OPTYMALIZACJA INSTALACJI SPRĘŻONEGO POWIETRZA

INSTALACJE SPRĘŻONEGO POWIETRZA – JAK ZWIĘKSZYĆ EFEKTYWNOŚĆ?

Artykuł na temat oszczędności energii elektrycznej w przemyśle byłby niekompletny bez poruszenia zagadnienia optymalizacji działania instalacji sprężonego powietrza, zazwyczaj jednej z bardziej energochłonnych w zakładzie.

Często, chociaż instalacja sprężonego powietrza działa sprawnie i zaspokaja zapotrzebowanie zakładu na to medium, mogłaby pracować znacznie efektywniej. Nierzadko w takim przypadku nakładem niewielkich sił i środków można uzyskać znaczące oszczędności w zakresie zużycia energii elektrycznej i kosztów utrzymania instalacji sprężonego powietrza.

Jej działanie można optymalizować na różnych etapach, od użytkowania, przez dystrybucję, po przechowywanie oraz przetwarzanie tego medium. Zawsze jednak warto rozpocząć od analizy rzeczywistego zapotrzebowania na nie. Pozwala to m.in. zidentyfikować procesy (takie jak na przykład czyszczenie, chłodzenie czy osuszanie), w których sprężone powietrze jest używane głównie dlatego, że jest „pod ręką”, a jego zastąpienie rozwiązaniem alternatywnym wiązałoby się z dużymi kosztami inwestycyjnymi. W takich przypadkach nie bierze się jednak pod uwagę tego, że początkowo większy wydatek może się szybko zwrócić dzięki niższym kosztom eksploatacji w porównaniu do sprężonego powietrza, które jest jednym z najdroższych mediów w użytkowaniu.

Często jednak nie można zrezygnować ze sprężonego powietrza. Wtedy w dalszej kolejności warto sprawdzić, czy jest użytkowane efektywnie. Nie jest tak na przykład, gdy średnie zapotrzebowanie na nie stanowi ułamek tego szczytowego. To oznacza, że sprężarka jest przewymiarowana, a więc nie pracuje z najwyższą wydajnością. To z kolei prawdopodobnie oznacza marnotrawstwo energii. W takim przypadku lepiej jest wymienić sprężarkę na taką o mniejszej wydajności, lecz ze zbiornikiem o większej pojemności, odpowiedniej do szczytowego zapotrzebowania.

Aleksandra Latocha

APA Group

Jak minimalizować zużycie energii i mediów? Gdzie rozpocząć proces wdrożeniowy i z jakich narzędzi korzystać?

Wprowadzanie optymalizacji zużycia energii w zakładzie przemysłowym należy rozpocząć od gruntownej analizy kosztów systemu energetycznego. Służą do tego odpowiednie narzędzia, których celem jest: zbieranie danych oraz ich wizualizacja, która wspiera podejmowanie decyzji. Odpowiednio dobrany wykres pozwala w kilka sekund wyciągnąć wnioski, których próżno szukać w długiej, skomplikowanej tabeli czy liście. Najnowocześniejsze rozwiązania dodatkowo wspierane są elementami Przemysłu 4.0, jak Internet Rzeczy (IoT), symulacja procesów produkcyjnych, machine learning czy predykcja.

Szukając oszczędności, powinniśmy brać pod uwagę parametry zarówno ilościowe, jak i jakościowe zużywanej energii elektrycznej, na które składają się: charakterystyki prądowe, zużycie energii elektrycznej, moce bierne oraz związane z nimi statystyki ponoszonych kosztów. Zastosowanie algorytmów przetwarzania oraz analizy powyższych danych pozwala na wyciągnięcie wniosków, usprawnienie systemu energetycznego oraz optymalizację procesu produkcji, co przekłada się na realne oszczędności.

Skąd pozyskiwać dane do takich systemów? Co zapewnia nowoczesna wizualizacja?

Każda fabryka jest inna, ma odmienną strukturę energetyczną i jest inaczej moderowana. Dopiero podpięcie inteligentnego licznika umożliwia wyciąganie właściwych wniosków. Mówimy o wszystkich elementach zakładu, w tym zasilania infrastruktury budynków (systemy wentylacyjne, oświetleniowe, układy niskoprądowe związane z bezpieczeństwem) oraz specjalistycznych urządzeniach linii produkcyjnej (wtryskarki, roboty, taśmociągi). Dlatego system powinien uczyć się i inteligentnie przetwarzać oraz analizować informacje.

Jak przykładowo wygląda zarządzanie zużyciem energii w kontekście mocy umownej?

Jedną z zasad użytkowania energii elektrycznej przez przedsiębiorstwo jest stosowanie się do limitu poboru mocy zwanego mocą umowną. Jej wartość bezpośrednio determinuje jej koszt oraz opłaty za ewentualne przekroczenia. To jednak nie wszystko. Optymalna moc umowna została wyznaczona jedynie na podstawie danych historycznych i nie obejmuje na bieżąco zmiennego zużycia energii elektrycznej. Potrzebny jest więc mechanizm, który w czasie rzeczywistym ostrzega o możliwym przekroczeniu mocy. Informacja zwrotna o prognozowanym przekroczeniu pozwala na wyprzedzającą reakcję osoby odpowiedzialnej za proces technologiczny.

Kolejnym krokiem jest określenie mocy osiąganej w trakcie pracy ciągłej. Warto pamiętać, że wartości dostarczane przez mierniki energii elektrycznej stanowią tylko niedoskonałą informację o rzeczywistej pracy urządzeń, co jest spowodowane skończoną częstotliwością próbkowania oraz zaburzeniami w układach. Z całą pewnością płaszczyznami, których nie możemy pominąć w analizie, jest wyszukiwanie i charakterystyka rozruchowych pików mocy oraz śledzenie kąta fazowego φ.

OPTYMALIZACJA INSTALACJI SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Instalacja sprężonego powietrza działa też efektywniej, gdy profil obciążenia jest równomierny. Oznacza to w praktyce, że większe obciążenia najlepiej jest załączać naprzemiennie, unikając w ten sposób kumulowania się zapotrzebowania.

Czasem wydajniejszym rozwiązaniem okazuje się zorganizowanie oddzielnych instalacji. Jest tak na przykład wtedy, gdy część obciążeń jest załączana poza godzinami pracy pozostałych. Wówczas, żeby uniknąć sytuacji, w której główny system pracuje nieefektywnie przy częściowym obciążeniu, lepiej jest skorzystać z oddzielnej sprężarki. Dzięki temu poprawia się wypadkowa sprawność obu instalacji.

Głównym źródłem strat w instalacjach sprężonego powietrza są wycieki tego medium. Mogą one wystąpić w wielu miejscach, na przykład: w wężach i złączkach, w rurach i na złączach rurowych, w regulatorach ciśnienia, w otwartych zaworach, w uruchomionym i niezaizolowanym sprzęcie, na złączach gwintowanych bez odpowiedniego uszczelnienia albo brudnych.

Metod ich wykrycia jest kilka. Wycieki sprężonego powietrza są słyszalne, co jednak w hałaśliwym środowisku produkcyjnym nie powinno być jedynym sposobem ich detekcji. Inna metoda, w której obserwuje się namydlone powierzchnie pod kątem wystąpienia bąbelków powietrza, chociaż jest tania i prosta, jest równocześnie dość pracochłonna. Najefektywniejszym sposobem wykrywania wycieków sprężonego powietrza są pomiary ultradźwiękowe. Więcej wskazówek z zakresu optymalizacji instalacji sprężonego powietrza przedstawiamy w ramkach.