DUURZAAMHEID
Henriëtte van Norel
Nieuwe EU-regels groene waterstof in aantocht
Momenteel mogen fabrikanten groene waterstof produceren op basis van de hoeveelheid groene stroom die in dezelfde maand is opgewekt. Binnenkort worden deze regels aangescherpt. Met de in aantocht zijnde EU-regels voor hernieuwbare waterstof moeten waterstoffabrikanten vanaf 2029 aantonen dat de gebruikte stroom in het zelfde uur is opgewekt. Dus als de zon volop schijnt, dan is het voor waterstoffabrikanten uitermate interessant om daar zo snel mogelijk op te reageren. De vraag is echter, hoe dan? Dat vertelt Joris Ahsmann, expert op het gebied van procesautomatisering en waterstof bij Schneider Electric.
“Dé grootste uitdagingen voor elke waterstoffabriek in de wereld zijn de grote schommelingen in de beschikbaarheid van stroom en de kosten hiervan”, aldus Ahsmann. “Met de nieuwe regelgeving is het voor fabrikanten die groene waterstof produceren niet meer eenvoudig om een maand van tevoren reeds een productieplanning te maken en te garanderen dat ze te allen tijde kunnen voldoen aan hun leveringsverplichting.”
Simulatiemodel
Om dit proces beter in de grip te krijgen heeft Schneider Electric, in overleg met een leverancier van elektrolysers, onlangs voor een Europese waterstoffabriek in eigen huis een simulatiemodel voor elektrolysers ontwikkeld. Dit model simuleert met hoge nauwkeurigheid de elektrolyser en de bijhorende processen, zoals de water- en waterstofzuivering. Met behulp van dit model kunnen de effecten van verschillende scenario’s met wisselende vermogensbelastingen en de efficiëntie van de individuele elektrolysers van de volledige fabriek worden bepaald. In het geval van het Europese referentieproject zijn 12 elektrolysers, alsmede de water- en waterstofzuivering, gesimuleerd in 30 verschillende scenario’s. Op basis hiervan is een algoritme gemaakt dat bepaalt hoe het beschikbare elektrische vermogen over de beschikbare elektrolysers te verdelen is. Door op deze wijze de operationele efficiëntie van de fabriek te verbeteren, zijn veel handelingen van de operator geautomatiseerd waardoor de fabriek nu zo goed als autonoom werkt.
“INBEDRIJFSSTELLING FORS KORTER
Ander voordeel
Een bijkomend voordeel van het vooraf simuleren is dat de DCS- en veiligheidssystemen al tijdens de bouw van de fabriek kunnen worden gekoppeld aan het simulatiemodel. Hierdoor kan het dynamische gedrag van het proces op voorhand getest worden in combinatie met het dynamische gedrag van de beide systemen. Dit verkort de inbedrijfname en opstartfase, omdat er aanzienlijk minder veranderingen hoeven te worden doorgevoerd. De fabriek kan hierdoor eerder in bedrijf worden genomen. Het verbeterde inzicht van het dynamische gedrag van de fabriek kan tevens worden gebruikt om de beveiligingsstrategie van de fabriek te optimaliseren.
Productieplanning
Daarnaast heeft Schneider Electric een model om het ‘business proces’ van de waterstoffabriek te optimaliseren. Hierbij wordt gekeken naar de ‘forecast’ van de beschikbare (groene) stroom, de voorwaarden van de PPA en de spotprijzen op het elektriciteitsnet. Deze data worden gebruikt voor het maken van de productieplanning. Daarbij wordt rekening gehouden met de leveringsverplichtingen en opslagcapaciteit van de fabriek. Samengevat zorgt dit proces ervoor dat de productieplanning zo wordt opgesteld dat maximaal gebruik wordt gemaakt van goedkope, groene stroom binnen het kader van de leveringsverplichtingen.
Geen koppeling
“De fabriek werkt met een separaat DCS- en veiligheidsnetwerk en is niet gekoppeld aan het simulatiemodel, maar de data die dagelijks worden gemeten in deze fabriek worden wel gebruikt om het simulatiemodel te voeden, te valideren en te optimaliseren. Momenteel wordt wel gewerkt aan het ‘live’ koppelen van dit simulatiemodel aan de bovenliggende ‘digital twin’, monitoring- en rapportagelaag. Zodra dit voltooid is zal het model voorwaarschuwingen kunnen afgeven voordat deze in de fabriek zichtbaar zijn. Deze informatie wordt doorgegeven op een ander niveau in het besturingssysteem, zodat tijdig tot actie kan worden overgegaan. Bij de eerdergenoemde Europese fabriek werkt het bovengenoemde simulatiemodel inmiddels zo’n 9 maanden naar volle tevredenheid. Behalve dat deze simulatie-software is toegepast bij dit project, wordt er momenteel verder gewerkt aan toepassingen voor waterstoffabrieken tot 500 MW elders in de wereld.”
Eenvoudiger selecteren
“Ook in de engineeringsfase kan zowel de processimulatie als de elektrische simulatie goed gebruikt worden voor het valideren en optimaliseren van een elektrisch netwerk in een bedrijf”, zo legt Ahsmann uit. “Denk maar eens aan het dimensioneren van de kabels, de benodigde veiligheidsrelais, de juiste schakelaars voor laag- en middenspanning etc. Op deze manier kan namelijk het hele elektrische netwerk van tevoren worden getest op basis van het dynamische gedrag van de waterstoffabriek. Iets wat met statische simulatie-ontwerpen nog niet mogelijk is. Met andere woorden: met behulp van dit softwarepakket is het niet alleen eenvoudiger om de juiste apparatuur te selecteren, maar kan ook de veiligheid beter worden gegarandeerd. Het risico op overdimensionering wordt tot een minimum beperkt en de inbedrijfstellingsfase kan fors worden verkort omdat eventuele problemen reeds op voorhand zijn afgevangen en opgelost.
Veiligheid
“Tot slot is noemenswaardig dat ook het veiligheidssysteem in een waterstoffabriek volledig in dit simulatiepakket kan worden meegenomen. Dus ook het simuleren van scenario’s waar een veiligheidssysteem op moet ingrijpen kan volledig van te voren worden getest en gevalideerd voordat het systeem daadwerkelijk in gebruik wordt genomen. Bij de Europese fabriek kon daarom twee weken eerder worden gestart dan gepland”, zo besluit Ahsmann. Op de World Hydrogen Summit 2024 toont Schneider Electric de laatste innovaties op het gebied van waterstofproductie. Bezoek Schneider Electric op stand A110.
Het magazine fysiek ontvangen? Klik hier om een kennismakingsabonnement af te sluiten.
