流程工業(yè)企業(yè)應(yīng)從能源需求側(cè)管理中受益

作者： 2019年11月28日 來源：全球化工設(shè)備網(wǎng) 瀏覽量：
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流程工業(yè)企業(yè)應(yīng)從能源需求側(cè)管理中受益——當(dāng)太陽能和風(fēng)能成為主要的供應(yīng)能源時，流程工業(yè)企業(yè)也必須發(fā)揮自己應(yīng)有的作用?，F(xiàn)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(yè)是能夠從能源需求

流程工業(yè)企業(yè)應(yīng)從能源需求側(cè)管理中受益——當(dāng)太陽能和風(fēng)能成為主要的供應(yīng)能源時，流程工業(yè)企業(yè)也必須發(fā)揮自己應(yīng)有的作用?，F(xiàn)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(yè)是能夠從能源需求側(cè)管理（縮寫為DSM）中受益的。


文/Hans-Jürgen Bittermann

本文刊登于PROCESS《流程工業(yè)》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(fēng)能發(fā)電是德國的最佳選擇，但其發(fā)電能力不像普通發(fā)電廠那樣可靠。因此，用戶方的需求應(yīng)該是可控的。所謂的DSM就是能源供應(yīng)方式的轉(zhuǎn)變。到目前為止，能源供應(yīng)方式都是由工業(yè)企業(yè)向電力供應(yīng)商提出生產(chǎn)的電力需求，并由較高的連續(xù)性基本負(fù)荷的企業(yè)通過談判獲得更加經(jīng)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(guān)系正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，不再是按照工業(yè)企業(yè)的用電需求生產(chǎn)電力了，而是按照太陽能和風(fēng)能的發(fā)電可能性來生產(chǎn)電力。因此，如今就需要更加靈活的工業(yè)生產(chǎn)，并由能源供應(yīng)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(fù)荷不到70GW。聯(lián)邦政府的綠皮書假設(shè)德國工業(yè)節(jié)約電力的潛力在5~15GW之間，國際/德國能源委員會認(rèn)為這一數(shù)據(jù)過于樂觀，他們的假設(shè)只有3GW。另外，效率和靈活性之間通常存在著目標(biāo)沖突，在一些情況下，企業(yè)的設(shè)備已進行了優(yōu)化，以便任何生產(chǎn)條件下順利完成生產(chǎn)任務(wù)，反復(fù)的啟動和停止等系統(tǒng)性操作都會降低流程設(shè)備的生產(chǎn)效率。




“一體化生產(chǎn)基地的物料流和流程工藝環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出了問題都會對整個生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，從而影響流程設(shè)備的利用率和固定費用覆蓋率等重要參數(shù)?！?


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


DSM的受益者在DSM的框架內(nèi)，電氣設(shè)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(chǎn)過程中吸收儲存暫時過剩的電力能源。能夠承擔(dān)這一任務(wù)的設(shè)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(yè)、冶金工業(yè)以及化工企業(yè)最適合在電力能源的使用中采用DSM，因為生產(chǎn)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(chǎn)方式。Covestro公司在德國有4個這樣的電解氯生產(chǎn)基地，而且Covestro的化工生產(chǎn)過程也是連續(xù)性的滿負(fù)荷生產(chǎn)過程，其整個過程環(huán)環(huán)相扣，沒有可以存儲的中間成品。電解氯生產(chǎn)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(fù)載有關(guān)的氯堿電解生產(chǎn)工藝，并對輔助利用液氯存儲罐來實現(xiàn)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(zhuǎn)換，在諸如制冷工藝過程、壓縮空氣系統(tǒng)和通風(fēng)換氣系統(tǒng)中按照DSM的方式為泵、空壓機和鼓風(fēng)機等設(shè)備提供電力也是非常有意義的。企業(yè)在實際采用電力能源的DSM時需要應(yīng)對諸多挑戰(zhàn)。Wacker公司為化工行業(yè)提供各種原材料和化工產(chǎn)品，也為半導(dǎo)體工業(yè)和太陽能工業(yè)企業(yè)提供多晶硅。而這類產(chǎn)品的生產(chǎn)是能源和電力密集型的生產(chǎn)過程。僅在德國一地，該公司的生產(chǎn)廠消耗的電力能源就超過了4TWh/a，這相當(dāng)于德國凈電力消耗的0.8%左右。Wacker公司生產(chǎn)和物流領(lǐng)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(fù)荷控制對于我們來說至關(guān)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(wǎng)供電穩(wěn)定性的企業(yè)之一。”


DSM和聯(lián)合供電系統(tǒng)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(chǎn)基地進行進一步審核靈活性用電的控制措施?！斑@對我們的職工來講是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為我們的一體化生產(chǎn)基地有著很高集成度的生產(chǎn)工藝流程。”Essers先生說。
“這些一體化生產(chǎn)基地的物料流和流程工藝環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出了問題都會對整個生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響，從而影響流程設(shè)備的利用率和固定費用覆蓋率等重要參數(shù)?！盓ssers先生說道。因此這是一個非常復(fù)雜的試點項目，而且只能在有限的情況下通過整個生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化來達到試點項目的目的。創(chuàng)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(guān)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(tǒng)或者熱力系統(tǒng)的儲能技術(shù)為輔的不同的能源儲存方法。例如我們在德國Burghausen市的生產(chǎn)廠就利用這些系統(tǒng)實現(xiàn)了更加靈活、高效的熱電聯(lián)產(chǎn)，從而也為靈活的控制電力負(fù)荷創(chuàng)造了更多機會?！盓ssers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(diào)整產(chǎn)量，而且還要關(guān)注整個流程工藝生產(chǎn)過程中不同種類能源或者生產(chǎn)過程之間的整個切換和轉(zhuǎn)換過程。綜合性的工藝過程是能源轉(zhuǎn)型時有效措施，生產(chǎn)中可以在供電高峰和低電價的時間段內(nèi)，開始能源密集型的流程工藝生產(chǎn)，在太陽能和風(fēng)能供電不足的時間段內(nèi)轉(zhuǎn)向非能源密集型的生產(chǎn)過程。能源經(jīng)濟研究協(xié)會利用玻璃、造紙和水泥行業(yè)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(xiàn)象存在”這一標(biāo)準(zhǔn)進行了檢驗（已經(jīng)實現(xiàn)了電氣化的工藝過程不在其中）。如果有該現(xiàn)象存在，則都可以利用電力能源生產(chǎn)熱能的方法來替代燃料產(chǎn)熱。有多種多樣利用電力生產(chǎn)熱能的技術(shù)方法，例如電阻加熱、紅外線加熱、電感、電介質(zhì)加熱、電弧、等離子、電子以及激光加熱等等。調(diào)查研究表明，現(xiàn)有的加熱技術(shù)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(shù)的應(yīng)用還有許多障礙需要克服。


細節(jié)決定成敗在能源轉(zhuǎn)型的過程中，DSM也能為能源密集型企業(yè)帶來很高的經(jīng)濟效益。但是，儲存電力能源的設(shè)備是利用DSM的前提條件?；ゎI(lǐng)域中的企業(yè)只有通過費時費力的整體性優(yōu)化實現(xiàn)復(fù)雜的綜合性一體化生產(chǎn)，才能讓流程設(shè)備運營商經(jīng)濟、成功地實現(xiàn)DSM。


專訪Messer集團公司副總裁 Christoph Erdmann博士




PROCESS：在空氣分離設(shè)備中采用DSM，為什么這類流程設(shè)備最適合采用DSM？Christoph Erdmann：主要是這類流程設(shè)備的電力消耗很大，在一般情況下，歐洲大多數(shù)的空氣分離設(shè)備的電力負(fù)荷都在10~25MW之間。大的電力消耗對電力能源供應(yīng)商來講是很有吸引力的。大多數(shù)空氣分離設(shè)備除了生產(chǎn)管道供應(yīng)的氣體產(chǎn)品之外，還生產(chǎn)用鋼瓶保存的液化氣體（例如液態(tài)氧、液態(tài)氮和液化氬氣）。在特定的條件下，當(dāng)電力能源供應(yīng)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(dāng)電力供應(yīng)充足時，又可以全力生產(chǎn)，將生產(chǎn)出來的液化氣儲存起來。這類企業(yè)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(chǎn)品。


PROCESS：在采用DSM的過程中會遇到哪些挑戰(zhàn)？Christoph Erdmann：企業(yè)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(chǎn)大量的液態(tài)氣體，這就需要高性能的儲罐設(shè)備。另外，靈活的空氣分離運行方式使得空氣分離設(shè)備并不總是在最佳工作點處工作運行。能源供應(yīng)商必須采取一些激勵措施，補償平衡流程設(shè)備運營商在這種情況下提高了的運營成本。


PROCESS：現(xiàn)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(shè)備經(jīng)濟高效地生產(chǎn)常規(guī)的液化氣。我們在西班牙有幾個采取DSM的生產(chǎn)基地。在德國，DSM的目的是激勵企業(yè)在特定時間段內(nèi)減產(chǎn)或者不生產(chǎn)。但這樣的激勵機制遠遠不夠，企業(yè)的積極性沒有被完全調(diào)動起來。能源供應(yīng)商必須創(chuàng)造出更好的激勵機制，使德國工業(yè)氣體行業(yè)在DSM中受益。（來源：流程工業(yè)）
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標(biāo)簽：太陽能 風(fēng)能 能源需求側(cè)管理

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