Texel moet qua kosten bijvoorkeur concurrerend
zijn met de kosten van de huidige productie op het vaste land plus de kosten
gemoeid met de aanvoer vanaf het vaste land naar Texel (met zinkers of met
diepere leidingen in de zeebodem). Op dit moment wordt het drinkwater van Texel
aangevoerd vanaf het vaste land, vanaf de productielocatie Bergen van pwN. De
twee zinkers die het drinkwater transporteren vanaf den Helder naar Texel dateren
van 1988 en zijn waarschijnlijk binnen enkele jaren aan vervanging toe (technische
levensduur ca. 25 jaar).
Volgens opgave van PWN bedroegen de investeringskosten voor de aanleg in
1988 ca. 10 miljoen gulden. Rekening houdend met de inflatie, worden de kosten
voor de aanleg van nieuwe zinkers anno2014 geschat op minimaal 10 miljoen
euro. De afschrijving op jaarbasis is dan 10/2s = 0,4 miljoen euro of 0,13 €/m3
geproduceerd water (uitgaand van een jaarlijkse hoeveelheid drinkwater van 3
miljoen mt¡. De investeringskosten gemoeid met het boren van twee nieuwe
diepere leidingen in de zeebodem zijn op dit moment nog niet bekend. De
productiekosten van de huidige waterplant in Bergen zijn niet bekend brj TNo.
Leveringstermijn, -garantie en combinatie eigen waterproductie met
waterbufÍering
op dit moment vind de marktintroductie plaats van verschillende Memstill@
systemen. Aquasti ll verwacht dat de mem braanmodules, zoals gedimensioneerd
voor deze Texel-case, in 2015 zijn te leveren.
6
'
Warmtebehoefte per woning is 30 GJ/jaar.
De gemiddelde zonnestraling in Nederland is ce. lOOO kWh/m2ljaar (bron:
ing/zoninstraling-in-nederland/). Dit komt
1.000.000 GJljaar komt overeen met een
el ca. 0,'l7vo van het grondoppervlak van
TNO-rapport I TNO 2014 R10304
20t21
De kostenschattingen zijn uitgevoerd voor twee installatiegroottes met resp. een
capaciteit van specifiek gooo m3/etmaal en 4500 m3/etmaal. om de invloed van de
schaalgrootte aan te geven, zijn ook de totale kosten van kleinere installaties
geschat. op dit moment is het gemiddelde etmaalverbruik 4s0o m3 en het
maximaal etmaalwaterverbruik 90OO mt. Om een voldoend grote leveringsgarantie
te kunnen verzekerens kan een installatie worden uitgelegd Ãet een grotere
ca-Paciteit dan 9000 m3/etmaal, bijvoorbeeld 5 units met elk een capaciteit van 2500
m3/etmaal. Afhankelijk van de watervraag (zie figuur 6.1) kunnen dan 2,3 of 4 units
in bedrijf worden gesteld.
Drin
kwatertoevoer en overtochten 2010
250.000
200.000
150.000
100.000
s0.000
0
'.{"o.d*".
*ò
+ò
'oè
Figuur 6.1 Drinkwatertoevoer en overtochten 2010 (bron pWN)
Een interessante optie is ook de combinatie van een eigen drinkwatervoorziening in combinatie met de aanleg van spaarbekkens in waterbergingsgebieden. ln periodes met geringe watervraag (winter, voorjaar en najaar)
kunnen deze spaarbekkens gevuld worden en in tijden van hoge watervraag
(zomer) kan een deel van de watervraag door de spaarbekkens vervurd
worden. Bij toepassing van deze combinatie van waterbuffering en een eigen
productie kan de maximale ontwerpcapaciteit van een productie installatie
lager zijn dan de maximale etmaalcapaciteit. Ook het gebruik van
regenwater(opslag) als bron voor een toekomstige drinkwatervoorziening is een
interessante optie om hierbijte beschouwen.
Uit de kostenberekeningen blijkt dat vanaf een capaciteit van circa 1000 m3/etmaal
de kosten per mt product niet significant toenemen. Op basis hiervan kan worden
overwogen, gebruik te maken van meerdere parallelle units zodat beter kan worden
ingespeeld op de fluctuerende watervraag gedurende het seizoen (immers meer
flexibel). Ook ontstaat hierdoor de mogelijkheid om in de toekomst te kiezen voor
eerdere dri n kwaterproductie un its gesitueerd op versch llende locaties,
bijvoorbeeld op de locaties waar warmte beschikbaar is.
m
I
i
Waterbedrijven zijn wettelijk verplicht om het effect van een leveringsonderbreking te beperken.
Hiertoe worden bij de productie van drinkwater alle installaties en transportleidingen minimaal dubbel
uitgevoerd
Verantwoording
Naam en peraaltr,veede
TNO-rapport
A
I
TNO 2014 R10304
Bijlage A I
Waterkwaliteit met Memst¡ll
4.4
Quality ol Memstill produced water
Membrane distillation, as an highly integrated evaporation/condensation process of water,
produces water of high quality. Table 12 specifies the composition of distillate and seawater
feedstock from TNO's m3.hr 1 Memstill@ p¡lot plant installation as tested at Rotterdam
Maasvlakte. Note that for all
is between log4 and logS
(much better than RO, MED
roducl has a conductiv¡ty
< 1 pS.cm'1. An additional
ive to reverse osmosis ¡s
I
ions,
and
advan
that the removal of boron is far below WHO / EU directives for drinking water. More
technological facts about membrane distillation in general and the Memstill process in
particular are given in Appendix 2.
Tablo
12:
Specifcåtion of the composition of leedstock (Nortì Sea water) and Memst¡lldistillate as determined in
a pilot dant at E ON Benelux (Maasvtaktc, Rotterdam).
HCOj (mg.l'1)
7900
13900
1280
300
960
150
s¡lica (mg.l-i) 0.0275
0.0275
Na'1mg.l-t¡
Cl- (mg.l'1)
soo2- (mg.l'1)
ca2* 1mg.l'1)
Mg2'(mg.l'1)
TOC (mg.l'1)
Suspended Solids (mg.l-1) 9.2 < l.O
PH G)
Conductivity 1pS.cm'l)
1.3
9.2
8.03
34500
0.011
0.13
< 0,020
0.039
0.017
3.5
0.0275
0.3
< 1,0
6.63
0.75
l/l
© Copyright 2025 ExpyDoc
