Efektywność energetyczna przemysłu i przedsiębiorstw

Ze względu na coraz wyższe koszty energii, ryzyko blackoutu, czy chęć redukcji emisji CO2, wiele przedsiębiorstw staje przed wyzwaniem redukcji i optymalizacji zużycia energii. Nie jest to proste zadanie, i nie ma uniwersalnej receptury jak to zrobić, ale poniżej postaram się przybliżyć nieco tę tematykę i opisać kilka przykładów optymalizacji kosztów energii i powodów dla których warto jest to robić.

Przykłady optymalizacji zużycia energii w przemyśle

Zazwyczaj proces produkcyjny jest złożony i składa się na niego wiele urządzeń i części. Ta złożoność sprawia, że dla każdej instalacji czy procesu istnieje wiele dróg prowadzących do zwiększenia efektywności energetycznej. Czasami przesunięcie konsumpcji energii w czasie, lub równomiernie rozłożenie obciążenia potrafi skutkować zmniejszeniem kosztów energii. Przekroczenie zadeklarowanej mocy umownej przez zakład jest kosztowne i  potrafi podnieść rachunek za prąd. Przykładem takiej optymalizacji jest sytuacja, gdzie w ciągu dnia w zakładzie produkcyjnym przekraczana jest moc umowna, ale w nocy pobór energii jest znacznie mniejszy. W takim przypadku należy się zastanowić, pracę których obciążeń można przesunąć w mniej energochłonny okres. Przykładem może być praca sprężarki, odpowiadającej za dostarczenie odpowiedniego ciśnienia w sieci pneumatycznej. Jeśli jej praca zostałaby przesunięta na okres nocny, a dodatkowo zwiększona zostałaby objętość zbiorników sprężonego powietrza, to udałoby się zredukować pracę sprężarki w ciągu  najbardziej energochłonnego czasu pracy zakładu.

W przetwórstwie tworzyw sztucznych, hutach szkła, produkcji papieru i w innych zakładach o podobnym charakterze pracy, zużycie energii elektrycznej bywa bardzo wysokie. Maszyny takie jak autoklawy, piece elektryczne i silniki elektryczne pochłaniają czasem ogromne ilości energii, liczonej w setkach kilowatów. Warto się przyjrzeć harmonogramowi pracy takich urządzeń, ponieważ potencjał oszczędności jest w nich bardzo duży. Może się okazać, że urządzenie często ma przestoje, np. w oczekiwaniu na nowy wsad materiału - czyli obiekt nie jest produktywny, a jednocześnie zużywa dużo energii. Modyfikacja planu pracy lub eliminacja przestojów może przynieść konkretne oszczędności.

W starszych zakładach produkcyjnych często znajdziemy sporo wiekowych urządzeń, których pracę można w dosyć prosty sposób zoptymalizować. Np. wymiana silników elektrycznych na takie o większej sprawności jest pierwszym, co nasuwa się na myśl. Innym sposobem jest zastosowanie urządzeń kontrolujących pracę silników elektrycznych, np. falowników. W sytuacji, gdzie obciążenie silnika jest zmienne, a pracuje on na zasadzie włącz/wyłącz, wdrożenie takiego systemu obniży zużycie energii - ponieważ silnik będzie pobierał jej tyle, ile rzeczywiście potrzebuje w danym momencie. Jeśli wdrożyć takie sterowanie we wszystkich silnikach ze zmiennym obciążeniem, to całkowite oszczędności mogą okazać się na tyle wysokie, że stosunkowo duży koszt początkowy inwestycji szybko się zwróci. Im większa kontrola nad danym procesem, tym łatwiej jest zarządzać jego poszczególnymi elementami, a więc i optymalizować zużycie energii.

Porównanie mocy skutecznej zużywanej przez extruder przed i po wprowadzeniu systemu mierzącego efektywność energetyczną i optymalizacją. Firma Forumplast Folienfabrik GmbH.

Aby w ogóle widzieć realne zużycia energii zakładu, czy całego przedsiębiorstwa warto rozważyć system zarządzania energią (EnMS). Taki system pozwala monitorować w czasie rzeczywistym jej aktualne zużycie, zapisywać pomiary do bazy danych, tworzyć trendy historyczne, generować różne raporty itp. Takie narzędzie pozwala na łatwiejszą identyfikację miejsc, w których energia ucieka w  największej ilości i zapobiegać temu, a więc generować oszczędności. Oszczędności oznaczają niższe koszty produkcji, więc zwiększa się automatycznie konkurencyjność i rentowność przedsiębiorstwa optymalizującego zużycie energii. Inną zaletą takiego systemu jest łatwiejsze kontrolowanie kosztów zakładu, dzięki stałemu monitorowaniu energii. Efektem ubocznym takiego systemu jest możliwość znacznie szybszego zareagowania w przypadku, gdy na produkcji wydarzy się coś niespodziewanego, lub zmienia się w ciągu eksploatacji. Przykładowo, stały niewielki wzrost poboru energii silnika elektrycznego może oznaczać jego zużycie lub zwiększające się obciążenie, co daje pewną informację że "coś się dzieje", więc należy to sprawdzić. Innym przykładem jest np. stały pomiar prądu upływu, może on sygnalizować jaki jest stan izolacji przewodów, i uprzedzić że niebawem zadziała wyłącznik różnicowo-prądowy, co może wstrzymać produkcję. W wielu przypadkach taka prewencja pozwoli uniknąć nieplanowanych przestojów, które potrafią generować poważniejsze straty.

Pomiar prądu upływu silnika trójfazowego

Z tych kilku przykładów wyłania się ciekawy i dosyć oczywisty fakt, że efektywność energetyczna całkowita procesu/instalacji jest sumą cząstkowych efektywności energetycznych poszczególnych urządzeń i części. Zawsze należy więc przyjrzeć się każdemu poszczególnemu elementowi procesu i próbować podnieść jego efektywność. Ciekawą metodologią do usprawniania procesów jest filozofia Kaizen. Polega ona na ciągłym nieprzerwanym ulepszaniu, ale małymi krokami. Wydaje się ona idealną filozofią działania w przypadku ciągłego polepszania efektywności energetycznej przedsiębiorstwa.

Wykres prezentujący jak z biegiem czasu może rosnąć prąd upływu. Jego stały pomiar pozwala uprzedzić zadziałanie wyłącznika RCD

Dlaczego trzeba dążyć do zwiększania efektywności energetycznej?

 Jeśli chodzi o interes przedsiębiorstw, to głównym i racjonalnym powodem do zwiększenia skuteczności produkcji jest oszczędność na kosztach energii, co pozwala zwiększyć zysk. Jeśli chodzi o interes publiczny - głównym powodem, dla którego w każdej branży dąży się do redukcji zużycia energii, jest chęć zmniejszenia emisji CO2.

Zmniejszenie zużycia energii procesów, zakładów, urządzeń  itp. ma jeszcze jedną zaletę: sprawia, że zwiększa się krajowe bezpieczeństwo dostaw energii przez mniejsze jej zużycie. W Polsce jest to dosyć poważny problem ostatnimi laty. W lecie roku 2015 długie upały spowodowały, że duże zakłady przemysłowe miały ograniczony przydział energii. Między innymi z tego powodu duże przedsiębiorstwa miały obowiązek wykonać audyt energetyczny do 31 października 2017 roku.

Analizatory energii jako element systemu zarządzania energią

 Firma Janitza produkuje nowoczesne analizatory jakości energii elektrycznej, które są przydatnym narzędziem i elementem systemów zarządzania energią, szczególnie w dużych i średnich przedsiębiorstwach. Pozwalają one precyzyjnie mierzyć nie tylko zużycie energii ale także jej jakość, co często ma wpływ na urządzenia elektroniczne. Janitza posiada pełną ofertę dla systemów zarządzania energią, począwszy od liczników zgodnych z dyrektywą MID, prostych analizatorów energii, a także zaawansowanych analizatorów klasy „A”, aż po wyrafinowane oprogramowanie GridVis, oferujące szeroki wachlarz funkcji upraszczający proces zbierania, przetwarzania, analizowania, raportowania i prezentowania danych.