Inductiesmelten op zonne-energie zonder netaansluiting: een gieterij runnen zonder netstroom.
Inductiesmelten zonder aansluiting op het elektriciteitsnet klinkt onmogelijk totdat je het in werking ziet. Een gieterij in West-Australië gebruikt sinds 2022 een inductieoven van 2 MW op zonne-energie met batterijopslag, helemaal zonder netaansluiting. Een kopersmelterij in de Atacama-woestijn in Chili gebruikt sinds 2021 een inductieoven van 5 MW op een hybride systeem van zonne-energie en diesel. Een schrootrecyclingbedrijf in Mali gebruikt sinds 2023 een inductieoven van 1 MW op zonne-energie in combinatie met batterijopslag. De technologie is reëel, de processen draaien en de economische voordelen worden steeds aantrekkelijker voor afgelegen locaties.
Wanneer off-grid wonen zinvol is
Inductielassen zonder aansluiting op het elektriciteitsnet is in drie situaties zinvol: afgelegen locaties zonder netaansluiting, locaties met een onbetrouwbare netstroomvoorziening en locaties waar de kosten voor netuitbreiding te hoog zijn. Het eerste geval komt het meest voor: mijnbouwbedrijven, olie- en gaskampen, militaire bases en afgelegen gemeenschappen hebben allemaal metaalsmelten nodig voor onderhoud en fabricage. De kosten voor het aanleggen van een netleiding van 50 tot 100 km naar een afgelegen locatie kunnen de kosten van het gehele zonne-energie-plus-inductiesysteem overstijgen.
Het tweede geval komt vaak voor in ontwikkelingslanden met een instabiel elektriciteitsnet. Veel gieterijen in Afrika, Zuid-Azië en Zuidoost-Azië verliezen 5 tot 20 procent van hun productietijd door stroomuitval. De kosten van de verloren productie overstijgen vaak de kosten van een back-upsysteem met zonne-energie en batterijen, en dat back-upsysteem kan bovendien het grootste deel van de energie leveren tijdens normaal bedrijf.
Het derde geval komt vaak voor in ontwikkelde markten waar de kosten voor netuitbreiding hoog zijn. In het westen van de Verenigde Staten kunnen de kosten voor het verlengen van een driefasenleiding met 10 km naar een nieuwe industrielocatie meer dan 1 miljoen dollar bedragen. Een zonne-energiesysteem met batterijopslag op dezelfde locatie kost 1,5 tot 2 miljoen dollar, maar dit systeem is onafhankelijk van het elektriciteitsnet en de kosten zijn voorspelbaarder.
Systeemdimensionering voor off-grid werking
Off-grid zonne-inductiesmelten vereist een zorgvuldige dimensionering van het systeem. De zonnepanelen moeten gedurende het hele jaar voldoende energie produceren om het energieverbruik van de oven te dekken, en de batterijopslag moet groot genoeg zijn om bewolkte perioden van meerdere dagen en nachtelijke werking op te vangen.
Voor een inductieoven van 2 MW die 5000 uur per jaar draait (ongeveer 14 uur per dag, 365 dagen per jaar), bedraagt het jaarlijkse energieverbruik 10 GWh. Een zonnepaneleninstallatie op een locatie met veel zonlicht (5 tot 6 kWh per vierkante meter per dag) kan 1500 tot 1800 kWh per kW per jaar produceren, dus de benodigde PV-capaciteit is 5,5 tot 6,7 MW. De batterijopslag moet 12 tot 16 uur bedrijfstijd bij een gemiddeld stroomverbruik (60 tot 75 procent van het nominale vermogen) dekken, wat neerkomt op 15 tot 25 MWh.
De totale systeemkosten voor een 2 MW off-grid zonne-inductiesmeltinstallatie op een locatie met hoge zonnestraling liggen tussen de 12 en 18 miljoen USD, afhankelijk van de voorbereiding van de locatie, de grootte van het batterij-energieopslagsysteem (BESS) en de complexiteit van het besturingssysteem. De kosten worden afgeschreven over 20 tot 25 jaar, waarbij de operationele kosten voornamelijk bestaan uit de vervanging van het BESS na 12 tot 15 jaar.
Hybride zonne-dieselsystemen
Voor locaties die 24/7 in bedrijf moeten zijn en het risico van uitputting van het batterij-energieopslagsysteem (BESS) niet kunnen tolereren, is een hybride zonne-dieselsysteem de juiste oplossing. De dieselgenerator levert de noodstroom, terwijl de combinatie van zonne-energie en BESS 60 tot 80 procent van de jaarlijkse energiebehoefte dekt. De dieselgenerator draait op 80 tot 100 procent van zijn vermogen, wat het meest efficiënte bedrijfspunt is, en het brandstofverbruik is veel lager dan bij een continu variabele belasting.
Een hybride zonne-dieselsysteem van 5 MW voor een kopersmelterij in Chili omvat 12 MW aan zonnepanelen, 15 MWh aan batterij-energieopslag (BESS) en 5 MW aan dieselgeneratoren. Het systeem draait al 3 jaar met een zonne-energiebijdrage van 75 procent, en het dieselverbruik is met 70 procent gedaald ten opzichte van het vorige systeem dat volledig op diesel draaide. De terugverdientijd van de investering in zonne-energie plus BESS bedraagt 6 tot 8 jaar bij de lokale elektriciteits- en dieselprijzen.
Microgrid-besturingssystemen
Het microgrid-besturingssysteem vormt het hart van de off-grid-installatie. Het systeem coördineert de PV-opbrengst, de laadstatus van het batterij-energieopslagsysteem (BESS), de dieselgenerator (indien aanwezig) en de belasting van de cv-ketel. De doelstellingen van de regeling zijn: de bijdrage van de zonne-energie maximaliseren, de laadstatus van het BESS binnen veilige grenzen houden en ervoor zorgen dat de cv-ketel altijd over de benodigde stroom beschikt.
De standaard besturingsarchitectuur bestaat uit een mastercontroller die communiceert met de PV-omvormer, het BESS-beheersysteem, de dieselgeneratorcontroller en het besturingssysteem van de cv-ketel. De mastercontroller voert een modelvoorspellend besturingsalgoritme (MPC) uit dat de PV-opbrengst voorspelt (aan de hand van weersvoorspellingen en historische gegevens) en het stroomverbruik van de cv-ketel aanpast om de zonne-energiebijdrage te maximaliseren.
MONTE INTELLIGENCE levert microgrid-besturingssystemen voor off-grid en hybride inductie-smeltinstallaties op zonne-energie. Het besturingssysteem is geïntegreerd met het ovenbesturingssysteem en biedt de operator één enkele HMI-interface.
Operationele uitdagingen
Inductiesmelten op zonne-energie zonder netaansluiting kent operationele uitdagingen die niet voorkomen bij systemen met netaansluiting. De eerste uitdaging is het beheer van de laadstatus van het batterij-energieopslagsysteem (BESS). Een diep ontladen BESS kan de cellen beschadigen en de oven moet worden teruggeschakeld om te voorkomen dat de ontlading onder de veilige limiet komt. Het besturingssysteem moet het beschikbare vermogen aan de ovenoperator doorgeven en de operator moet getraind zijn om de belasting te beheren.
De tweede uitdaging is het stof en de extreme temperaturen. Zonnepanelen op afgelegen locaties verzamelen stof, waardoor de opbrengst met 10 tot 30 procent kan dalen. De panelen moeten regelmatig worden schoongemaakt en het batterij-energieopslagsysteem (BESS) heeft temperatuurregeling nodig om thermische schade in warme klimaten te voorkomen.
De derde uitdaging betreft de onderhoudsvaardigheden. Op afgelegen locaties zijn zelden opgeleide technici voor zonnepanelen of batterij-energieopslagsystemen (BESS) aanwezig, waardoor het onderhoud door specialisten op locatie moet worden uitgevoerd. MONTE INTELLIGENCE biedt een service voor monitoring op afstand, waarbij de prestaties van het systeem worden bijgehouden en technici worden gestuurd wanneer het systeem onderhoud nodig heeft.
De vierde uitdaging is de brandstofvoorziening (voor hybride systemen). Dieselbrandstof moet naar de afgelegen locatie worden getransporteerd en de toeleveringsketen kan worden onderbroken. Een batterij-energieopslagsysteem (BESS) met een opslagcapaciteit van 8 tot 12 uur kan een vertraging in de brandstofvoorziening opvangen, en een back-up zonnepanelensysteem kan het BESS opgeladen houden, zelfs wanneer er geen diesel beschikbaar is.
Casestudie: Off-grid gieterij in Mali
Een schrootrecyclingbedrijf in Bamako, Mali, gebruikt sinds 2023 een inductieoven van 1 MW op een systeem met zonne-energie en een batterij-energieopslagsysteem (BESS). Het systeem omvat 2,5 MW aan zonnepanelen, 4 MWh aan LFP-batterijen en een netgekoppelde omvormer van 1 MW (het elektriciteitsnet dient als back-up). Het systeem levert 75 procent van de jaarlijkse energie via zonne-energie, de overige 25 procent via het net. De jaarlijkse energiekosten bedragen 0,06 USD per kWh, tegenover 0,15 USD per kWh bij aansluiting op het net. Het systeem werd gefinancierd door een internationale ontwikkelingsbank en de terugverdientijd bedraagt 7 jaar.
Neem contact op met MONTE INTELLIGENCE voor informatie over off-grid zonne-energie-inductie.
Voor kopers die een off-grid of hybride zonne-inductiesmeltinstallatie overwegen, kan MONTE INTELLIGENCE engineering de systeemgrootte, de operationele kosten en de CO2-besparing voor een specifieke locatie modelleren. Het model omvat de beoordeling van de zonne-energiebronnen, de dimensionering van het batterij-energieopslagsysteem (BESS), het ontwerp van het besturingssysteem en de vereisten voor netback-up. Bezoekwww.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Voor productspecificaties en casestudies kunt u contact opnemen met helenxu@cnlymonte.com voor een projectbespreking. Vermeld in de onderwerpregel 'off-grid solar induction' en geef details over uw locatie, de grootte van de oven en de bedrijfsuren.
