Digitale innovatie boost zonne-energie in landbouw

Technologie speelt een steeds belangrijkere rol in het verbeteren van de productiviteit in vrijwel alle sectoren van landbouw en veeteelt, soms op verassende wijze. Dit is vooral goed zichtbaar in Nederland, een van ’s werelds grootste exporteurs van landbouwproducten, ondanks de klimaatuitdagingen en de beperkte beschikbare ruimte. Nederlandse boeren staan open voor toepassing van innovatieve technologieën die hun opbrengsten verhogen, mits er een solide businesscase aanwezig is voor implementatie. In sommige gevallen stimuleren overheidsregelingen en subsidies de ontwikkeling en toepassing van deze technologieën.

In veel agrarische toepassingen is warmte essentieel voor het effectief drogen of verwerken van producten. Traditioneel werd deze warmte uitsluitend opgewekt met fossiele brandstofsystemen. Echter, veel van deze toepassingen zijn bij uitstek geschikt om een groot deel van hun warmtevraag – soms tot wel 50% of meer – duurzaam te vervullen via geconcentreerde zonnewarmte-oplossingen (afbeelding 1).

Suncom Energy is opgericht met als doel de energieopwekking voor bedrijven in de landbouw en andere sectoren te transformeren. Door het ontwikkelen van innovatieve technologieën en intelligente regeltechniek voor geconcentreerde zonnewarmte (CST), ondersteunt Suncom zowel grote als kleinere eindgebruikers om hun energiebehoeften efficiënt te vervullen en hun koolstofuitstoot te verminderen.

Effectief opschalen van CST

CST is in wezen één van de eenvoudigste vormen voor het benutten van zonne-energie. Dit systeem werkt door het zonlicht te gebruiken om een vloeistof op te warmen. De efficiëntie kan worden verhoogd door het zonlicht te concentreren op een specifiek oppervlak. Het opschalen van deze technologie voor de behoeften van kleinschalige tot grote gebruikers brengt de nodige uitdagingen met zich mee. De buiteninstallaties moeten zodanig zijn ontworpen dat ze gedurende de dag voldoende warmte genereren om een warmtetransportvloeistof (HTF), zoals thermische olie of water, tot de gewenste temperatuur te brengen en hun functie gedurende de dag te optimaliseren. Ook is een opslag- en distributiesysteem vereist om de verwarmde vloeistof – thermische olie of water – naar de afnamepunten te transporteren, ongeacht of de zon schijnt.

De meeste CST-oplossingen worden geïntegreerd met bestaande warmte-installaties, die worden gestookt met bijvoorbeeld gas, kolen of recentelijk biomassa (houtpellets). De voorkeur gaat daarbij uit naar gebruik van de duurzame CST-bron, maar met de mogelijkheid om de andere bronnen naar behoefte te gebruiken om in de volledige verwarmingsbehoefte te voorzien. Een doordachte toepassing van een thermisch energieopslagsysteem (TES) voor de warmtetransportvloeistof (HTF) helpt de onderbrekingen van de hernieuwbare CST-warmtebron te ondervangen. Hierdoor wordt de noodzaak voor fossiele warmteopwekking – die niet alleen koolstof uitstoot, maar ook gevoelig is voor onvoorspelbare prijsschommelingen – aanzienlijk verminderd.

Aanpak Suncom

De aanpak van Suncom rust op drie essentiële elementen:

• De ontwikkeling van een mechanisch ontwerp: inclusief een gepatenteerde vlakke ontvangerbuis in combinatie met de hoogefficiënte SunArc parabolische reflector. Dit modulaire systeem is eenvoudig te installeren, onderhouden en uit te breiden.
• De integratie van automatisering voor het richten en het opbergen van de reflectoren, alsook voor het verpompen en opslaan van de HTF ten behoeve van het verzamelen en distribueren van warmte, voor een volledige autonome bedrijfsvoering.
• De toepassing van een moderne mens-machine-interface (HMI), een platform voor supervisiesoftware en data-aquisitie (SCADA), de ondersteuning van eenvoudige en intuïtieve lokale visualisatie, veilige bewaking op afstand alsmede gegevensverzameling voor een volledige Floor To Cloud-oplossing.

Gecombineerd kunnen deze technologieën HTF leveren met temperaturen tot wel 475 °C – hoewel in de praktijk vaak een lagere temperatuur (bijvoorbeeld 100 °C) volstaat. Dat is doorgaans voldoende om het merendeel van de warmtevraag van een standaard bedrijfsvoering te dekken, terwijl er een energiekostenbesparing van 20% wordt gerealiseerd. Dit resulteert in een aanzienlijke verlaging van de kosten voor dit soort toepassingen, aangezien het energieverbruik vaak tot de hoogste bedrijfskosten behoort.

Licht laten schijnen op de dagelijkse bedrijfsvoering

Het geautomatiseerde reflectorsysteem van Suncom maakt gebruik van eigen trackingalgoritmes die geoptimaliseerd zijn op basis van geografische locatie, datum en tijdstip. Inclinometers in het veld controleren voortdurend de uitlijning van de reflectoren voor maximale zonvolging. Daarnaast levert een lokaal weerstation gegevens aan het automatiseringssysteem, bijvoorbeeld bij harde wind, waardoor de reflectoren automatisch in een veilige opbergstand worden gebracht.

Een andere ingang is een directe zonnestraling-sensor (Direct Normal Irradiance, DNI) die de intensiteit van het zonlicht meet. De DNI-gegevens worden gebruikt om te controleren of het systeem naar verwachting presteert. Als de opbrengst te veel daalt, is dat een indicatie voor problemen, zoals vervuilde reflectoren, foutieve uitlijning of ontbrekende isolatie.

Met zoveel configuratiemogelijkheden en beschikbare gegevens ontstond bij Suncom behoefte aan een net zo hoogwaardig presterend HMI/SCADA-platform, dat geschikt moet zijn voor integratie met elke systeemgrootte en met alle soorten automatiseringselementen. Na afweging van de beschikbare opties koos het team voor samenwerking met Emerson als de meest geschikte leverancier van een complete digitale transformatie-oplossing. Er is gestandaardiseerd op de Emerson RXi2-BP industriële pc (IPC), waarop de Movicon HMI/SCADA-software draait.

Overzichtelijk

Hoewel het automatiseringssysteem autonoom functioneert, biedt Movicon heldere en overzichtelijke realtime monitoringmogelijkheden, die nodig zijn voor het maximaliseren van de operationele efficiëntie. Visualisatie en de bijbehorende functionaliteiten ondersteunen uiteenlopende gebruikersprofielen. Een medewerker op locatie krijgt toegang tot operationele gegevens, zoals temperatuurmetingen en energieverbruik. Onderhoudspersoneel kan trackinggegevens en alarmmeldingen bekijken. Gekwalificeerd personeel kan indien gewenst instellingen wijzigen en optimalisaties doorvoeren. Via het Movicon-portaal kunnen tevens zowel eindgebruikers als Suncom – mits in bezit van juiste toegangsrechten en beveiligd via meerdere lagen van authenticatie – veilig toegang krijgen tot deze informatie vanaf een pc, tablet of mobiele telefoon.

Suncom maakt gebruik van de remote toegangsmogelijkheden van het HMI/SCADA-systeem om haar klanten te voorzien van ondersteuning en onderhoudsservice. Het team kan historische gegevens en alarmlogs bewaken en preventief onderhoud inplannen met behulp van het HMI/SCADA-systeem.

Gezien vanuit een fabricage- en ontwikkelingsperspectief zijn zowel de fysieke hardware als de HMI/SCADA-configuraties ontworpen als modulaire bouwstenen. Een fabriek produceert de hardware in serie. Monteurs installeren de hardware eenvoudig op locatie als een doe-het-zelfkit. Daardoor daalt de installatietijd en verloopt de inbedrijfstelling sneller. Ontwikkelaars hebben de digitale onderdelen, zoals grafische configuraties, ontworpen als standaard bibliotheekmodules. Daardoor kopiëren en passen gebruikers ze eenvoudig aan de fysieke systeemconfiguratie aan. Zo ontstaat elke gewenste combinatie van spiegellussen, verdeelleidingen en retourleidingen. Later breidt men het systeem zonder problemen uit.

Licht laten schijnen op de dagelijkse bedrijfsvoering

CST-verwarming is een volwaardige vorm van hernieuwbare energie en biedt bedrijven in de industrie en landbouw een effectieve manier om onafhankelijk te worden van energiemarkten, door hun energieproductie in eigen handen te nemen.

Suncom is een relatief jonge speler binnen de duurzame energiesector, maar heeft reeds mechanische en digitale innovaties ontwikkeld voor het efficiënt inzetten van robuuste en duurzame energie-oplossingen, ongeacht de projectlocatie of projectomvang. De oplossing van Suncom en Emerson met behulp van Floor To Cloude verhoogt de productiviteit, vermindert de koolstofuitstoot en verlaagt operationele kosten voor allerlei soorten bedrijven wereldwijd.

Auteur: Wout Gubbels, Suncom Energy B.V. en John Watson, Emerson