Elektrificeren is flexibiliseren
Industrieel aanpassingsvermogen is cruciaal voor duurzaam energie- en productiesysteem
Elektrificatie biedt de procesindustrie de beste kansen voor verduurzaming. Maar zon en wind zijn wispelturig, dus hoe ga je daarmee om? De beste manier is zelf een rol te spelen in het toekomstige energiesysteem, betogen Andreas ten Cate en John Harinck van het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT). De industrie zal zich op een nieuwe werkelijkheid moeten instellen waarbij flexibiliteit essentieel is. Voor de individuele fabriek, én voor het systeem als geheel.
responsieve industrie
Stabiele continuproductie is het fundament onder de procesindustrie, maar dat gaat in de duurzaamheidstransitie veranderen. Groene stroom biedt veel bedrijven een goed vooruitzicht op reductie van CO2-emissies, maar is niet stabiel beschikbaar. Andreas ten Cate, programmadirecteur Systeemintegratie bij het ISPT pakt een grafiek waarin hij de 'jaarduurkromme' voor groene stroom relateert aan het verbruik van de industrie. De kromme geeft aan hoeveel uren per jaar een bepaald leveringsniveau wordt gehaald. Ten Cate legt uit: "Stel dat een bepaald proces een elektriciteitsbehoefte heeft die je zou invullen met een gelijke hoeveelheid duurzame elektriciteit uit zon en wind. Dan zie je dat aanbod en vraag door het jaar heen niet gelijk zijn. De industrie in baseload zal het hele jaar door 100% vermogen vragen; dat wordt weergegeven met de blauwe rechthoek in de figuur. De vloeiende dalende lijn in de grafiek geeft de opwekking weer en je ziet dat die op momenten kan pieken tot 250%, terwijl die ook een groot deel van de tijd onder het gemiddelde vermogen zit – de 100% in de grafiek – en zelfs tot 0 kan dalen. Er zijn dus momenten met overaanbod en momenten met een tekort. Daar moet een oplossing voor komen. Je zou bijvoorbeeld energieopslag kunnen installeren, of tijdelijk je proces afschalen."
"We moeten een responsieve industrie realiseren, die met fluctuaties meebeweegt"
Zijn conclusie is duidelijk: we moeten er met zijn allen voor gaan zorgen dat we de situaties van tekorten gaan voorkomen, en dat we overschotten zinvol kunnen benutten. De technische uitdaging daarbij is dat je over tijdspannes heen moet balanceren. "Daar moet je heel specifiek naar kijken: welke processen spelen op welke tijdschalen en hoe ga je die koppelen", aldus Ten Cate. "Maar de bottom line is dat we een responsieve industrie moeten realiseren, die met de fluctuaties kan meebewegen."
Bedrijfseconomisch zinvol
Ten Cate noemt het voorbeeld van de chloorfabriek van Nobian in Rotterdam. Het is een van de weinige Nederlandse bedrijven die hun productie inmiddels flexibel hebben ingericht. Tien procent van de elektrolysecapaciteit is variabel en kan daarmee helpen piek- en dalproblemen in de opwekking van groene stroom op te lossen. De ervaring leert dat dit op jaarbasis tot 1 procent productieverlies leidt, zo viel eerder te lezen in NRC. Ten Cate: "Dat is een belangrijk cijfer: het laat zien dat je voor flexibiliteit beperkt hoeft in te leveren. En als dat wordt gecompenseerd door een aantrekkelijke elektriciteitsprijs, dan is het bedrijfseconomisch zinvol."
Volgens John Harinck, die bij het ISPT het Industry 4.0-programma en het e-Missi0n MOOI-project leidt, is Nobian een voorloper. "Veel bedrijven zijn nu vooral bezig de opties voor verduurzaming te identificeren, waaronder elektrificatie. Die hebben nu nog weinig aandacht voor flexibiliteit en adaptiviteit." Het zou goed zijn om dat van meet af aan mee te nemen, bepleit hij. "Dat doen we ook in het e-Missi0n MOOI-project, waarin Shell, Dow, TNO en het ISPT de mogelijkheden voor elektrificatie van naftakrakers onderzoeken." Dit project is onderdeel van het RVO-programma voor Missiegedreven Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie (MOOI). Het ISPT beschouwt daarbij vooral het aspect van systeemintegratie. Harinck: "Voor elektrisch kraken zijn enorme hoeveelheden elektriciteit nodig, dus loop je onherroepelijk tegen de kwestie van beschikbaarheid aan. Dan moet je gaan nadenken over een productieproces dat in deellast kan draaien, of over buffering in de productieketen, waarbij een deel van de energie of materialen tijdelijk wordt opgeslagen. En hoe dat vanuit economisch perspectief zinvol kan zijn of zelfs noodzakelijk wordt." Ook bij verduurzaming van de energievoorziening van andere energie-intensieve processen is aandacht voor flexibiliteit en adaptiviteit volgens Harinck cruciaal, zowel vanuit het oogpunt van productiekosten als van bedrijfszekerheid.
Enorm lastige omschakeling
Ten Cate en Harinck realiseren zich dat de industrie voor een enorm lastige omschakeling staat. Flexibiliteit en aanpassingsvermogen vragen een modus operandi waar de meeste bedrijven nauwelijks ervaring mee hebben. Bovendien is het nog heel moeilijk het toekomstige businessmodel door te rekenen. Ten Cate: "Je kunt niet uitgaan van de huidige energiemarkt, want die gaat wezenlijk anders worden. Hoe het er straks uit gaat zien, hangt af van het tempo waarin elektrificatie gaat plaatsvinden. Het is logisch dat bedrijven voorzichtig zijn. We moeten gaan nadenken over prikkels die maken dat ze responsief willen worden. En dat ze dit zijn op het moment dat het aanbod aan groene stroom er ook staat, tegen 2030 en vooral ook daarna. Prijsmechanismen, nettarieven, subsidies ... er zijn allerlei manieren te bedenken."
"Hoe beter de industrie samenwerkt met de elektriciteitssector, hoe efficiënter beide kunnen opereren"
Harinck ziet verder ook de behoefte aan procesaanpassingen, meer geavanceerde besturing voor flexibele geëlektrificeerde processen en informatie-uitwisseling met elektriciteitsmarkten en netbeheerders. "Vanuit het perspectief van netbeheer is het erg interessant om continu zicht te hebben op het flexibele afnamepotentieel en de prijselasticiteit van de industrie. En omgekeerd zullen bedrijven continu inzicht willen hebben in hoeveel hun flexibiliteit waard is op de elektriciteitsmarkten om hun productiekosten te optimaliseren. We onderzoeken hoe we hier vorm aan kunnen geven. Digitale innovaties gaan een grote rol spelen in de benodigde procesbesturing en informatie-uitwisseling. Voor het ontwikkelen van die innovaties organiseert het ISPT samenwerkingen tussen industrie, energiesector en kennispartijen. Want hoe beter de industrie samenwerkt met de elektriciteitssector, hoe efficiënter beide kunnen opereren."
Ten Cate en Harinck werken er hard aan het onderwerp te agenderen en alle betrokken partijen in beweging te brengen. Ten Cate: "We hebben bij het ISPT de ervaring en expertise om de dialoog over de ketens heen te faciliteren, partijen bij elkaar te brengen, zodat we met elkaar de goede keuzes gaan maken. Wie neemt welke handschoen op, wat werkt bij de een en wat bij de ander? En hoe voorkom je dat de aanpak van het ene bedrijf de strategie van een ander doorkruist? Wat is er nodig om die afstemming voor elkaar te krijgen?"
Praktische stappen: rekenkamer, werkgroepen en projecten
Ten Cate ziet de rol van het ISPT vooral in het ondersteunen van praktische stappen. "Het gaat erom dat we inzichten opdoen en praktijkervaring opbouwen." Zo nam hij het initiatief tot een reeks werksessies 'Grasping the Grid', die relevante partijen bij elkaar brengt over de keten van opwek, opslag en gebruik van elektriciteit. Een andere werkgroep, 'Power-2-industry', die ook de 'Routekaart Elektrificatie in de Industrie' ondersteunde, maakt met hulp van het TKI Energie & Industrie een inventarisatie van het potentiële flexibele vermogen bij de industrie.
Verder maakt het ISPT met de 'Rekenkamer van de Industrie' complexe materie inzichtelijk door systeemmodellen en instrumenten te ontsluiten. Hierdoor kunnen bedrijven en overheden slimme keuzes maken. Daar krijgt flexibiliteit zeker een plaats, aldus Ten Cate. Tenslotte werkt het ISPT samen met het TKI Energie & Industrie aan een aanvraag voor het Nationaal Groeifonds. De hoop is daarmee brede samenwerking en flinke financiële ondersteuning te kunnen realiseren voor een aantal kansrijke industriële demonstratieprojecten in flexibilisering en adaptatie.
De urgentie is hoog, aldus Ten Cate, omdat er al voor twintig tot dertig gigawatt aan opwekking van groene stroom in de pijplijn zit. Daar is overheidsbeleid voor. De windparken en zonneweides schieten als paddenstoelen uit de grond. "De balanceringsopgave houdt daarmee gelijke tred", zegt hij. "Maar het ontbreekt nog aan concreet stimulerend beleid om de industriële vraag naar elektriciteit, en met name flexibele vraag, te stimuleren. Het is enorm belangrijk dat we een manier vinden om op een schaalbare manier aanbod en vraag in balans te houden, terwijl we door de transitie heen gaan. Die puzzel voor de lange termijn moeten we nu gaan leggen."
