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(lái)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(yáng)能和風(fēng)能成為主要的供應(yīng)能源時(shí)，流程工業(yè)企業(yè)也必須發(fā)揮自己應(yīng)有的作用。現(xiàn)在需要的是能源儲(chǔ)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(yáng)能和風(fēng)能成為主要的供應(yīng)能源時(shí)，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(chǔ)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(xiě)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(guó)的核電廠已停止運(yùn)行，德國(guó)也不想在未來(lái)使用煤電。太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電是德國(guó)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(guò)談判獲得更加經(jīng)濟(jì)的電價(jià)。


隨著可再生能源利用的不斷增加，長(zhǎng)期以來(lái)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(yáng)能和風(fēng)能的發(fā)電可能性來(lái)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(lái)提供資金。可再生能源的誕生會(huì)在哪些方面帶來(lái)變化呢？德國(guó)全年平均的電力負(fù)荷不到70GW。聯(lián)邦政府的綠皮書(shū)假設(shè)德國(guó)工業(yè)節(jié)約電力的潛力在5~15GW之間，國(guó)際/德國(guó)能源委員會(huì)認(rèn)為這一數(shù)據(jù)過(guò)于樂(lè)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(jìn)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(dòng)和停止等系統(tǒng)性操作都會(huì)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(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都會(huì)對(duì)整個(gè)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(fèi)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(jià)格昂貴的電力峰值，來(lái)降低電網(wǎng)收費(fèi)。而DSM是根據(jù)用電負(fù)荷來(lái)靈活地使用供電系統(tǒng)的電力能源，這也為企業(yè)開(kāi)創(chuàng)了贏得額外收益的機(jī)會(huì)。隨著將柔性用電負(fù)荷擴(kuò)大到500KW，DSM可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，例如為西門(mén)子公司預(yù)計(jì)每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益就高達(dá)4萬(wàn)歐元。因此，電力能源的DSM能夠降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)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(yùn)行的重要前提條件就是電力能源的緩沖儲(chǔ)存，即能在生產(chǎn)過(guò)程中吸收儲(chǔ)存暫時(shí)過(guò)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(dòng)汽車、蓄熱或者蓄冷器、壓縮空氣儲(chǔ)氣瓶和原材料倉(cāng)庫(kù)（例如筒倉(cāng)、儲(chǔ)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?yàn)樯a(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(guó)有4個(gè)這樣的電解氯生產(chǎn)基地，而且Covestro的化工生產(chǎn)過(guò)程也是連續(xù)性的滿負(fù)荷生產(chǎn)過(guò)程，其整個(gè)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，沒(méi)有可以存儲(chǔ)的中間成品。電解氯生產(chǎn)過(guò)程中的波動(dòng)只需要通過(guò)蓄能器或者氯存儲(chǔ)器來(lái)吸收多余的電力能源。在Cheneflex研究項(xiàng)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(duì)輔助利用液氯存儲(chǔ)罐來(lái)實(shí)現(xiàn)DSM的可行性進(jìn)行了評(píng)估。不僅是能源密集型的流程工藝過(guò)程可以利用DSM來(lái)完成電力能源轉(zhuǎn)換，在諸如制冷工藝過(guò)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(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備提供電力也是非常有意義的。企業(yè)在實(shí)際采用電力能源的DSM時(shí)需要應(yīng)對(duì)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(yáng)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(guò)程。僅在德國(guó)一地，該公司的生產(chǎn)廠消耗的電力能源就超過(guò)了4TWh/a，這相當(dāng)于德國(guó)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(gòu)主管Christian Essers先生說(shuō)：“德國(guó)高昂的電價(jià)使智能化和前瞻性的電力負(fù)荷控制對(duì)于我們來(lái)說(shuō)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?！?/span>


DSM和聯(lián)合供電系統(tǒng)如今，德國(guó)Burghausen市的總廠和Nünchritz市的化工廠也參與到這一試點(diǎn)項(xiàng)目中，并在兩個(gè)生產(chǎn)基地進(jìn)行進(jìn)一步審核靈活性用電的控制措施。“這對(duì)我們的職工來(lái)講是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兊囊惑w化生產(chǎn)基地有著很高集成度的生產(chǎn)工藝流程?！盓ssers先生說(shuō)。
“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(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題都會(huì)對(duì)整個(gè)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(fèi)用覆蓋率等重要參數(shù)。”Essers先生說(shuō)道。因此這是一個(gè)非常復(fù)雜的試點(diǎn)項(xiàng)目，而且只能在有限的情況下通過(guò)整個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化來(lái)達(dá)到試點(diǎn)項(xiàng)目的目的。創(chuàng)新性的電力能源儲(chǔ)存可能性是一個(gè)非常令人激動(dòng)的話題，Wacker公司也積極參與了與此有關(guān)的活動(dòng)?！拔覀兡壳罢趪L試以蓄電池儲(chǔ)存電力為主、以蓄熱系統(tǒng)或者熱力系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)為輔的不同的能源儲(chǔ)存方法。例如我們?cè)诘聡?guó)Burghausen市的生產(chǎn)廠就利用這些系統(tǒng)實(shí)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(jī)會(huì)?！盓ssers先生說(shuō)。


工藝過(guò)程的綜合使用利用DSM來(lái)平衡能源時(shí)不僅只是調(diào)整產(chǎn)量，而且還要關(guān)注整個(gè)流程工藝生產(chǎn)過(guò)程中不同種類能源或者生產(chǎn)過(guò)程之間的整個(gè)切換和轉(zhuǎn)換過(guò)程。綜合性的工藝過(guò)程是能源轉(zhuǎn)型時(shí)有效措施，生產(chǎn)中可以在供電高峰和低電價(jià)的時(shí)間段內(nèi)，開(kāi)始能源密集型的流程工藝生產(chǎn)，在太陽(yáng)能和風(fēng)能供電不足的時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)向非能源密集型的生產(chǎn)過(guò)程。能源經(jīng)濟(jì)研究協(xié)會(huì)利用玻璃、造紙和水泥行業(yè)為例進(jìn)行了嘗試。研究人員首先對(duì)每一個(gè)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(jìn)行了檢驗(yàn)（已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電氣化的工藝過(guò)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(lái)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(shí)踐中，這些加熱技術(shù)的應(yīng)用還有許多障礙需要克服。


細(xì)節(jié)決定成敗在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，DSM也能為能源密集型企業(yè)帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)效益。但是，儲(chǔ)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(guò)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的整體性優(yōu)化實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的綜合性一體化生產(chǎn)，才能讓流程設(shè)備運(yùn)營(yíng)商經(jīng)濟(jì)、成功地實(shí)現(xiàn)DSM。


專訪Messer集團(tuán)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(duì)電力能源供應(yīng)商來(lái)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(shí)，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(shí)，又可以全力生產(chǎn)，將生產(chǎn)出來(lái)的液化氣儲(chǔ)存起來(lái)。這類企業(yè)使用DSM的積極性很大程度上取決于它可以儲(chǔ)存多少的液化氣產(chǎn)品。


PROCESS：在采用DSM的過(guò)程中會(huì)遇到哪些挑戰(zhàn)？Christoph Erdmann：企業(yè)必須有更大儲(chǔ)存容積的儲(chǔ)罐，以便在低電價(jià)時(shí)間段能夠短時(shí)間的生產(chǎn)大量的液態(tài)氣體，這就需要高性能的儲(chǔ)罐設(shè)備。另外，靈活的空氣分離運(yùn)行方式使得空氣分離設(shè)備并不總是在最佳工作點(diǎn)處工作運(yùn)行。能源供應(yīng)商必須采取一些激勵(lì)措施，補(bǔ)償平衡流程設(shè)備運(yùn)營(yíng)商在這種情況下提高了的運(yùn)營(yíng)成本。


PROCESS：現(xiàn)階段采用DSM的激勵(lì)措施是否有效？Christoph Erdmann：很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)西班牙就有了平衡電價(jià)，因此可以在電費(fèi)較低的時(shí)候利用大型設(shè)備經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)常規(guī)的液化氣。我們?cè)谖靼嘌烙袔讉€(gè)采取DSM的生產(chǎn)基地。在德國(guó)，DSM的目的是激勵(lì)企業(yè)在特定時(shí)間段內(nèi)減產(chǎn)或者不生產(chǎn)。但這樣的激勵(lì)機(jī)制遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，企業(yè)的積極性沒(méi)有被完全調(diào)動(dòng)起來(lái)。能源供應(yīng)商必須創(chuàng)造出更好的激勵(lì)機(jī)制，使德國(guó)工業(yè)氣體行業(yè)在DSM中受益。（來(lái)源：流程工業(yè)）
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