Thesis mogelijkheid bij Vanbeek
Wanneer is thermische energieopslag interessanter dan elektrische opslag? Een modelmatige analyse van restwarmtebenutting in de gebouwde omgeving en industrie.
Intro Vanbeek
Vanbeek is dé marktleider op het gebied van integraal energiemanagement. Al meer dan 40 jaar ondersteunen wij organisaties bij hun duurzame ambities en helpen wij hen grip te krijgen én te houden op energie en CO₂-reductie. Dat doen we als partner van toonaangevende bedrijven en instellingen in sectoren als zorg, onderwijs, retail, industrie, dienstverleners en (semi)overheid.
Wat ons uniek maakt, is de combinatie van consultancy en monitoring services. Dankzij slimme data-analyse, technische expertise en de inzet van onze mensen zijn we in staat om organisaties écht verder te brengen in de energietransitie. Wij helpen onze klanten niet alleen met advies, maar ook met concrete oplossingen en blijvende resultaten.
Bij Vanbeek kom je terecht in een betrokken, professioneel en tegelijk informeel team. We geloven in samenwerking, kennisdeling en persoonlijke ontwikkeling. Je krijgt de ruimte om je eigen ideeën in te brengen en verantwoordelijkheid te nemen, maar ook om te leren en te groeien.
Onderwerp
De energietransitie vraagt om slimme oplossingen voor het balanceren van vraag en aanbod van energie. Veel organisaties zetten in op elektrificatie en duurzame opwek, maar lopen daarbij tegen netcongestie aan. Energieopslag biedt dan vaak een uitkomst, maar niet altijd in de vorm van batterijen.
Ook warmte en koude kan worden opgeslagen, bijvoorbeeld door restwarmte van ovens, koelmachines of processen tijdelijk te bufferen en later opnieuw te gebruiken. Zeker wanneer er een hernieuwde warmtevraag is, kan thermische opslag een efficiënte, duurzame en kosteneffectieve oplossing zijn.
Omdat elektriciteit, warmte en koude deels uitwisselbaar zijn is het van belang de juiste vorm en grootte van de verschillende manieren van opslag te kiezen.
Bij Vanbeek beschikken we over een netcongestiemodel dat nu gericht is op elektrische opslag en waarin ook bijv. het laden van elektrische voertuigen kan worden meegenomen. Warmte- en koudeopslag en eventuele onderlinge uitwisselbaarheid maakt hier nog geen deel van uit. Voor deze thesis willen we dit model uitbreiden en toepassen op thermische opslag, om beter te begrijpen wanneer een thermische buffer de voorkeur heeft boven elektrische opslag.
Doelstelling
Het doel van deze thesis is om te bepalen in welke scenario’s thermische opslag (warmtebuffering) een interessantere oplossing biedt dan elektrische opslag, op basis van zowel energetische, economische als systeemtechnische criteria.
Ook als doel van de thesis is te komen tot een operationeel berekeningsmodel, of samenstel van modellen, waarmee de optimale grootte van de verschillende (uitwisselbare) opslagsystemen kan worden bepaald. Wat optimaal is (bv. laagste energieverbruik, laagste investeringen, minste operationele kosten, etc,) dient input voor het model te zijn.
Het onderzoek levert:
1. Een uitgebreid inzicht in de technische en economische toepasbaarheid van thermische opslag in situaties met (rest)warmte en warmtevraag.
2. Een uitbreiding van het bestaande Vanbeek netcongestiemodel, zodat thermische buffers hierin kunnen worden meegenomen.
Onderzoeksvragen
Hoofdvraag:
In welke situaties is thermische energieopslag, op basis van warmte of koude, een aantrekkelijker alternatief dan elektrische energieopslag voor het oplossen of vermijden van netcongestie?
Mogelijke subvragen (selectie maken):
- - Welke vormen van thermische opslag voor gebouwverwarming zijn bekend en wat is hun staat van ontwikkeling?
- - Wat zijn de belangrijkste technische verschillen tussen thermische en elektrische opslag op het gebied van opslagcapaciteit, vermogen, laadtijd, verliezen en rendement?
- - Voor welke temperatuurgebieden (lage temperatuur verwarming<50°C, hoge temperatuur verwarming >60°C) is thermische opslag technisch concurrerend met elektrische opslag?
- - Hoe verhouden de investeringskosten (CAPEX) en operationele kosten (OPEX) van thermische opslag zich tot elektrische opslag voor verschillende toepassingen?
- - In hoeverre beïnvloedt de keuze voor thermische of elektrische opslag de mate van netcongestie en flexibiliteit van het energiesysteem?
- - Hoe beïnvloeden de profielen van warmtevraag en restwarmte-aanbod de keuze tussen thermische en elektrische opslag?
- - Hoe kan een model gebruikt worden om scenario’s door te rekenen en optimale combinaties van opslagvormen te bepalen?
- - In welke type scenario’s (utiliteit, gebouwde omgeving) is thermische opslag functioneel en economisch aantrekkelijker dan elektrische opslag?
Aanpak
1. Literatuurstudie
Onderzoek bestaande vormen van thermische opslag (waterbuffers, PCM’s, thermochemische opslag, etc.) en hun toepassingsgebied.
2. Analyse van restwarmteprofielen
Identificeren van typische restwarmtebronnen en warmtevraagpatronen bij relevante cases (industrie, utiliteit).
3. Modeluitbreiding
a. Bestaande modellen bij Vanbeek analyseren:
i. Aanpak van de berekening
ii. Uit te breiden en/of te koppelen?
b. Opzetten berekeningsstrategie
i. Volgorde van berekeningen
c. Bepalen meest geschikte platform (Excel, Python, etc.)
d. Definiëren van de benodigde input
e. Warmtebalans en thermische opslagconcept integreren.
f. Modelleren van scenario’s met restwarmte en warmtevraag.
4. Scenarioanalyse
Vergelijk thermische en elektrische opslag op basis van:
a. Netontlasting – in hoeverre netcongestie verhelpend?
b. Complexiteit procesintegratie
c. Operationele kosten
i. Lage temp warmte (<50°C)
ii. Hoge temp warmte (>60°C)
d. CAPEX
e. Business case
f. Algemene duurzaamheid/CO2 emissies/grondstoffen analyse
5. Conclusie en aanbevelingen
Bepalen in welke scenario’s thermische opslag de voorkeur heeft, inclusief richtlijnen voor toepassing in de praktijk.
Deliverables
· Uitbreiding van het bestaande model (in Python of Excel).
· Documentatie en validatie van het model.
· Scenarioanalyse met conclusies en aanbevelingen.
· Thesisdocument met theoretische onderbouwing.
Gewenst profiel student
· Masterstudent Energy Science, Sustainable Energy Technology, Energietechniek, Duurzame Energie, Werktuigbouwkunde of vergelijkbaar.
· Interesse in energiesystemen en modellering.
· Analytisch, zelfstandig en communicatief sterk.
· Je beheerst de Nederlandse taal vloeiend.
· Ervaring met Python of Excel.
Begeleiding vanuit Vanbeek
We verwachten dat je redelijk zelfstandig kunt werken en eigen initiatief toont bij het vormgeven van het onderzoek. Uiteraard staan we klaar om je te helpen waar nodig met inhoudelijke feedback, praktische ondersteuning of toegang tot relevante data en tools.
Je wordt begeleid door o.a. collega's uit het team Netcongestie van Vanbeek. We hebben bij Vanbeek verschillende specialisten op het gebied van energiesystemen, thermische opslag, modellering en data-analyse, die graag met je meedenken over specifieke vraagstukken of modeluitdagingen.
Je bent van harte welkom om te werken op ons kantoor in Arnhem, waar je deel uitmaakt van een betrokken en deskundig team. Er is volop ruimte om kennis te delen, mee te luisteren met projecten en te sparren met collega’s die actief zijn binnen de energietransitie.
