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流程工業企業應從能源需求側管理中受益

作者: 2019年11月28日 來源:全球化工設備網 瀏覽量:
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流程工業企業應從能源需求側管理中受益——當太陽能和風能成為主要的供應能源時,流程工業企業也必須發揮自己應有的作用。現在需要的是能源儲存、分配和管理的新方案,只要滿足了某些前提條件的企業是能夠從能源需求

流程工業企業應從能源需求側管理中受益——當太陽能和風能成為主要的供應能源時,流程工業企業也必須發揮自己應有的作用。現在需要的是能源儲存、分配和管理的新方案,只要滿足了某些前提條件的企業是能夠從能源需求側管理(縮寫為DSM)中受益的。


文/Hans-Jürgen Bittermann

本文刊登于PROCESS《流程工業》2019年第16期不久前,德國的核電廠已停止運行,德國也不想在未來使用煤電。太陽能和風能發電是德國的最佳選擇,但其發電能力不像普通發電廠那樣可靠。因此,用戶方的需求應該是可控的。所謂的DSM就是能源供應方式的轉變。到目前為止,能源供應方式都是由工業企業向電力供應商提出生產的電力需求,并由較高的連續性基本負荷的企業通過談判獲得更加經濟的電價。


隨著可再生能源利用的不斷增加,長期以來形成的供求關系正在發生轉變,不再是按照工業企業的用電需求生產電力了,而是按照太陽能和風能的發電可能性來生產電力。因此,如今就需要更加靈活的工業生產,并由能源供應商來提供資金。可再生能源的誕生會在哪些方面帶來變化呢?德國全年平均的電力負荷不到70GW。聯邦政府的綠皮書假設德國工業節約電力的潛力在5~15GW之間,國際/德國能源委員會認為這一數據過于樂觀,他們的假設只有3GW。另外,效率和靈活性之間通常存在著目標沖突,在一些情況下,企業的設備已進行了優化,以便任何生產條件下順利完成生產任務,反復的啟動和停止等系統性操作都會降低流程設備的生產效率。




“一體化生產基地的物料流和流程工藝環環相扣,任何一個環節出了問題都會對整個生產網絡產生影響,從而影響流程設備的利用率和固定費用覆蓋率等重要參數。”


靈活的DSM通常情況下,輔助負荷管理是依靠降低價格昂貴的電力峰值,來降低電網收費。而DSM是根據用電負荷來靈活地使用供電系統的電力能源,這也為企業開創了贏得額外收益的機會。隨著將柔性用電負荷擴大到500KW,DSM可以為企業帶來可觀的經濟效益,例如為西門子公司預計每年帶來的經濟效益就高達4萬歐元。因此,電力能源的DSM能夠降低企業的運營成本、保障企業的電力供應安全性。


DSM的受益者在DSM的框架內,電氣設備的靈活工作運行的重要前提條件就是電力能源的緩沖儲存,即能在生產過程中吸收儲存暫時過剩的電力能源。能夠承擔這一任務的設備有蓄電池、綜合能源的電動汽車、蓄熱或者蓄冷器、壓縮空氣儲氣瓶和原材料倉庫(例如筒倉、儲氣罐以及水池等)。
玻璃工業、冶金工業以及化工企業最適合在電力能源的使用中采用DSM,因為生產玻璃、鋁合金或者氯堿電解等都是耗電量非常大的能源密集型生產方式。Covestro公司在德國有4個這樣的電解氯生產基地,而且Covestro的化工生產過程也是連續性的滿負荷生產過程,其整個過程環環相扣,沒有可以存儲的中間成品。電解氯生產過程中的波動只需要通過蓄能器或者氯存儲器來吸收多余的電力能源。在Cheneflex研究項目中,研究人員研究了與負載有關的氯堿電解生產工藝,并對輔助利用液氯存儲罐來實現DSM的可行性進行了評估。不僅是能源密集型的流程工藝過程可以利用DSM來完成電力能源轉換,在諸如制冷工藝過程、壓縮空氣系統和通風換氣系統中按照DSM的方式為泵、空壓機和鼓風機等設備提供電力也是非常有意義的。企業在實際采用電力能源的DSM時需要應對諸多挑戰。Wacker公司為化工行業提供各種原材料和化工產品,也為半導體工業和太陽能工業企業提供多晶硅。而這類產品的生產是能源和電力密集型的生產過程。僅在德國一地,該公司的生產廠消耗的電力能源就超過了4TWh/a,這相當于德國凈電力消耗的0.8%左右。Wacker公司生產和物流領域中的能源采購主管Christian Essers先生說:“德國高昂的電價使智能化和前瞻性的電力負荷控制對于我們來說至關重要。Wacker公司是最早承諾逐步減少電力消耗,并明顯提高電網供電穩定性的企業之一。”


DSM和聯合供電系統如今,德國Burghausen市的總廠和Nünchritz市的化工廠也參與到這一試點項目中,并在兩個生產基地進行進一步審核靈活性用電的控制措施。“這對我們的職工來講是一個巨大的挑戰,因為我們的一體化生產基地有著很高集成度的生產工藝流程。”Essers先生說。
“這些一體化生產基地的物料流和流程工藝環環相扣,任何一個環節出了問題都會對整個生產網絡產生影響,從而影響流程設備的利用率和固定費用覆蓋率等重要參數。”Essers先生說道。因此這是一個非常復雜的試點項目,而且只能在有限的情況下通過整個生產網絡的優化來達到試點項目的目的。創新性的電力能源儲存可能性是一個非常令人激動的話題,Wacker公司也積極參與了與此有關的活動。“我們目前正在嘗試以蓄電池儲存電力為主、以蓄熱系統或者熱力系統的儲能技術為輔的不同的能源儲存方法。例如我們在德國Burghausen市的生產廠就利用這些系統實現了更加靈活、高效的熱電聯產,從而也為靈活的控制電力負荷創造了更多機會。”Essers先生說。


工藝過程的綜合使用利用DSM來平衡能源時不僅只是調整產量,而且還要關注整個流程工藝生產過程中不同種類能源或者生產過程之間的整個切換和轉換過程。綜合性的工藝過程是能源轉型時有效措施,生產中可以在供電高峰和低電價的時間段內,開始能源密集型的流程工藝生產,在太陽能和風能供電不足的時間段內轉向非能源密集型的生產過程。能源經濟研究協會利用玻璃、造紙和水泥行業為例進行了嘗試。研究人員首先對每一個流程工藝步驟的“有利用燃料加熱現象存在”這一標準進行了檢驗(已經實現了電氣化的工藝過程不在其中)。如果有該現象存在,則都可以利用電力能源生產熱能的方法來替代燃料產熱。有多種多樣利用電力生產熱能的技術方法,例如電阻加熱、紅外線加熱、電感、電介質加熱、電弧、等離子、電子以及激光加熱等等。調查研究表明,現有的加熱技術能夠滿足玻璃、造紙和水泥工藝所需的所有加熱溫度的要求。但是在實踐中,這些加熱技術的應用還有許多障礙需要克服。


細節決定成敗在能源轉型的過程中,DSM也能為能源密集型企業帶來很高的經濟效益。但是,儲存電力能源的設備是利用DSM的前提條件。化工領域中的企業只有通過費時費力的整體性優化實現復雜的綜合性一體化生產,才能讓流程設備運營商經濟、成功地實現DSM。


專訪Messer集團公司副總裁 Christoph Erdmann博士




PROCESS:在空氣分離設備中采用DSM,為什么這類流程設備最適合采用DSM?Christoph Erdmann:主要是這類流程設備的電力消耗很大,在一般情況下,歐洲大多數的空氣分離設備的電力負荷都在10~25MW之間。大的電力消耗對電力能源供應商來講是很有吸引力的。大多數空氣分離設備除了生產管道供應的氣體產品之外,還生產用鋼瓶保存的液化氣體(例如液態氧、液態氮和液化氬氣)。在特定的條件下,當電力能源供應不足時,甚至可以在零電力消耗的情況下完成氣體的液化。當電力供應充足時,又可以全力生產,將生產出來的液化氣儲存起來。這類企業使用DSM的積極性很大程度上取決于它可以儲存多少的液化氣產品。


PROCESS:在采用DSM的過程中會遇到哪些挑戰?Christoph Erdmann:企業必須有更大儲存容積的儲罐,以便在低電價時間段能夠短時間的生產大量的液態氣體,這就需要高性能的儲罐設備。另外,靈活的空氣分離運行方式使得空氣分離設備并不總是在最佳工作點處工作運行。能源供應商必須采取一些激勵措施,補償平衡流程設備運營商在這種情況下提高了的運營成本。


PROCESS:現階段采用DSM的激勵措施是否有效?Christoph Erdmann:很長時間以來西班牙就有了平衡電價,因此可以在電費較低的時候利用大型設備經濟高效地生產常規的液化氣。我們在西班牙有幾個采取DSM的生產基地。在德國,DSM的目的是激勵企業在特定時間段內減產或者不生產。但這樣的激勵機制遠遠不夠,企業的積極性沒有被完全調動起來。能源供應商必須創造出更好的激勵機制,使德國工業氣體行業在DSM中受益。(來源:流程工業)
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標簽:太陽能 風能 能源需求側管理

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