Systemen, ketens en netwerken


Er zijn meerdere manieren om naar deze systemen te kijken, zelfs als we al sterk focussen op technologie. Drie manieren zijn:
• een systeembenadering, waar we kijken naar een systeemgrens en de stromen die dit systeem in- en uitgaan.
• een netwerkbenadering, waar we focussen op de verbindingen tussen verschillende elementen.
• een ketenbenadering, waar we het systeem opdelen in functionele stappen en die op een rij zetten.

Deze drie staan hieronder in het algemeen uitgewerkt. In dit vak gebruiken we alle drie de benaderingen. Voorbeelden van een systeembenadering zijn de sankey-diagrammen in systemen-energie (zij het dat de systeemgrens niet duidelijk in beeld komt), van een netwerkbenadering is elektriciteitstransport-vermogensverdeling en van een ketenbenadering is aardgas-keten.

Systemen van systemen

Als we kijken naar het technologische deel van energie- en industriesystemen, is figuur 1 de meest eenvoudige systeemrepresentatie, die drie generieke stappen bevat:
• Conversie van ruwe materialen naar producten
• Transport van de locatie van productie naar de locatie van gebruik
• Gebruik van het product

Alles buiten die drie stappen, plaatsen we buiten het systeem. Dat geven we aan met de systeemgrens: wat vinden we dat onderdeel is van het systeem en wat niet. De twee pijlen die het systeem in- en uitgaan, laten zien dat het systeem open is, en in interactie staat met zijn omgeving: de ruwe materialen komen ergens vandaan en emissies gaan ergens naartoe maar waar dat is en hoe dat gaat heeft in deze figuur dus niet onze aandacht.


Figuur 1. Systeembenadering van een energie- of industriesysteem

Twee voorbeelden:
• Benzine voor de auto: onttrekking van olie uit aardolievelden, conversie naar benzine in een raffinaderij, transport naar een tankstation en gebruik in de auto.
• Elektriciteit in huis: onttrekking van gas en kolen, conversie in een elektriciteitscentrale, transport van stroom over elektriciteitskabels, gebruik van de elektriciteit in huis. De emissies en verontreiniging vinden daar met name plaats in de conversiestap, niet zozeer bij de gebruiker.

Kun je zelf ook een aantal voorbeelden bedenken en het in dit systeemplaatje passend maken?

Netwerken zijn systemen

Een tweede benadering is die van netwerken, welke heel algemeen is weergegeven in figuur 2. Een netwerk bevat diverse nodes die met elkaar zijn verbonden. Hier zijn bijvoorbeeld drie nodes die producenten voorstellen (p1-p3) met drie nodes die consumenten voorstellen (c1-c3) via een transportnetwerk met twee nodes (t1-t2). Deze nodes kunnen ook geografisch worden geordend (dus waar bevindt zich welke node).

Een voorbeeld:
• Elektriciteit in huis: drie elektriciteitcentrales hangen aan elkaar via een regionaal stroomnetwerk. Er zijn twee routes om de stroom te transporteren naar de consumenten. Of van p1, via t1 en t2, of van p2 direct naar t2. Ook de consumenten zitten in een lokaal netwerk.


Figuur 2. Netwerkbenadering van een energie- of industriesysteem

Het netwerk zoals dit voorbeeld is natuurlijk ook een systeem. Maar bij netwerken focust men zich op verbindingen en vertakkingen. In dit voorbeeld zijn er geen verbindingen tussen nodes binnen het systeem en daarbuiten. Dat kan natuurlijk wel (denk binnen het gekozen voorbeeld aan een verbinding tussen het transportnetwerk met dat van een ander land).

Ketens zijn netwerken

Een derde benadering is die van ketens. Wat bij een keten centraal staat is dat de producten meestal één kant op lopen. Bij de keten die hieronder staat in figuur 3 is dat van links naar rechts. Niet in alle ketens zullen al deze stappen even relevant zijn, in sommige ketens kan het nuttig zijn om stappen verder op te delen.


Figuur 3. Ketenbenadering van een energie- of industriesysteem

• Winning: extractie van materialen/energiedragers uit de natuurlijke omgeving
• Transport: transport van winning naar, en tussen, conversielocaties
• Opslag: opslag om fluctuaties in vraag en aanbod op te vangen
• Conversie: conversie van materialen/energiedragers tot bruikbare (tussen)producten. Na deze conversiestap gaan producten richting de gebruiker. Tussenproducten gaan, middels de aangegeven feedback, via een aanvullende transportstap naar een volgende conversiestap.
• Transport: transport over relatief lange afstanden naar distributienetwerken.
• Distributie: regionaal transport naar lokale gebruikers
• Gebruik: gebruik van bruikbare producten
• Import en export: uitwisseling van materialen/energiedragers of producten met andere landen.

Een keten is in essentie een relatief simpel netwerk, en daarmee ook een systeem. Bij ketens ligt de focus op het systeem op de delen in functionele stappen en die op een rij te plaatsen.

Het kijken naar ketens kan helpen om een inschatting te doen van rendementen aan de hand van inschattingen van elk van de stappen.

Laatste wijziging: 06-11-2017
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.