Oszczędność energii

Przemysł to jeden z bardziej energochłonnych sektorów gospodarki, a jego udział w całkowitym zużyciu energii na terenie Unii Europejskiej przekracza 25%. Stąd też jednym z głównych obszarów innowacji w branży jest dzisiaj wdrażanie rozwiązań mających na celu oszczędność energii elektrycznej i innych mediów. W ostatnim z rozdziałów spoglądamy skrótową na tę tematykę, która zresztą jest w centrum uwagi coraz większej liczby firm branżowych.

Zmniejszanie zużycia energii jest wymuszane na przedsiębiorcach m.in. przez regulacje prawne, które mają na celu ograniczanie emisji substancji szkodliwych dla środowiska. Ponadto wydatki na energię stanowią znaczną część kosztów produkcyjnych. W branżach najbardziej energochłonnych, na przykład w przemyśle stalowym, jest to nawet kilkadziesiąt procent.

Ponieważ z danych zamieszczonych na rachunku od dostawcy energii nie można wywnioskować, które urządzania są najbardziej energochłonne, pierwszym etapem procesów poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstw jest zlokalizowanie instalacji, produkcyjnych i użytkowych, które są źródłem największych strat energii. W tym celu wdrażane są układy i systemy pomiarowe, zaś dane z nich pochodzące - gromadzone i analizowane.

Michał Semeniuk

Delta Energy Systems

  • Jakie są metody zwiększania efektywności energetycznej? W jakich aplikacjach i obiektach wdrażane są rozwiązania energooszczędne?

Efektywność energetyczna to obecnie bardzo popularny temat i istotny w zasadzie dla wszystkich firm, które zużywają na własne potrzeby znaczne ilości energii. Każda branża ma przy tym inne wymagania czy priorytety pod kątem systemów zasilania. Przykładem może być rynek telekomunikacyjny, gdzie dla kilku operatorów GSM zainstalowaliśmy w stacjach bazowych łącznie trzy tysiące instalacji systemów tzw. free-coolingu.

Są to rozwiązania wentylacji wymuszonej, które instaluje się w miejsce lub obok klimatyzacji. Okazuje się, że oszczędności z tytułu ograniczenia zużycia energii przez klimatyzację pozwoliły na stopę zwrotu z inwestycji w ciągu niespełna trzech lat. Tego typu instalacje stosuje się również coraz częściej w aplikacjach w Data Center - oczywiście wraz z użyciem systemu zasilania UPS wysokiej sprawności, co pozwala ograniczyć straty energii.

Niezwykle popularnym rozwiązaniem, które ma zastosowanie w każdej branży i aplikacji, są dzisiaj energooszczędne źródła światła LED. Również fotowoltaika staje się coraz częściej elementem systemów wdrażanych w celu oszczędności energii. Tutaj jednak stopa zwrotu z inwestycji bez dofinansowania jest mało atrakcyjna, stąd decydują się na nią tylko wybrane firmy, które są w stanie pozyskać dotację oraz finansowanie.

Mamy dzisiaj wielu klientów, którzy wykorzystują nasz pakiet produktów pozwalający na kompleksowe wykorzystanie energooszczędnych rozwiązań. Obejmuje on oświetlenie LED, fotowoltaikę, wysokiej sprawności systemy zasilania, ładowarki do samochodów elektrycznych, automatykę budynkową i inne produkty.

Pomiary i analiza zużycia mediów

Systemy do pomiarów zużycia energii to pojęcie dosyć ogólne i wyróżnić tu można kilka poziomów ich szczegółowości. Ten najniższy obejmuje całe przedsiębiorstwo lub dużą jego część - na przykład cały dział lub kilka z nich. Często pomiary przeprowadzane są na różnych poziomach szczegółowości równocześnie.

Na przykład pod specjalnym nadzorem jest jedno z urządzeń linii produkcyjnej będącej częścią procesu, którego całościowa efektywność energetyczna również jest badana. Z kolei najbardziej szczegółowych danych dostarczy monitoring sprawności energetycznej pojedynczego urządzenia, na przykład pompy, silnika, kotła, chłodziarki lub pieca.

Najczęściej mierzy się zużycie energii elektrycznej. Oprócz niej efektywność energetyczna zakładu zależy także od sposobów gospodarowania innymi mediami energetycznymi, w tym gazem ziemnym, sprężonym powietrzem, parą wodną oraz wodą. Do ich pomiarów używa się różnych czujników, głównie przepływomierzy, czujników temperatury i kamer termowizyjnych. Zużycie i parametry energii elektrycznej mierzy się natomiast przy użyciu liczników oraz wielofunkcyjnych mierników parametrów.

Wyniki pomiarów są albo zbierane i przesyłane przez sieć, albo zapisywane przez rejestratory. Te ostatnie można skonfigurować tak, żeby automatycznie odczytywały dane okresowo i zapisywały je w swojej pamięci, na różnych zewnętrznych nośnikach danych lub przesyłały z wykorzystaniem interfejsów przewodowych, rzadziej bezprzewodowych.

Stosowane w systemach nadrzędnych oprogramowanie pozwala m.in. na obliczanie różnych parametrów (zużycie energii na jednostkę medium, koszty w oparciu o dane z taryfy opłat, wskaźniki efektywności, itp.) oraz tworzenie zestawień (wskaźników wydajności różnych instalacji, sprawności poszczególnych urządzeń, danych z różnych okresów, itp.).

Inne standardowo dostępne funkcje to: analiza zwrotu z inwestycji w optymalizację procesu i prognoza zapotrzebowania energetycznego oraz kosztów energii dla aktualnej ceny i w razie jej zmiany. Wyniki prezentowane są zwykle w postaci graficznej - na przykład wykresów i diagramów.

W tym miejscu dochodzimy do systemów EMS. Czujniki, liczniki oraz mierniki, rejestratory, urządzenia do wizualizacji wyników pomiarów i oprogramowanie do ich analizy tworzą razem kompletny system zarządzania energią (Energy Management System, EMS).

Takie rozwiązania ma w ofercie wielu dostawców (patrz poniżej), z kolei wymagania w zakresie oceny, wdrożenia, utrzymania i poprawy systemu zarządzania energią zebrano w normie PN-EN ISO 50001 pt. Systemy zarządzania energią Wymagania i zalecenia użytkowania.

W dokumencie przedstawiono wytyczne odnośnie do użytkowania systemów, w tym praktyki w zakresie projektowania, pomiarów, dokumentacji oraz sprawozdawczości. Norma ta ma zastosowanie do wszystkich zmiennych wpływających na wydajność energetyczną, które może monitorować i na które ma wpływ organizacja.

Ireneusz Martyniuk

Schneider Electric Polska

  • Jaki jest obecny stan wdrożeń układów do pomiarów zużycia energii w krajowych firmach? Jakie są wymagane czasy zwrotu z inwestycji?

Właściwie wszystkie przedsiębiorstwa mają jakieś systemy pozwalające na pomiary zużycia mediów, aczkolwiek istotne jest to, jak szczegółowe są owe pomiary. O ile bowiem w każdym zakładzie zainstalowanych jest ileś liczników mediów energetycznych, o tyle dzisiaj coraz ważniejsze staje się określanie, ile energii rzeczywiście zużywa dany węzeł produkcyjny czy określona maszyna. Tak więc tego typu pomiary to bardzo dynamicznie rozwijający się obszar rynku, a firmy wchodzą coraz głębiej w tę tematykę, starając się wręcz określić ilość zużywanej energii na jednostkę wyprodukowanego produktu.

Przedsiębiorstwa inwestują w rozwiązania zwiększające energooszczędność, pomimo że czasy zwrotów są dla nich zazwyczaj dłuższe niż standardowo oczekiwane dla inwestycji. Dzisiaj powszechnie akceptowane są inne projekty o czasie zwrotu do dwóch lat. W przypadku wdrożeń z zakresu efektywności energetycznej okres ten jest wydłużany nawet do pięciu lat.

Oczywiście skala wdrożeń w firmach zależy od ich potrzeb. Niektórzy klienci decydują się na sam monitoring i to już przynosi realne oszczędności. Często następuje wtedy zmiana przyzwyczajeń pracowników - np. daną maszynę zaczyna się wyłączać podczas jej przestojów. Inne firmy inwestują zaś w kompletne, zaawansowane rozwiązania automatyki. Wymagane nakłady inwestycyjne są wyższe, ale i zwroty większe.

Źródła informacji o firmach

Zużycie energii (w Mtoe i procentach) w różnych sektorach gospodarki w Unii Europejskiej (wykres po lewej) oraz w konkretnych krajach w przypadku tych sektorów (w Mtoe, wykres po prawej) w 2012 roku (źródło: Komisja Europejska); uwaga: 1 toe to około 11,6 MWh

Ofertę produktów związanych ze zwiększaniem energooszczędności ma dzisiaj wiele krajowych firm branżowych. Przedstawiamy wybrane podmioty w kilku kluczowych grupach (w każdym z przypadków podano nazwy alfabetycznie):

  • Dostawcy urządzeń pomiarowych z omawianego zakresu, w tym aparatury do analizy jakości energii: Apator, Astat, Biall, Conrad, Dacpol, Eltron, Fluke, Labimed, Lumel, Merserwis, NDN, Sabur, Schneider Electric, Semicon, Sonel, Tespol, TME, Twelve;
  • Firmy oferujące systemy EMS i kompleksowo zajmujące się tematyką energooszczędności: ABB, Astat, Delta Energy Systems, Endress+Hauser, Energy Management Systems, Schneider Electric, Sabur, Tech-System;
  • Certyfikacja oraz szkolenia z zakresu ISO 50001: BSI, Bureau Veritas, Dekra, Polskie Centrum Badań i Certyfikacji, Urząd Dozoru Technicznego.

W omawianym zakresie ważnym obszarem jest również ten związany z napędami i silnikami elektrycznymi. W tym przypadku odsyłamy do drugiej z analiz publikowanych w bieżącym informatorze. Warto dodać, że na początku 2017 roku w życie wejdą kolejne przepisy dotyczące wymaganej efektywności energetycznej silników elektrycznych - zagadnienia te przedstawimy w styczniowym numerze magazynu APA (1/2017).

Zachęcamy również do odwiedzania stron internetowych www.automatykaB2B.pl oraz www.elektronikab2b.pl i korzystania z wyszukiwarek. Omawiana tematyka jest przedstawiana w wielu opublikowanych raportach rynkowych oraz innych artykułach, takich jak wywiady, publikacje techniczne oraz notki produktowe.

Gdzie szukać oszczędności?

Działania podejmowane w celu poprawy efektywności energetycznej można w praktyce podzielić na kilka grup. Pierwsza z nich obejmuje optymalizację przebiegu procesów produkcyjnych przez dopasowanie nastaw maszyn oraz ich wydajności do rzeczywistych potrzeb produkcyjnych. Oznacza to na przykład unikanie przegrzewania i nadmiernego schładzania w instalacjach cieplnych oraz chłodniczych, skrócenie czasu pracy maszyn na biegu jałowym oraz rezygnację z silników o mocy większej, niż jest wymagana.

W przypadku instalacji użytkowych, takich jak oświetlenie oraz klimatyzacja, wdraża się systemy automatyki. Za ich pośrednictwem steruje się oświetleniem, wentylatorami oraz pompami w systemach HVAC zgodnie z wcześniej zaplanowanym harmonogramem uwzględniającym m.in. porę roku i dnia. Ponadto ich wydajność można dostosowywać do potrzeb użytkowników.

Do drugiej kategorii działań zalicza się zapobieganie stratom energii spowodowanym awariami urządzeń lub nieszczelnością instalacji produkcji i dystrybucji mediów - na przykład pary wodnej. Trzecia grupa działań polega na zastępowaniu najbardziej energochłonnych urządzeń ich wersjami energooszczędnymi. Przykładem jest wymiana łożysk i smaru w wentylatorach przemysłowych.

W przypadku smarów straty energii ogranicza się, dodając do nich substancje zmniejszające tarcie, zaś w łożyskach stosuje odpowiednie zmiany konstrukcyjne. Wentylatory przemysłowe zostały zresztą podane jako przykład nie bez powodu - szacuje się, że w całym ich cyklu życia koszty energii stanowią nawet 90%. Inny przykład to silniki elektryczne, w przypadku których korzystanie z wersji energooszczędnych zostało już kilka lat temu wymuszone odpowiednimi przepisami.

Dalsze informacje na omawiany temat przedstawiono w artykule "Zielony przemysł" opublikowanym w magazynie APA w styczniu 2016 roku. Znaleźć go można również na stronie www.automatykaB2B.pl.

Najlepsi w branży