Zastosowanie systemu zarządzania energią w firmie zgodnie z wytycznymi norm i standardów

Transkrypt

1 dr inż. WŁODZIMIERZ BOROŃ mgr inż. TOMASZ GĄSIOR dr inż. ARTUR KOZŁOWSKI mgr inż. JERZY ZDRZAŁEK Instytut Technik Innowacyjnych EMAG Zastosowanie systemu zarządzania energią w firmie zgodnie z wytycznymi norm i standardów Artykuł dotyczy aktualnej tematyki zwiększania efektywności energetycznej w firmach. We wprowadzeniu omówiono problem coraz większego zapotrzebowania na energię w skali całej gospodarki. Jednocześnie zwrócono uwagę na nieefektywne wykorzystywanie dostępnych zasobów energii i wymieniono główne przyczyny tej sytuacji. Następnie scharakteryzowano oferowane na rynku nowoczesne komputerowe systemy zarządzania energią (EMS Energy Management System) oraz wskazano zalety stosowania takich systemów. Przedstawiono etapy budowy systemu EMS i działań organizacyjnych wymaganych do wprowadzenia zarządzania energią do struktury organizacyjnej firmy, zgodnie z wytycznymi normy PN-EN ISO oraz ogólnie stosowanymi standardami ISO 9001 i ISO W końcowej części artykułu zaprezentowano przykłady systemów EMS zastosowanych w firmie telekomunikacyjnej i w zakładzie górniczym. W podsumowaniu wyrażono nadzieję, że korzyści wynikające z zastosowania systemów EMS mogą stanowić zachętę dla zainteresowanych firm do kształtowania swojej polityki energetycznej przy użyciu takich systemów. 1. WPROWADZENIE W ostatnich latach zauważalne są znaczące wzrosty cen energii elektrycznej. Ma to wpływ na coraz wyższe koszty eksploatacji obiektów. Występują też problemy związane z większym zapotrzebowaniem na energię, uzależnieniem od dostaw energii i jej nośników z państw niestabilnych politycznie oraz podwyższeniem kosztów produkcji i eksploatacji zasobów (ściśle wiążącym się z kwestią ochrony klimatu ziemi i efektem cieplarnianym). W celu przeciwdziałania powyższej sytuacji podejmuje się szereg inicjatyw, których celem podstawowym jest podniesienie efektywności wykorzystania energii we wszystkich sektorach gospodarki (w tym ograniczenie zużycia), zwiększenie wykorzystania alternatywnych i odnawialnych źródeł energii, a także wzrost świadomości użytkowników energii [2]. W działalności biznesowej jednym z najważniejszych czynników wpływających na wypracowanie zysku i utrzymanie konkurencyjności jest redukcja zasobów. Jednak koszty materiałów, nakładów pracy i utrzymania ruchu w firmie mogą być trudne do zredukowania bez zachwiania delikatnej równowagi pomiędzy jakością produkcji i solidnością procesów. Zwykle łatwiej można zredukować koszty energii i poprawić efektywność energetyczną procesów produkcyjnych. W tym celu niezbędne są określone działania organizacyjne spełniające zalecenia międzynarodowych standardów, umożliwiające zarówno optymalizację zużycia energii, jak i racjonalne zarządzanie kosztami energii. Działania te powinny być wsparte wykorzystaniem odpowiedniego narzędzia w postaci komputerowego systemu zarządzania energią (EMS Energy Management System), który pozwoli na zautomatyzowanie wielu niezbędnych działań i dostarczenie odpowiednich danych do podejmowania racjonalnych decyzji.

2 14 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA 2. KOMPUTEROWE SYSTEMY EMS OFEROWANE NA RYNKU Na rynku światowym oferowanych jest wiele różnorodnych komputerowych systemów typu EMS [10-20]. W ogólnie dostępnych materiałach informacyjnych można znaleźć opisy co najmniej kilkudziesięciu systemów EMS. Dlatego do analizy wybrano reprezentatywne systemy czołowych firm lub bardziej rozpowszechnione systemy z różnych krajów, na temat których dostępne są informacje przydatne do analizy: PowerLogic ION EEM Demand (Schneider Electric) system zarządzania energią przedsiębiorstwa. Do zastosowania w przemyśle, od dyspozytorni do stanowisk na hali fabrycznej. Także w firmach użyteczności publicznej, w budynkach, systemach infrastruktury. System jest odpowiedni dla dowolnie dużych firm o złożonych procesach i wielu lokalizacjach. PowerLogic EPO Energy Profiler Online (Schneider Electric) system wizualizacji obciążenia i analizy danych. Głównie do zastosowania przez firmy dostarczające energię. System stanowi głównie interfejs użytkownika i jest specjalnie dostosowany do oferowania w ramach usługi zarządzania energią w firmie z danymi przechowywanymi w centrum danych oferenta. Oferowane środowisko jest odpowiednio zabezpieczone przed utratą danych, jak i wyciekiem informacji. PowerLogic System Manager (Schneider Electric) system zarządzania energią (software). Do zastosowania głównie w centrach danych i systemach infrastruktury miejskiej. GrinPoint Energy Manager (GrinPoint, USA) platforma zarządzania energią. Do zastosowań w przedsiębiorstwach, instytucjach, firmach użyteczności publicznej, budynkach, domach, stacjach ładowania samochodów. AVReporter (Kensys, Węgry) oprogramowanie zarządzania energią. Do szerokiego zakresu zastosowań. GBI/VBI (Johnstone McLamb, USA) moduły: Visual Business Intelligence, Energy Management Support. Do szerokiego zakresu zastosowań. Graficzne i geograficzne przedstawienie danych zebranych w hurtowni. Analizy i wizualizacyjny business intelligence. EnergyCAP (EnergyCAP, USA) system zarządzania energią (software). Do szerokiego zakresu zastosowań. Wiele wykonanych aplikacji. SENTRON powermanager (Siemens) system zarządzania energią (software i urządzenia). Do zastosowań w małych i średnich obiektach przemysłowych oraz w budynkach. cpmplus EnergyManager (ABB) system zarządzania energią. Do zastosowań przemysłowych. Liebert SiteScan Web System (Emerson, USA) adaptacyjny proaktywny system monitorowania. Do różnych zastosowań o znaczeniu krytycznym. DIALOG lokalny software (Ladys & Gyr) system monitoringu energii. Do szerokiego zakresu zastosowań. EIServer (EnergyICT) platforma zarządzania danymi pomiarowymi (software). Dodatkowo WebRTU moduły inteligentnych pomiarów. Do zastosowań w firmach użyteczności publicznej, infrastrukturze sieci energetycznych. Evolution System (Evolution System) system zarządzania energią. Do szerokiego zakresu zastosowań. System oferowany w ramach usługi zarządzania energią Funkcjonalność systemów EMS Komputerowe systemy EMS charakteryzują się określoną funkcjonalnością poprzez możliwość realizacji szeregu funkcji. Poniżej zaproponowano podział najczęściej spotykanych funkcji systemów EMS na kategorie, w ramach których wymieniono zestawy poszczególnych funkcji systemów. Kategorie i funkcje systemów EMS: Pozyskiwanie danych: szeroki zakres źródeł danych, standardy komunikacyjne, pozyskiwanie danych w sposób automatyczny i manualny, monitoring parametrów urządzeń. Zarządzanie danymi: gromadzenie danych w środowisku relacyjnej bazy danych, hurtownia danych, zapewnienie bezpieczeństwa danych, zdalny dostęp poprzez przeglądarkę internetową. Prezentacja danych: serwer internetowy, wizualizacja, nakładki wartości bieżących i trendów, wyświetlanie i drukowanie raportów. Analiza energii: standardowe testy wzorcowe (benchmarking), modelownie zużycia energii, profile, analiza trendów, analiza jakości energii, analiza energii odnawialnej. Analiza finansowa: analiza rachunków,

3 Nr 1(503) STYCZEŃ analiza kosztów, przewidywanie kosztów energii. Zarządzanie energią: reagowanie na popyt, analiza kosztów dostaw energii. Analiza emisji: analiza emisji zanieczyszczeń, analiza jakości zasobów, diagnostyka i analiza niezawodności urządzeń. Zarządzanie zasobami sterowanie systemem automatyki budynku Architektura systemów EMS Aktualnie oferowane komputerowe systemy EMS charakteryzują się jednorodną architekturą opartą na trzech hierarchicznych poziomach (rys. 1). Na pierwszym poziomie realizowane są pomiary i monitoring z wykorzystaniem różnych protokołów komunikacyjnych oraz ewentualnie lokalne sterowanie. Pozyskiwane dane są zwykle zapamiętywane w koncentratorach danych. Na drugim poziomie gromadzone są dane w relacyjnej bazie danych, zwykle w postaci hurtowni danych, oraz wykonywane są analizy danych, których zakres może być bardzo rozbudowany. Bazy danych umiejscowione są zwykle na obiekcie, ale mogą też znajdować się w innej zewnętrznej lokalizacji, np. w centrum danych. Na trzecim poziomie znajdują się aplikacje typu front-end wykorzystywane do konfigurowania i zarządzania systemem oraz wyświetlania i wizualizacji informacji. Główne cechy architektury komputerowych systemów EMS to: warstwowa struktura systemu, standardowa komunikacja z urządzeniami pozyskiwania danych, relacyjna baza danych i hurtownia danych, wykorzystanie informacji geograficznej typu GIS, standardowe środowisko oprogramowania, bezpieczeństwo danych, standardowe interfejsy komunikacyjne, serwer internetowy, dostęp zdalny poprzez przeglądarkę internetową, dostęp ze smartfonów, palmtopów, wizualizacja, skalowalność i modułowość, interoperacyjność z innymi systemami Działanie systemu EMS Pozyskiwanie i zarządzanie danymi Dane pomiarowe gromadzone są w bazie danych. Zwykle system zarządzania relacyjną bazą danych (RDBMS) zapamiętuje i archiwizuje dane. RDBMS wymaga zastosowania bazy danych, którą jest zazwyczaj MySQL, Microsoft SQL Server, Oracle lub rozwiązanie własne. Standardowymi językami komunikacji do zapytań i przesyłania informacji między źródłami pomiarów i bazami danych jest Strukturalny Język Zapytań (SQL) lub jego odmiany, np. Język Proceduralny SQL (PL/SQL). Hurtownia danych Użytkownicy Zdalny dostęp do systemu Konfigurowanie Zarządzanie Analiza trendów Raportowanie Detekcja anomalii PC (Klient) Serwer internetowy PC (Klient) Przeglądarka Lokalizacja na obiekcie lub w centrum danych Hurtownia danych, wydobywanie i przekształcanie Business Intelligence (Data Mining, OLAP) Przechowywanie danych Układy sterowania Koncentratory Logery danych Pomiary danych Lokalizacja na obiekcie Serwer aplikacyjny RDBMS (MySQL, Oracle, etc.) Obiekt Przetwarzanie Baza danych Koncentratory Czujniki Rys. 1. Architektura typowych systemów EMS (RDBMS System Zarządzania Relacyjną Bazą Danych) [9]

4 16 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA systemu EMS może być pojedynczym serwerem lub klastrem serwerów, które mogą być fizycznie umieszczone na obiekcie lub u dostawcy systemu EMS w centrum danych. Dane są przetwarzane w trzech głównych odrębnych fazach: najpierw odbywa się transmisja do centrum danych, następnie dokonuje się czyszczenie lub filtrowanie danych i na koniec wykonywana jest archiwizacja w bazie danych w celu późniejszego przetwarzania. Archiwizowane dane stanowią bazę analiz specyficznych dla danego obiektu w tym modelowania energii, finansów, warunków atmosferycznych i innych czynników. W przetwarzaniu danych stosowne są algorytmy obliczeń podstawowych, przewidywania obciążenia, wykrywania awarii, szacowania kosztów energii. Do przetwarzania danych można zastosować przetwarzanie analityczne online (OLAP). Wyniki analiz przesyłane są do interfejsów internetowych typu front-end w celu wyświetlania i raportowania informacji w programach aplikacyjnych systemów EMS. Prezentacja danych Wszystkie systemy posiadają możliwość wyświetlania informacji, w tym profili obciążenia i nakładek. Użytkownik może określić przedziały czasu pozyskiwania danych, trendy zmiennych mogą być agregowane za dany okres, można nakładać wiele trendów na jednym wykresie. Ponadto można wyświetlić nakładki różnych trendów o różnej skali czasu. Ważną cechą jest elastyczność wyświetlania. Wyświetlane parametry mogą być dynamicznie zmieniane na żądanie lub definiowane w opcjach konfiguracyjnych. Pokazywany jest także status zdarzeń, np. reakcji na popyt. Wykresy trójwymiarowe powierzchni nie są stosowane we wszystkich systemach, gdyż nie są konieczne do wizualizacji analiz informacji na temat energii. Zwykle wykorzystuje się wykresy x-y lub korelacyjne, dynamicznie definiowane przez użytkowników lub statycznie definiowane w konfigurowalnej grafice. Analiza energii Analizy związane z zużywaną energią dotyczą np. stosunku energii do dwutlenku węgla oraz wariantów czasowych dla lokalnych przesunięć obciążenia. Ważną cechą analizy energii jest normalizacja, oferowana jako opcja raportów przy definiowaniu wielkości obliczeniowych lub w występujących trendach powstałych z innych powodów. Na przykład normalizacja wielkości dotyczących pogody dotyczy danych pochodzących z odczytów czujników zintegrowanych z bazą danych systemu lub zewnętrznych źródeł danych pogodowych. W systemach EMS zwykle dostępne są historyczne wyniki zużycia energii w obiektach. Implementowane są rozwiązania bazujące na trendach lub na raportach, podczas gdy bazowe modele znormalizowanych warunków pogodowych lub implementacja standardowych metodologii nie jest wszędzie dostępna. W niektórych systemach zintegrowana jest także wiedza ekspercka i heurystyczna. W celach porównawczych stosowane są wzorcowe testy jakości energetycznej budynków i innych obiektów. Główne aspekty funkcjonalne testów wzorcowych obejmują: złożoność grup porównawczych: budynki firmowe lub użytkownicy końcowi, klienci z baz sprzedawców, inne zbiory danych, dostęp użytkownika: wbudowany w statyczne raporty lub w dynamicznie dostępne funkcje, wyświetlanie wyników: numerycznie w tabelach lub graficznie w wydrukach. Zaawansowana analiza energii W systemach EMS istotna jest możliwość wykrycia uszkodzonych lub brakujących danych. Wykorzystywane są w tym celu następujące metody: identyfikacja poprzez flagi lub raporty sumowania, właściwe oczyszczanie i korekcja lub wykorzystywanie programów zewnętrznych w zakresie sprawdzania błędów, czyszczenia danych i interpolacji. Filtrowanie danych i korekcja oferowana jest zwykle jako opcja oddzielna. Stosowane jest także automatyczne wykrywanie błędów i diagnostyka na poziomie komponentów oraz wykrywanie anomalii lub odejść od normalnego zużycia energii lub wzorca trendu. Dostarczane są proste estymacje kosztów energii eksploatacji budynku, koszty oparte na modelu lub na taryfach. Przewidywane są krótkoterminowe profile obciążenia, zwykle poprzez połączenie trendów historycznych z danymi o pogodzie i cenami lub danymi kosztów. Poziom wyrafinowania przewidywania zależy od potrzeb klienta. Może być zastosowane przewidywanie oparte na modelu lub algorytmiczne, a także z zastosowaniem np. sieci neuronowych, metodologii komórek czy średnich wagowych. Przewidywanie, detekcja anomalii, testy wzorcowe są wykonywane często tymi samymi metodami w różnych systemach EMS. Usprawnienie pomiarów i weryfikacji można uzyskać poprzez ocenę bieżącego stanu, normalizację, obliczenia definiowane przez użytkownika, koszty oparte na taryfach. Stosowane jest porównanie odczytów liczników i rachunków w celu weryfikacji dokładności, ale także wyrafinowana i odporna analiza finansowa dla potrzeb korporacji lub kierownictwa, co uzupełnia monitorowanie energii.

5 Nr 1(503) STYCZEŃ Sterowanie i reakcja na popyt Możliwości sterowania w systemach EMS zwykle występują w dwóch wersjach. Pierwsza z nich to sterowanie zgodnie z ustalonym programem działania poprzez gateway lub system automatyki budynku. Druga to zdalne sterowanie z wykorzystaniem Internetu. Zdalne sterowanie jest związane z możliwością reakcji na popyt. W przypadku reagowania na popyt można zwykle wybrać opcję rezygnacji z reakcji. Obliczane są przewidywalne oszczędności z danej odpowiedzi. Można implementować różne strategie reagowania na popyt, które można zastosować, gdy podstawowa strategia redukcji popytu nie daje rezultatów. Obliczanie potencjalnych lub oczekiwanych oszczędności reagowania na popyt może być rozbudowane poprzez modele predykcyjne lub inteligentne algorytmy. Istotna jest możliwość powrotu do stanu sprzed ograniczenia popytu. W systemach EMS stosowane jest powiadamianie o alarmie poprzez , telefon, pager. Obliczana jest ocena bieżącego stanu zgodnie z formułami programu, testowane są zdarzenia i wykorzystywana jest dokumentacja lub nagranie odpowiedzi. Nagranie może być formalizowane lub w prosty sposób przechwytywane do zbioru trendu historycznego. Odpowiedzi mogą być wysyłane w sposób automatyczny Modele biznesowe Komputerowe systemy EMS oferowane są w różny sposób. Wynika to z różnego stopnia dostosowywania oprogramowania do potrzeb użytkownika, konfigurowania, alternatyw zarządzania infrastrukturą informatyczną i danymi, zakresu oferowanych usług dodatkowych oraz płatności. Można jednak wyróżnić kilka głównych modeli biznesowych. Standardowe produkty oprogramowania są zwykle sprzedawane za jednorazową opłatą, udzielane są licencje na określoną liczbę instalacji, obejmujące ograniczone wsparcie bez dodatkowych usług. Główne modele biznesowe: aplikacje firmowe typu klient-serwer są licencjonowane na określoną liczbę użytkowników i obejmują jednorazową zapłatę oraz wsparcie i subskrypcję na aktualizacje, dostawcy usług aplikacyjnych (ASP) oferują rozwiązania, w których dostawca jest właścicielem, eksploatuje i utrzymuje w działaniu oprogramowanie i serwery dla aplikacji opartych na Internecie, które są zwykle wyceniane jako miesięczne lub roczne opłaty, dostawcy rozwiązań pod klucz oferują pełne rozwiązania, które zawierają przeinstalowane oprogramowanie, sprzęt i akcesoria w jednym pakiecie. Dostawców systemów EMS można podzielić na odrębne kategorie ze względu na następujące kwestie: dostawcy usług aplikacyjnych (ASP) lub tradycyjna własność: zależnie od tego, kto jest właścicielem i kto utrzymuje serwery oraz oprogramowanie aplikacyjne, usługi w pakiecie lub dodatkowe: zarządzanie infrastrukturą informatyczną i danymi, kastomizacja interfejsów, analiza danych związanych z energią, specjalni użytkownicy końcowi: zarządzający obiektami lub firmami dostarczającymi media energetyczne, integratorzy systemów, operatorzy, dostawcy usług energetycznych, wymagania sprzętowe: sprzęt użytkownika specyficzny, tylko dla potrzeb użytkownika (sprzęt może być niewymagany), opcje płatności: od lokalizacji, od użytkownika, częstotliwość płacenia rachunków, subskrypcja, jednorazowa płatność. Sposób oferowania systemu EMS ma istotny wpływ na wymaganą funkcjonalność i cechy architektury systemu. 3. WDRAŻANIE SYSTEMU ZARZĄDZANIA ENERGIĄ W FIRMIE Wdrażanie systemu zarządzania energią w firmie powinno przebiegać zgodnie z zaleceniami międzynarodowego standardu zawartego w normie PN-EN ISO [8]. Podstawową kwestią jest systemowe i strategiczne podejście do zarządzania energią. W tym celu należy powołać specjalny zespół do spraw efektywności energetycznej. Zespół musi zebrać informacje o wielkości zużywanej energii i potencjale jej oszczędności. Prawidłowe określenie bieżącego zużycia energii, wskazanie miejsc, gdzie to zużycie jest zbyt duże i gdzie należy podjąć działania służące poprawie efektywności energetycznej, a następnie monitorowanie efektów tego wdrożenia to kluczowe działania zarówno na etapie wdrażania, jak i funkcjonowania systemu zarządzania energią, który z założenia ma być procesem ciągłym i wielopłaszczyznowym Audyt energetyczny Kolejnym krokiem powinno być wykonanie audytu energetycznego. Najlepsze rezultaty przynosi zlecenie audytu energetycznego zewnętrznym doradcom i firmom specjalizującym się w tego typu usługach. Zaletą audytu zewnętrznego jest obiektywizm, poparty szeroką

6 18 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA wiedzą i doświadczeniami z audytów wykonanych na innych obiektach. Audytor zewnętrzny może wesprzeć firmę w definiowaniu celów polityki energetycznej. Zakres jego działania obejmuje okresową identyfikację potencjału oszczędności w przedsiębiorstwie oraz działania weryfikacyjne, których głównym celem jest ciągła poprawa wskaźników wydajności i tym samym obniżenie energochłonności procesów technologicznych. Powierzenie audytu własnym pracownikom firmy zwykle nie przynosi zadowalających efektów, ponieważ pogodzenie dotychczasowych obowiązków z nowymi, dotyczącymi oceny potencjału oszczędności, jest na ogół trudne i nie pozwala na dostateczne zaangażowanie. Pracownikom trudniej też dokonać obiektywnej analizy pracy urządzeń, które na co dzień eksploatują. Niezbędna jest natomiast współpraca pracowników z audytorami zewnętrznymi ich wiedza na temat pracy instalacji i urządzeń jest nieoceniona. Firmy audytorskie posiadają zespół specjalistów różnych dziedzin i dysponują aparaturą pomiarowobadawczą. W wielu przypadkach kierownictwo firmy poszukuje bezstronnego potwierdzenia zasadności rozwiązań służących poprawie efektywności energetycznej zaproponowanych przez własną kadrę inżynierską. Audyt energetyczny i przeprowadzone analizy pomagają w podjęciu decyzji, które z przedsięwzięć należy wdrożyć w pierwszej kolejności. Obecnie w coraz szerszym zakresie stosowne są w firmach systemy informatyczne. Również do wdrożenia systemu zarządzania energią niezbędne jest zastosowanie narzędzi informatycznych. Na rynku oferowane są różne komputerowe systemy EMS, charakterystyce których poświęcony był rozdział drugi. Zastosowanie komputerowego systemu EMS ułatwia wdrożenie i utrzymanie systemu zarządzania energią w firmie. Wymagania stawiane komputerowemu systemowi EMS powinny być opracowane z uwzględnieniem wymagań dotyczących systemu zarządzania energią w firmie, jako działania organizacyjnego, zgodnie z wytycznymi międzynarodowego standardu PN-EN ISO Wytyczne zostały opracowane w celu ułatwienia wprowadzenia zarządzania energią do struktury organizacyjnej firmy. Pozwalają na opracowanie efektywnego i udokumentowanego systemu zarządzania energią, który pozwoli na oszczędności energii, kosztów oraz poprawę wskaźników energetycznych i biznesowych. Wytyczne te są zgodne z ogólnie stosowanymi standardami ISO 9001 i ISO W standardzie PN-EN ISO wykorzystywana jest metoda ciągłych ulepszeń, czyli postępowanie zgodnie z modelem: planuj, wykonuj, sprawdzaj, działaj (Plan-Do-Check-Act). Na rysunku 2. przedstawiono schemat takiego modelu organizacyjnego systemu zarządzania energią w firmie Niezbędne działania organizacyjne w firmie Poniżej przedstawiono wybrane wymagania objęte wspomnianym standardem, dotyczące wdrażania systemu zarządzania energią w firmie. Ukazano je w postaci wymaganych działań organizacyjnych: Polityka dotycząca energii Ciągłe ulepszanie Planowanie Implementacja i działanie Sprawdzanie i działanie korekcyjne Monitorowanie, pomiary i analizy Działania korekcyjne i prewencyjne Audyt wewnętrzny Przegląd przez kierownictwo

7 Nr 1(503) STYCZEŃ Wymagania ogólne Rys. 2. Model organizacyjnego systemu zarządzania energią w firmie zgodnie ze standardem PN-EN ISO [8] Opracowanie dokumentu określającego zakres i ograniczenia systemu zarządzania energią. Odpowiedzialność kierownictwa Zapewnienie ciągłych ulepszeń w firmie, aby poprawić efektywność energii. Powołanie zespołu ds. zarządzania energią w firmie. Polityka dotycząca energii Określenie polityki dotyczącej energii dokument powinien zawierać stanowisko firmy w kwestii dążenia do poprawy charakterystyk energetycznych obiektów w firmie. Planowanie Określenie profilu energetycznego obiektów. Analiza zużycia energii na podstawie pomiarów i innych danych obejmująca: identyfikację aktualnych i potencjalnych źródeł energii, ocenę przeszłego i obecnego zużycia energii, oszacowanie przyszłego zużycia energii. Na podstawie analizy zużycia energii zidentyfikowanie obszarów istotnego zużycia energii poprzez: identyfikację obiektów, urządzeń, systemów, procesów i pracowników, którzy pracują na rzecz firmy i istotnie wpływają na zużycie energii, identyfikację innych odpowiednich zmiennych wpływających na zużycie energii, określenie aktualnych charakterystyk obiektów, urządzeń, systemów, procesów i pracowników, przyczyniających się istotnie do zużycia energii. Identyfikacja i ustalenie priorytetów w celu poprawy charakterystyk energetycznych, w tym użycie odnawialnych źródeł energii. Okresowe uaktualnianie profilu energetycznego. Bazowa charakterystyka energetyczna obiektów określona na danych obejmujących co najmniej 12 miesięcy. Zmiany w charakterystykach energetycznych powinny być odnoszone do bazowych charakterystyk energetycznych obiektów, które mogą być zmodyfikowane, gdy Wskaźniki Charakterystyki Energetycznej nie odzwierciedlają już zużycia energii przez firmę. Wskaźniki Charakterystyki Energetycznej służą do określania charakterystyk energetycznych i pozwalają na sukcesywne oceny spełnienia celów i zadań. Muszą być opracowane metody ich obliczania. Identyfikacja i udostępnienie wymaganych regulacji prawnych istotnych dla firmy; wykazanie, jak powyższe wymagania będą zastosowane odnośnie zużycia energii. Określenie celów i zadań odnośnie funkcji, poziomów, procesów lub obiektów wewnątrz firmy. Muszą być wielkościami mierzalnymi i możliwymi do uzyskania w ustalonym czasie. Ustalenie planu działań zarządzania energią w celu urzeczywistnienia celów i zadań. Plan ten powinien obejmować: opracowanie i wprowadzenie systemu zarządzania energią oraz stosowanie go zgodnie z międzynarodowym standardem, raportowanie zarządowi wyników działania systemu zarządzania energią, raportowanie zarządowi ulepszeń w zakresie zarządzania energią, proces identyfikacji pracowników mających duży wpływ na zużycie energii i praca z nimi w zakresie efektywności energii, plan i działania związane z wspieraniem polityki dotyczącej energii w firmie, definiowanie i wprowadzanie uprawnień i odpowiedzialności w celu ułatwienia zarządzania efektywnością energii. Implementacja i działanie Organizacja niezbędnych szkoleń. Organizacja odpowiedniego dokumentowania działań i zdarzeń. Organizacja okresowej kontroli dokumentacji. Organizacja kontroli prowadzonych działań. Organizacja komunikowania wewnątrz firmy kwestii związanych z zarządzaniem energią. Organizacja procedur wprowadzania zaleceń wynikających z zarządzania energią do projektów inwestycyjnych firmy. Organizacja procedur zakupu energii i zmian dostawców. Sprawdzanie działań i wyników Główne cechy procesów wpływających na charakterystykę energetyczną powinny być mierzone, monitorowane i analizowane. Minimalne wymagania to: profil energetyczny, istotne odbiorniki energii, efektywność planów działań w osiąganiu celów i zadań, okresowe sprawdzanie zgodności działań z regulacjami prawnymi, okresowe audyty wewnętrzne działania systemu zarządzania energią,

8 20 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA organizacja procedur korekcji wykrytych nieprawidłowości i działań prewencyjnych, organizacja sprawdzeń jakości i bezpieczeństwa wykonywanych zapisów dokumentujących działania w zakresie zarządzania energią w firmie. Przegląd systemu zarządzania energią przez najwyższy szczebel kierowniczy firmy Najwyższy szczebel kierowniczy firmy powinien okresowo dokonywać przeglądu systemu zarządzania energią w firmie, aby utrzymać jego duże znaczenie, zapewnić odpowiedniość i efektywność. 4. KORZYŚCI Efektywne zarządzanie energią jest jednym z warunków krytycznych do osiągnięcia sukcesu w każdej działalności gospodarczej. Najlepszym rozwiązaniem jest zwykle wdrożenie i utrzymywanie systemu zarządzania energią. Zapewnia to wzrost efektywności energetycznej, a także ułatwia obniżanie kosztów i zmniejszanie emisji gazów cieplarnianych, zapewniając firmie przewagę konkurencyjną. Poniżej zostały wskazane najważniejsze korzyści, jakie może uzyskać firma poprzez wdrożenie systemu zarządzania energią: Zmniejszenie kosztów zużycia energii poprzez uporządkowane podejście do identyfikacji, pomiaru i zarządzania zużyciem energii. Poprawa efektywności firmy poprzez zwiększenie wydajności na skutek wskazania odpowiednich rozwiązań technologicznych oraz wpływanie na zmianę zachowań pracowników firmy w celu zmniejszenia zużycia energii. Biznesowy sukces systemu wynikający z zaangażowania najwyższego kierownictwa. Zapewnienie zgodności z obecnymi oraz przyszłymi wymaganiami prawnymi oraz regulacjami dotyczącymi poprawy efektywności energetycznej i redukcji emisji gazów cieplarnianych. Zmniejszanie emisji gazów cieplarnianych, a tym samym spełnienie oczekiwań interesariuszy, a także wszelkich nałożonych wymogów zarówno obecnie, jak i w przyszłości. Zdefiniowanie polityki energetycznej oraz jej celów poprzez promowanie polityki zarządzania energią i ugruntowanie myślenia w kategoriach efektywności energetycznej w firmie. Zabezpieczenie dostaw energii poprzez umożliwienie zrozumienia zagrożeń związanych z energią oraz zidentyfikowanie obszarów firmy najbardziej na nie narażonych. Rozwój gospodarki niskoemisyjnej poprzez stworzenie możliwości rozwijania się nowych produktów i usług oraz zapewnienie odpowiednich warunków wzrostu innowacyjności. Dodatkowe korzyści wynikające z integracji systemu zarządzania energią z dotychczas funkcjonującymi systemami zarządzania. 5. PRZYKŁADY MOŻLIWYCH ZASTOSOWAŃ SYSTEMU EMS Poniżej zaprezentowane zostały dwie różne firmy, w których komputerowy system EMS może w dużym stopniu usprawnić działanie systemu zarządzania energią [1,4,7,9]. Na przykładzie tych przedsiębiorstw rzeczywistych, współdziałających z Instytutem EMAG ukazano konkretne wymagania dotyczące funkcjonowania systemu oraz sposobu realizacji zadań Operator sieci komórkowej Operator sieci komórkowej dysponuje zwykle siecią obejmującą kilka tysięcy stacji bazowych nadawczo-odbiorczych i centra przełączania. Użytkownicy sieci dysponują mobilnymi terminalami, w większości w postaci telefonów komórkowych. Koszty wydatków na energię stanowią od 15 do 30% kosztów prowadzenia działalności. Na infrastrukturę sieciową przypada do 86% energii, z czego około 65% to energia zużywana bezpośrednio przez urządzenia sieciowe. Pozostała część przypada na inne urządzenia i działalność ekip serwisowych. Stacje bazowe zużywają najwięcej energii. Na całkowitą moc stacji bazowej składają się następujące części składowe: moc urządzeń niezbędnych do prowadzenia transmisji (urządzenia radiolinii i urządzenia radiowe obsługujące ruch generowany przez użytkowników), moc wypromieniowana przez anteny oraz moc dodatkowa pobierana przez urządzenia pomocnicze (klimatyzacja, centralka alarmowa, ładowanie akumulatorów). Pobór mocy w poszczególnych stacjach bazowych jest różny i zależy od rodzaju urządzeń nadawczoodbiorczych, liczby systemów obsługiwanych przez stację, liczby anten, wielkości obsługiwanego obszaru (komórki), mocy zainstalowanego klimatyzatora. O wielkości mocy pobieranej przez stację decyduje zatem jej konfiguracja sprzętowa. Zużycie energii w stacji bazowej można podzielić w następujący sposób: urządzenia radiowe na napięcie zmienne 60% energii, urządzenia zasilane na napięcie stałe 11%, chłodzenie i klimatyzacja 25%. Stacje zlokalizowane w obszarach miejskich zazwyczaj zużywają najwięcej energii. Moc pobierana przez stacje bazowe praktycznie nie zależy od natężenia ruchu w sieci, ale głównie

9 Nr 1(503) STYCZEŃ od warunków wyprowadzania ze stacji ciepła wydzielonego przez urządzenia zasilające i transmisyjne. Największe rezerwy w optymalizacji zużycia energii w stacji bazowej dają system nadawczo-odbiorczy i chłodzenie, a także ewentualna zmiana topologii sieci. Możliwe są różne przedsięwzięcia zmniejszające zużycie energii przez stacje bazowe: zastosowanie urządzeń podstawowych o większej sprawności energetycznej powodowałoby to zmniejszenie pobieranej mocy przez te urządzenia, ale równocześnie zmniejszenie ilości ciepła wydzielanego we wnętrzu stacji, wprowadzenie zmiany cyklu sterowania klimatyzacją i wykorzystanie w większym stopniu chłodzenia pasywnego oraz zwiększenie dopuszczalnej wartości temperatury wewnętrznej w stacji może dać oszczędności rzędu 10-20% oszczędności te nie wymagają zaangażowania inwestycyjnego, eliminacja użycia generatorów na paliwo płynne, zastosowanie trybu czuwania i wyłączania czasowego części nadawczej przy małym ruchu w sieci, minimalizacja liczby stacji bazowych zwiększenie pojemności stacji lub pokrycia obszaru (komórki). Poprawę bilansu energetycznego w stacjach bazowych można uzyskać także, stosując źródła energii odnawialnej, czyli poprzez użycie paneli fotowoltaicznych i małych siłowni wiatrowych. Wdrożenie nowoczesnego komputerowego systemu EMS może w dużym stopniu usprawnić działanie systemu zarządzania energią, wspomagając takie działania, jak: zdalny monitoring i sterowanie zużyciem energii w lokalizacjach, monitorowanie środowiska w celu porównywania działania stacji w podobnych warunkach, lepsze zarządzanie siecią, redukcja wizyt na stacjach, zastosowanie proaktywnego utrzymania ruchu poprawa czasu życia infrastruktury, zwiększenie bezpieczeństwa w lokalizacjach, audyty energetyczne stacji dokumentowanie i wykorzystywanie informacji, określenie lub aktualizacja charakterystyki energetycznej ważnych obiektów i całej stacji z wykorzystaniem odpowiednich wskaźników, określenie lub aktualizacja profilu energetycznego stacji, organizacja i aktualizacja procedur zakupu energii i zmian dostawców, organizacja procedur uruchamiania zleceń odnośnie efektywności energii, analiza taryf koszt energii za ostatni okres, porównanie, koszt zmiany dostawcy energii dla grup stacji, analiza zużycia energii względem umowy na dostawę energii, weryfikacja rachunków poprzez porównanie z kosztami wyliczonymi na podstawie zebranych danych pomiarowych, raporty o jakości energii wartości i przekroczenia dopuszczalnych wartości według normy, analiza wyświetlanych przebiegów wartości mierzonych w czasie, analiza zestawień okresów eksploatacji poszczególnych urządzeń w stacji. Do przykładowych wskaźników pozwalających ilościowo mierzyć skuteczność działań w zakresie efektywności energetycznej zaliczyć można: koszt energii pobieranej przez stację bazową w ustalonym czasie, stosunek energii (lub mocy średniej) pobieranej przez urządzenia podstawowe stacji do energii (mocy średniej) całkowitej pobieranej przez stację. Urządzenia podstawowe realizują procesy związane z obsługą ruchu telekomunikacyjnego (jednostka centralna, moduł nadawczo-odbiorczy, moduł łączenia torów, konwerter sygnału elektryczny/optyczny). Komputerowy system EMS zastosowany w firmie typu operator sieci komórkowej powinien charakteryzować się takimi cechami, jak wysoka skalowalność czy dostępność (czas bezawaryjnego działania), a także zapewniać wysokie bezpieczeństwo danych Przedsiębiorstwo górnicze Przedsiębiorstwo górnicze może obejmować jedną lub więcej kopalń, w których wykorzystuje się zwykle następujące rodzaje mediów energetycznych: energia elektryczna i cieplna, sprężone powietrze, woda pitna oraz ścieki komunalne i przemysłowe. Główne odbiory energii elektrycznej to: przy wydobyciu, wentylatory, maszyny wyciągowe, pompy, przeróbka, sprężarki. Większość kupowanej energii elektrycznej w kopalniach jest zużywane w silnikowych napędach elektrycznych, główne użycie ciepła to ogrzewanie pomieszczeń i przygotowanie wody użytkowej. W kopalniach występują często specyficzne czynniki mające wpływ na gospodarkę energetyczną: metanowość złoża zwiększenie zużycia energii elektrycznej na wentylację, produkcję sprężonego powietrza, utrzymanie w ruchu stacji odmetanowienia, wysoki stopień geotermiczny konieczność stosowania urządzeń klimatyzacyjnych, konieczność częstej wymiany powietrza w celu usuwania metanu,

10 22 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA mała grubość pokładów węgla duże zanieczyszczenie urobku kamieniem, trudne warunki geologiczno-górnicze złoża długie drogi odstaw, ogrzewanie mokrych szybów w zimie, duże dopływy wód naturalnych. W takich warunkach wydatki poniesione przez przedsiębiorstwo na media energetyczne stanowią około 6% kosztów działalności gospodarczej. W przedsiębiorstwach górniczych wdrożone są systemy zarządzania energią odpowiadające przyjętej strategii. W realiach i zagrożeniach górniczych bardzo ważne jest spokojne i rozważne podejście do zmian techniczno-organizacyjnych w przypadku rozpoznania ponadnormatywnego zużycia energii. Eliminowane jest ono metodami bezinwestycyjnymi, ograniczaniem składników stałych w opłatach, czyli obniżeniem poziomu mocy zamawianej energii elektrycznej i cieplnej. W kopalniach do najważniejszych przedsięwzięć związanych z modernizacją wyposażenia technicznego w kierunku ograniczenia zużycia energii [3, 5, 6] należą: wspólny system pomiarowo-rozliczeniowy energii elektrycznej i cieplnej dla całego przedsiębiorstwa, monitoring rozpływu i zużycia energii elektrycznej, dokładna kontrola poboru mocy, instalacja liczników ciepła i modernizacja węzłów cieplnych, centralna dyspozytornia energetyczna, transmisja online, układy pomiarowe, automatyczna kompensacja mocy biernej, zmniejszenie zużycia na dużych odbiorach, poprawa sprawności, zmiana parametrów pracy modernizacja wentylatorów głównego przewietrzania, pomp głównego odwadniania, maszyn wyciągowych, napędów, oczyszczalnia wód dołowych, w celu ograniczenia zakupu wody pitnej i ograniczenia ścieków dołowych, zmiany w instalacjach sprężonego powietrza, pozwalające na obniżenie ciśnienia w sieciach energooszczędne sprężarki, monitorowanie i sterowanie przepływu sprężonego powietrza, automatyzacja ruchu urządzeń, nowe napędy na przenośnikach taśmowych, energooszczędne stacje wentylatorów głównych, racjonalizacja ogrzewania szybów optymalizacja układów przesyłania gorącego powietrza do szybu, nadążne sterowanie wymianą ciepła, automatyzacja ruchu nagrzewnic, inne energooszczędne technologie, instalacje i maszyny. Wdrożenie nowoczesnego komputerowego systemu EMS może w dużym stopniu usprawnić działanie systemu zarządzania energią, wspomagając takie działania, jak: program aktywnego controllingu ilościowo-jakościowego zużycia energii zwłaszcza elektrycznej, sukcesywny controlling kosztowo-finansowy, optymalizacja zużycia mediów energetycznych poprzez: prowadzenie dobowego porównawczego controllingu ilościowo-jakościowego, raporty na bieżąco w postaci tabel, obrazu i opisów, wdrażanie wniosków i opracowanych procesów, wewnętrzna miesięczna kontrola controllingu kosztowo-finansowego, rozbudowa systemu pomiarowo-rozliczeniowego i działania motywacyjne procesów racjonalizacji energii, wejście na konkurencyjny rynek energii elektrycznej, modelowanie zużycia energii kopalń. Do wskaźników pozwalających ilościowo mierzyć skuteczność działań w zakresie efektywności energetycznej należą przede wszystkim: wskaźnik energochłonności (MJ/t), zmiana jednostkowego zużycia energii elektrycznej na tonę produkowanego węgla (%), zmiana jednostkowego zużycia energii cieplnej na tonę produkowanego węgla (%), zmiana jednostkowego zużycia sprężonego powietrza na tonę produkowanego węgla (%), zmiana jednostkowego zużycia wody pitnej na tonę produkowanego węgla (%), zmniejszenie wartości elektrycznej mocy zamówionej (%). Zastosowanie komputerowego systemu EMS w każdej firmie stosującej system zarządzania energią musi być powiązane z programem włączenia w proces poszanowania zużycia mediów energetycznych całej załogi, uświadamiania załogi o konieczności takich działań i egzekwowanie programu na każdym szczeblu zarządzania procesem produkcyjnym. Jednocześnie należy dążyć do bezpośredniego wpływu racjonalizacji zużycia energii na obniżanie kosztów produkcji i powiązanie użytkowników energii z kosztami jej zużycia. 6. POSUMOWANIE Koncepcja efektywności energii w ostatnich latach nabiera znaczenia w związku z coraz większym wzajemnym wpływem gospodarki, środowiska i kwestii geopolitycznych. Unia Europejska określi-

11 Nr 1(503) STYCZEŃ ła zadanie poprawy efektywności energetycznej o 20% do 2020 roku. Istnieje wiele sposobów na zwiększenie efektywności po stronie wytwarzania energii, np. optymalizacja spalania paliwa przez stosowanie nowoczesnych systemów sterowania. Obecnie oprócz tradycyjnych źródeł energii rozszerza się wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, czyli energii słońca, wiatru i wody, a także ogniw paliwowych. We wszystkich tych instalacjach wytwarzania energii znaczna ilość energii jest tracona. Jednak duże rezerwy tkwią także w dystrybucji energii i u odbiorców końcowych. Odbiorcy końcowi energii mogą przyczynić się do zwiększenia efektywności poprzez stosowanie energooszczędnych odbiorników energii oraz odpowiednie jej użytkowanie. W firmach najlepsze efekty można uzyskać, wprowadzając odpowiednie zarządzanie zużyciem energii. Korzyści z poprawy efektywności energetycznej są jednoznaczne. Mniejsze zużycie energii to niższe koszty, także mniej gazów cieplarnianych emitowanych do atmosfery i zaoszczędzenie nieodnawialnych zasobów paliwa. Z wielu dostępnych obecnie metod i technik ograniczenia zużycia energii w firmach zalecane jest wdrażanie systemów zarządzania energią zgodnie z międzynarodowym standardem ISO W procesie wdrożenia i utrzymania systemu zarządzania energią niezbędne jest zastosowanie odpowiednich narzędzi informatycznych. W tym celu na rynku oferowane są różne komputerowe systemy EMS (Energy Management System). Ważny jest odpowiedni dobór systemu do określonych wymagań firmy. Każda firma posiada własną specyfikę, co pokazano na przykładach dużych firm z różnych sektorów gospodarki. Odpowiednie działania organizacyjne i modernizacyjne mogą dać wymierne efekty ekonomiczne, ekologiczne i społeczne. Obecnie większość firm prowadzi działania w zakresie racjonalnego wykorzystania energii, ale coraz częściej działania te będą musiały być wspomagane odpowiednim komputerowym systemem EMS. 5. Halama A., Hefczyc M., Okienko J.: Innowacyjność we wdrożeniu w KWK Staszic systemu aktywnego dobowego controllingu ilościowego zużycia mediów nieelektrycznych. W: Zasilanie, informatyka techniczna i automatyka w przemyśle wydobywczym, Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej EMTECH 2010 nt. Innowacyjność i bezpieczeństwo, Ustroń, maja 2010, s Lasek S., Borsucki D.: Efektywność procesu zarządzania energią w kopalniach KHW S.A. W: Napędy i sterowanie, 2006 nr 2, s Lubritto C., Petraglia A., Vetromile C., Curcuruto S., Logorelli M., Marsico G., D'Onofrio A.: Energy and environmental aspects of mobile communication systems. In: Energy, Vol. 36, Issue 2, 2011, pp Systemy zarządzania energią Wymagania i zalecenia użytkowania, Polska Norma, PN-EN ISO 50001:2011, PKN Warszawa, listopad Wykonanie analizy energetycznej obiektów typu BTS, opracowanie własne, Instytut EMAG, Katowice Artykuł został zrecenzowany przez dwóch niezależnych recenzentów. Literatura 1. Analiza trendów rozwoju branży: Media i Telekomunikacja, Polska Konfederacja Pracodawców Prywatnych Lewiatan, Warszawa Boroń W.: Komunikacja typu PLC w inteligentnych sieciach energetycznych (Smart Grid). W: Zasilanie, informatyka techniczna i automatyka w przemyśle wydobywczym, Materiały Konferencji Naukowo-Technicznej EMTECH 2010 nt. Innowacyjność i bezpieczeństwo, Ustroń, maja 2010, s Gatnar K., Pytlik P.: Racjonalizacja zużycia energii jako element obniżania kosztów wydobycia węgla na przykładzie JSW S.A. W: Przegląd Górniczy, 1999 nr 7-8, s Grucza R., Gettlich P.: Climate change and Green ICT, Nokia Siemens Networks Press Workshop, Warszawa, 7 stycznia 2009.

12 24 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA