Zielony przemysł. Pomiary i oszczędność energii

Spis treści

Zmniejszanie zużycia energii jest wymuszane na przedsiębiorcach przez regulacje prawne, które mają na celu ograniczenie emisji substancji szkodliwych dla środowiska. Ponadto wydatki na energię stanowią znaczną część kosztów produkcji. W branżach najbardziej energochłonnych, na przykład w przemyśle stalowym, jest to nawet kilkadziesiąt procent. Zatem im są one mniejsze, tym produkcja jest tańsza, produkt bardziej konkurencyjny, a zyski firmy większe.

Przykładowe systemy EMS

System S-Monitoring

Główne elementy systemu:

jednostka nadrzędna (sterownik PLC lub panel webowy),
liczniki energii elektrycznej Saia PCD z interfejsem S-Bus,
koncentratory liczników impulsowych PCD7. H104SE i PCD7.H104D,
aplikacja wizualizacyjna wyświetlana za pomocą przeglądarki internetowej i na urządzeniach mobilnych.

Cechy systemu:

Zarządzanie zużyciem energii elektrycznej, możliwość rozbudowy w system monitorowania również innych mediów (wody, gazu, ciepła), możliwość modyfikacji oraz dopasowania systemu do potrzeb użytkownika, proste i szybkie uruchomienie (out-of-the-box), automatyczny odczyt wyników pomiarów z liczników energii z interfejsem S-Bus oraz obsługa liczników dwukierunkowych i impulsowych.
Częścią systemu są:

Aplikacja dostępna w przeglądarce internetowej i liczniki energii elektrycznej NEO3, które komunikują się automatycznie z bazą danych archiwizującą pomiary zużyciu energii elektrycznej, wartości napięć, prądów i mocy.

Wybrane cechy liczników NEO3:

Dwukierunkowy pomiar energii czynnej, czterokwadrantowy pomiar energii biernej, pomiar mocy chwilowej, rejestracja mocy maksymalnej w okresie rozliczeniowym, rejestracja profilu obciążenia (konfigurowalny okres uśredniania), pomiar parametrów sieci energetycznej, komunikacja przez port optyczny i port szeregowy (RS-232), rozbudowana rejestracja zdarzeń.

Cechy systemu Monitorus:

Niski koszt wdrożenia, zestawianie zużycia energii elektrycznej za dowolny okres, obliczanie rzeczywistych kosztów zużytej energii, porównywanie zużycia i bilansowanie rozpływu energii elektrycznej, planowanie mocy zamówionej, automatyczne powiadamianie o przekroczeniu limitu mocy, zużycia energii i przerwach w pracy urządzeń.

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

Ponieważ z danych zamieszczonych na rachunku od dostawcy energii nie można wywnioskować, które urządzania są najbardziej energochłonne, pierwszym etapem procesu poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstwa jest zlokalizowanie instalacji, produkcyjnych i użytkowych, które są źródłem największych strat energii. W tym celu powinno się zmierzyć i przeanalizować jej zużycie w poszczególnych częściach zakładu.

W zależności od zasięgu systemu pomiarowego można wyróżnić kilka poziomów szczegółowości. Ten najniższy obejmuje całe przedsiębiorstwo lub dużą jego część, na przykład cały dział lub kilka z nich. Wyniki takich pomiarów pozwalają tylko ogólnie zorientować się w sytuacji.

Im mniejszy zasięg, tym informacje są dokładniejsze. Na przykład monitorując szafę sterowniczą, śledzi się zużycie energii konkretnej grupy urządzeń. Można także badać tylko jedną instalację, na przykład oświetleniową lub klimatyzację. Najbardziej szczegółowych danych dostarczy monitoring sprawności energetycznej pojedynczego urządzenia, na przykład pompy, silnika, kotła, chłodziarki lub pieca.

Często pomiary na różnych poziomach szczegółowości przeprowadzane są równocześnie. Na przykład pod specjalnym nadzorem jest jedno z urządzeń linii produkcyjnej, będącej częścią procesu, którego całościowa efektywność energetyczna również jest badana.

System zarządzania energią zapewnia oszczędności w produkcji stali

W pewnym zakładzie z branży stalowej zdecydowano się wdrożyć system zarządzania energią. Zasięgiem EMS objęto najbardziej energochłonne procesy realizowane w tej fabryce, które łącznie pochłaniały 70% całkowitej energii zużywanej przez to przedsiębiorstwo. Dzięki niemo odkryto, że sposób działania kilku urządzeń można zmienić tak, by uzyskać znaczące oszczędności energii.

Jeden zamiast dwóch

Zauważono na przykład, że wentylatory używane do odprowadzania gazów z instalacji spalania nie pracują optymalnie. Jak się bowiem okazało urządzania te pracowały przez cały czas z pełną mocą, nawet wtedy, kiedy wydajność produkcji była z różnych powodów zmniejszona, przerwano ją albo przeprowadzano inspekcję instalacji. Nie było to niczym uzasadnione, dlatego zdecydowano, że w przyszłości w takich sytuacjach działać będzie tylko jeden wentylator. Dzięki temu zużycie energii na tym odcinku instalacji spalania zmniejszyło się o połowę.

Zimą mniej, latem więcej

Spore straty energii odkryto również w systemie chłodzenia wody. Jak się okazało przez cały czas system wentylatorów chłodzących wymienniki ciepła, którymi przepływała gorąca woda pracował z pełną mocą. Zauważono także związek między temperaturą wody schłodzonej, a temperaturą na zewnątrz - jesienią i zimą ta pierwsza była dużo niższa, niż wiosną oraz latem. Przy pełnej mocy wentylatorów podczas chłodniejszych miesięcy temperatura wody spadała do około 20°C, z kolei latem utrzymywała się na poziomie 40°C, co już było wartością wystarczającą.

W związku z tym zdecydowano, że jesienią i w zimie, w zależności od warunków pogodowych włączana będzie tylko część wentylatorów. Kiedy na przykład temperatura na zewnątrz spadała poniżej 15°C działała tylko jedna trzecia tych urządzeń, a gdy przekraczała 20°C pracowało 80% wentylatorów. Oszczędności energii wtedy, gdy sezon jesień-zima był chłodniejszy sięgały 50%.

Drogi brak zaufania

Roztopione surowce pomiędzy poszczególnymi stanowiskami transportowane są w specjalnych kadziach o pojemności rzędu setek ton. Na trasie ich przemieszczania się znajdują się stanowiska, na których zbiorniki te są umieszczane w piecach. W ten sposób podgrzewa się je dla utrzymania stałej, odpowiednio wysokiej temperatury tych, które są aktualnie używane i rozgrzania tych, z których wcześniej nie korzystano.

Jak się okazało bez względu na to, czy w piecu akurat znajdowała się kadź, czy był on pusty, urządzenie to pozostawało włączone. Powodowało to duże straty gazu ziemnego używanego do jego opalania. Wytłumaczenie, jakie dla takiego stanu rzeczy przedstawili operatorzy stanowisk ogrzewania kadzi zdziwiło przeprowadzających audyt energetyczny.

Wyjaśniono im bowiem, że palników nie wyłączano z przyzwyczajenia, dla ułatwienia sobie pracy oraz z przekonania utrwalanego od lat między załogą, o tym że ciągłe spalanie gazu jest efektywniejsze. Część pracowników przyznała też, że nie ma zaufania do mechanizmu zapłonu palnika.

Jako środek zaradczy w pierwszej kolejności przeprowadzono szkolenia operatorów. Wkrótce także zmodernizowano systemy zabezpieczeń pieców. Dzięki temu, że od tej pory działały one tylko wówczas, gdy było to potrzebne zużycie gazu na ten cel zmalało o prawie 70%!

JAK DŁUGO, JAK CZĘSTO, CO I CZYM MIERZYĆ?

Jeżeli celem jest ustalenie przyczyny nagłego wzrostu zużycia energii, licznik instaluje się tylko na pewien czas. Monitoring długoterminowy pozwala natomiast zbadać pobór energii ilościowo i zarazem jego wahania w czasie. Liczniki są wówczas montowane na stałe.

Zbyt częste odczyty wartości mierzonych wielkości dostarczają nadmiaru informacji, na podstawie których podczas analizy trudno wykryć na przykład trend zmienności danego parametru. Z drugiej strony większa ilość informacji może być pomocna w zrozumieniu szczegółów przebiegu procesu i występujących w nim anomalii, które powodują nadmierne zużycie energii.

Najczęściej mierzy się zużycie energii elektrycznej. Oprócz niej efektywność energetyczna zakładu zależy także od sposobu gospodarowania innymi mediami energetycznymi, w tym gazem ziemnym, sprężonym powietrzem, parą wodną oraz wodą. Do ich pomiarów używa się różnych czujników, głównie przepływomierzy (w ramce przedstawiamy te, które najlepiej sprawdzą się w badaniach efektywności energetycznej instalacji produkcji oraz dystrybucji sprężonego powietrza i pary wodnej), czujników temperatury i kamer termowizyjnych. Zużycie i parametry energii elektrycznej mierzy się natomiast przy użyciu liczników oraz wielofunkcyjnych mierników parametrów sieci.

Michał Semeniuk

Delta Energy Systems

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

Efektywność energetyczna to obecnie bardzo popularny temat i istotny w zasadzie dla każdej firmy, która zużywa na własne potrzeby znaczne ilości energii elektrycznej. Delta Energy Systems, jako podmiot Grupy Delta, korzysta z bogatej oferty tej ostatniej w zakresie rozwiązań tzw. smart green life i od wielu lat realizuje na rynku polskim projekty związane z energooszczędnością.

Każda branża ma inne wymagania czy priorytety pod kątem omawianych systemów. Przykładem jest rynek telekomunikacyjny, gdzie dla kilku operatorów GSM zainstalowaliśmy w stacjach bazowych łącznie około trzy tysiące instalacji systemów tzw. free-coolingu. Są to rozwiązania wentylacji wymuszonej, które instaluje się w miejsce lub obok klimatyzacji. Okazuje się iż oszczędności z tytułu ograniczenia zużycia energii przez klimatyzację pozwoliły na stopę zwrotu z inwestycji w okresie 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.

Jak wygląda krajowy rynek dostawców urządzeń do systemów energooszczędnych? Jak ważna jest możliwość zaoferowania kompletnej gamy produktów z tego zakresu?

Lokalny rynek dostawców to przede wszystkim przedstawicielstwa korporacji globalnych, a także polskie firmy, które oferują produkty pod własnymi markami. Naszą przewagą konkurencyjną na rynku jest doświadczenie w realizacjach tego typu systemów poparte rzeczywistymi wynikami oraz kompleksowa oferta. W Delta Energy Systems do każdego klienta podchodzimy indywidualnie, oferując najbardziej odpowiednie produkty pozwalające na zwiększanie efektywności energetycznej.

Odbiorcy, mając pozytywne doświadczenia ze współpracy z nami, często powracają z propozycją dalszej kooperacji w omawianym tym zakresie. Mamy dzisiaj wielu klientów, którzy wykorzystują nasz pakiet produktów pozwalający na kompleksowe wykorzystanie energooszczędnych rozwiązań. Obejmuje on oświetlenie LED, fotowoltaikę, wysokiej sprawności (97,2%) systemy zasilania, ładowarki do samochodów elektrycznych, automatykę budynkową i inne produkty.

Spis treści