Nutsbedrijven grote gemiste kans: Demand Response in de industrie

Nutsbedrijven grote gemiste kans: Demand Response in de industrie

Demand Response (DR) helpt nutsbedrijven de piekvraag naar elektriciteit te beheersen door de vraag tijdelijk te verschuiven aan de kant van de consument in plaats van nieuwe elektriciteitscentrales te bouwen om aan de kortstondige piekvraag te voldoen. Anderzijds gebruiken klanten de vraagrespons om hun elektriciteitskosten te verminderen door gebruik te maken van prijssignalen op basis van het tijdstip van gebruik. Tegenwoordig wordt gewerkt aan de automatisering van het proces met behulp van geautomatiseerde vraagrespons (AutoDR).

In deze bijdrage zal ik niet ingaan op de details van DR of AutoDR, maar eerder het DR-potentieel in de productiesector bespreken. Ik denk dat een van de belangrijkste belemmeringen voor DR in de productiesector is dat het DR-potentieel in deze sector niet goed wordt begrepen door nutsbedrijven, bedrijven en andere betrokken partijen.

Op basis van mijn ervaring met energie-efficiëntie en vraagzijdebeheer in de industrie in de afgelopen 10 jaar, moet een productiesector of -proces, wil het een groot potentieel voor DR (Demand Response) hebben, een of meer van de vier kenmerken hebben die in de onderstaande figuur worden weergegeven.

Opmerking: Een bottleneck is een fase in een proces die ervoor zorgt dat het volledige proces en de productiesnelheid van het eindproduct vertragen.

Ik zal dit inleiden met een paar voorbeelden uit een energie-intensieve industrie (cementindustrie) en een niet-energie-intensieve industrie (textielindustrie).

Voorbeeld 1- DR-potentieel in de cementindustrie:

In een eenvoudige vorm bestaat het cementproductieproces uit het vermalen van grondstoffen (meestal kalksteen), het maken van klinkers in een oven op hoge temperatuur, en het verder vermalen van klinkers en enkele additieven tot cement.

Het elektriciteitsverbruik in een cementfabriek varieert van 90 tot 150 kWh/ton cement, afhankelijk van de maaltechnologie, de eigenschappen van de grondstoffen, enz. Een cementfabriek kan een productiecapaciteit hebben van minder dan 1000 ton per dag tot meer dan 10.000 ton per dag. Het elektriciteitsverbruik van een cementfabriek kan dus vrij aanzienlijk zijn. Meer dan 70% van het elektriciteitsverbruik in cementfabrieken wordt gebruikt voor het malen van de grondstoffen en het afwerken van het maalproces.

Het grondstoffenmaalproces heeft de volgende drie DR-vriendelijke kenmerken:

1. Het is een batchprocédé
2. Het heeft een grote opslagcapaciteit voor zijn output (gemalen grondstof), die uren en vaak dagen duurt
3. Het daaropvolgende proces (de oven) kan worden beschouwd als een knelpunt in de productie. In combinatie met de grote opslagcapaciteit vóór het knelpuntproces (#2) is dit een perfecte voorwaarde voor DR.

Het afwerkingsmaalproces heeft de volgende drie DR-vriendelijke kenmerken:

1. Het is een batchproces
2. Er is een grote opslagcapaciteit na de oven voor gemalen klinker (en vóór de eindvermaling), die uren, zo niet dagen duurt.
3. Als de productieplanning flexibel is, kan het eindmalen om het cement-eindproduct te maken een paar uur worden uitgesteld, terwijl de vorige processen hun werkzaamheden kunnen voortzetten.

Als we aannemen dat een voorbeeldige cementfabriek 120 kWh/ton cement gebruikt, waarvan 70% (84 kWh/ton cement) wordt gebruikt voor grondstoffen malen en afwerken, en 3000 ton cement per dag produceert (125 ton/uur), zal elk uur verschuiving in de werking van zowel grondstoffen malen als afwerken in antwoord op een DR-signaal resulteren in 125*84=10.500 kWh vermindering van de elektriciteitsvraag.

Dit is ongeveer gelijk aan het gemiddelde dagelijkse elektriciteitsverbruik van 350 huishoudelijke afnemers in de VS. Indien alleen de productie van hetzij grondstofslijpen hetzij afwerkingsslijpen wordt verschoven, zal deze vermindering met bijna de helft worden verminderd. Dit is zo'n groot DR-potentieel dat ik ga hopen dat alle nutsbedrijven en cementbedrijven er gebruik van maken.

Voorbeeld 2: DR-potentieel in de textielindustrie:

Er zijn veel DR-potentieel in de textielindustrie. Ik heb veel werk verricht in deze sector en kan uren praten over EE en DR-potentieel in verschillende subsectoren en processen van de textielindustrie. Maar omdat deze post iets langer wordt dan ik van plan was, zal ik slechts kort twee mogelijkheden voor duurzame energie in deze sector vermelden. Als u meer wilt weten, aarzel dan niet om contact met mij op te nemen.

Het eerste voorbeeld voor de textielindustrie is in het garenproductieproces. Een van de hoofdprocessen is het "spinproces", waarbij verschillende machines worden gebruikt, zoals ringmachines, open-end machines, enz. Het spinproces heeft de volgende twee DR-vriendelijke kenmerken:

1. Het is een batchproces
2. Het is een knelpuntproces. Vaak staan tussenproducten die in de spinmachines worden ingevoerd urenlang in de rij op de fabrieksvloer te wachten tot ze door de spinmachines worden verwerkt. Een goede opslagcapaciteit zal het mogelijk maken voldoende toevoerproducten voor de spinmachines op te slaan en het vorige proces, dat goed is voor ongeveer 30%-40% van de elektriciteitsvraag van de volledige garenproductie-installaties, gedurende enkele uren tijdens de DR-periode stil te leggen.

Een ander belangrijk potentieel voor DR in de textielindustrie is te vinden in natte verwerkingsinstallaties. Installaties voor natte processen houden zich bezig met de voorbereiding, het verven, het bedrukken en/of de afwerking van garen en weefsel en andere textielproducten. In fabrieken voor natte processen komen veel batch-processen voor. Ook kunnen verschillende processen zoals droger, stenter of batch-ververijmachines knelpuntprocessen zijn die DR-mogelijkheden bieden. Vaak werken natverwerkende fabrieken aan verschillende orders en producten; een goede productieplanning kan dus grote kansen op DR bieden. Om hier voordeel uit te halen, moet er een hoge mate van coördinatie zijn tussen de verschillende afdelingen binnen een fabriek die verantwoordelijk zijn voor de productieplanning, het energiebeheer, de betaling van de energierekeningen, enz. Onderstaande figuur illustreert het concept van DR-potentieel in productieprocessen met batchverwerking, opslagcapaciteit en een knelpuntproces.

Samenvattend kan worden gesteld dat de productiesector een complexe en heterogene sector is. Zelfs binnen één subsector van de industrie (bijvoorbeeld textiel- of voedingsindustrie) zijn er totaal verschillende subsectoren. Toch zijn er grote mogelijkheden voor energiebesparing en vraagrespons in de productiesector. Meer diepgaand inzicht in productieprocessen en technologieën en energiesystemen in elke subsector van de verwerkende industrie zal ons in staat stellen dit potentieel aan te boren. Neem gerust contact met me op als u vragen hebt.

Ali Hasanbeigi, Ph.D. Oprichter, CEO, en onderzoeksdirecteur E-mail: hasanbeigi(at)globalefficiencyintel.com

(oorspronkelijk gepubliceerd op Global Efficiency Intelligence)