Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna

Transkrypt

1 Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna Politechnika Wrocławska Instytut Energoelektryki Jolanta DĄBROWSKA Anna KAJURA Barbara KASZOWSKA Katedra Elektroenergetyki, Politechnika Opolska, Opole, ul. Gen. K. Sosnkowskiego 31 kaszowsk@po.opole.pl MOŻLIWOŚCI OSZCZĘDNOŚCI ENERGII W MAŁYCH I ŚREDNICH FIRMACH W referacie przedstawiono ostatnie wyniki realizacji pracy zleconej w ramach programu Komisji Europejskiej Leonardo da Vinci pt. Efektywność energii w Europie, dotyczącej efektywnego wykorzystania różnych postaci energii w małych i średnich firmach. 1. WPROWADZENIE W roku 2001 Politechnika Opolska podpisała umowę na wykonanie pracy w ramach programu Leonardo da Vinci we współpracy z firmą ENERGON Energie und Umweltmanagement GmbH z Wiednia pt. Efektywność energii w Europie (Energy Efficiency for Europe), nr A/01/B/F/PP Praca obejmuje opracowanie dostępnego w Internecie podręcznika dla właścicieli (pracowników) małych i średnich firm, umożliwiającego nauczenie się efektywnego wykorzystania różnych postaci energii w firmie. Politechnice przypadło w udziale opracowanie następujących rozdziałów przygotowywanego podręcznika: 1. Informacje o energii - rozdział ogólny, informacyjny, obejmujący zagadnienia związane z podnoszeniem świadomości personelu firmy, motywacją do efektywnego użytkowania energii, treningiem, metodami rozpowszechniania. 2. Oświetlenie - rozdział techniczny, zawierający wytyczne do efektywnego (oszczędnego) zmodernizowania i wykorzystania oświetlenia. W artykule przedstawiono problematykę związaną z możliwościami oszczędzania energii i czynników energetycznych w firmie. Przedstawiono przykładowy przepływ energii w wybranej firmie. Wskazano na potencjalne korzyści i negatywne efekty działań oszczędnościowych w firmie, a także czynniki wpływające pozytywnie i negatywnie na proces oszczędzania energii. Na przykładzie oświetlenia przedstawiono możliwości uzyskania efektywnego zużycia energii elektrycznej w firmie. 2. MOŻLIWOŚCI OSZCZĘDNOŚCI ENERGII W FIRMIE W każdej firmie jest bardzo ważne, aby osoba (lub zespół ludzi) odpowiedzialna za gospodarkę energią sformułowała pytania, na które trzeba odpowiedzieć przed rozpoczęciem całego procesu efektywnego oszczędzania energii. Konieczne jest przede wszystkim określenie spodziewanych korzyści oraz możliwych efektów niekorzystnych (jeśli takie istnieją). Stworzy to motywację dla kierownictwa firmy a także dla innych pracowników do rozpoczęcia procesu i jest

2 230 powiązane z polityką energetyczną firmy. Konieczne jest przeprowadzenie analizy zużycia energii, która powinna zawierać: badanie obszarów nietypowo wysokiego zużycia energii, badanie zmian w zużyciu energii, zebranie informacji o możliwym zastosowaniu alternatywnych technologii, zebranie informacji o możliwościach korzystniejszych zakupów różnych rodzajów energii i czynników energetycznych. Sposoby użytkowania energii w firmie można podzielić na: systemy zasilania i rozdziału (przetwarzanie energii, procesy pomocnicze w działalności firmy), użytkowanie końcowe energii (produkcja, usługi). Proces oszczędzania energii musi być poprzedzony dokładną analizą przepływów różnych postaci energii w firmie. Przykładowy przepływ energii jest przedstawiony na rys. 1. W przedstawionym przykładowym przepływie energii można wyróżnić następujące składniki: czynniki energetyczne, energia - energia elektryczna, gaz, olej opałowy, benzyna, systemy zasilania i rozdziału - ogrzewanie, transport, oświetlenie, wentylacja, ciepła woda, układy sprężonego powietrza, użytkowanie końcowe energii - podnośniki, narzędzia pneumatyczne, elektronarzędzia, bar. W każdej firmie, chcącej osiągnąć jakiekolwiek korzyści w zakresie oszczędzania energii, personel musi zdawać sobie sprawę z korzyści i zagrożeń, jakie daje proces efektywnego zarządzania zużyciem energii w różnych postaciach. W związku z tym, każdy odpowiedzialny pracownik firmy (właściciel, kierownik, pracownik techniczny itp.) powinien odpowiedzieć sobie na pytania: 1. Jakie są czynniki wpływające pozytywnie na oszczędzanie energii? 2. Jakie czynniki wpływają negatywnie na oszczędność energii? 3. Jakie są możliwości oszczędzania energii w firmie? 4. Jakie są przeszkody przy wprowadzaniu oszczędności energii? 5. Jakie mogą powstać korzyści w wyniku oszczędzania energii? 6. Jakie mogą być niekorzystne efekty działań oszczędnościowych? Przykładowe odpowiedzi mogą być następujące: Ad. 1. akceptacja procesu oszczędności energii przez właściciela i kierownictwo firmy, możliwość powstania wymiernych korzyści dla całego personelu firmy, wykwalifikowany personel firmy, możliwość wyboru dostawców energii lub czynników energetycznych, konkurencja między firmami; Ad. 2. brak polityki energetycznej firmy, wysoka energochłonność urządzeń zainstalowanych w firmie, brak motywacji dla personelu firmy, brak motywacji dla całej firmy, złe regulacje prawne; Ad. 3. instalowanie energooszczędnych urządzeń, właściwe wykorzystanie urządzeń oraz właściwy program ich pracy, możliwość wykorzystania różnych czynników energetycznych; Ad. 4. niemożność sfinansowania energooszczędnych przedsięwzięć, brak kwalifikacji personelu, niedoinformowanie personelu;

3 Ad. 5. oszczędność kosztów całkowitych funkcjonowania firmy, powstanie nowego, korzystnego wizerunku firmy na zewnątrz, powstanie wymiernych korzyści dla całego personelu firmy, większa konkurencyjność produktów firmy; Ad. 6. zamrożenie kapitału firmy, niedogodności w funkcjonowaniu firmy w czasie realizacji modernizacji PROBLEMATYKA OSZCZĘDNOŚCI ENERGII W MAŁEJ I ŚREDNIEJ FIRMIE Problematyka oszczędności energii w małej i średniej firmie jest rozumiana jako zespół działań zapewniających zasilenie procesów technologicznych i innych przejawów działalności firmy energią oraz czynnikami energetycznymi (energia elektryczna, gaz, ciepło itp.) z jednej strony, z drugiej zaś z nadzorowaniem ich zużycia wewnątrz firmy. W warunkach coraz silniejszej konkurencji istotnym i zyskującym stale na znaczeniu elementem gospodarki energetycznej staje się dążenie firmy do racjonalizacji procesu gospodarowania energią i czynnikami Olej opałowy Benzyna Gaz Energia elektryczna Ogrzewanie Transport Bar Oświetlenie Wentylacja Podnośniki Elektronarzędzia Sprężarki Ciepła woda energia, czynniki energetyczne systemy zasilania i rozdziału (procesy pomocnicze, produkcja, usługi) Narzędzia pneumatyczne użytkowanie końcowe energii (produkcja, usługi) Rys. 1. Przykładowy przepływ energii i czynników energetycznych w firmie energetycznymi, mające na celu obniżenie udziału ich kosztów w całkowitych kosztach działalności firmy. Oszczędności poszukuje się zarówno w sferze zakupu energii i czynników energetycznych (odpowiedź na pytanie - jak najtaniej kupić zapotrzebowane ilości czynników energetycznych i energii?), jak i zużycia energii (np. przez instalację energooszczędnych urządzeń). Tak więc działania w kierunku ograniczenia kosztów funkcjonowania firmy powinny być prowadzone dwutorowo: w kierunku ograniczenia zużycia energii i czynników energetycznych, w kierunku ograniczenia kosztów zakupu różnych postaci energii i czynników energetycznych. Efekty tych działań mogą być bardzo łatwo oszacowane, a mianowicie są to oszczędności zużycia energii (w każdej postaci) w firmie oraz oszczędność kosztów zakupu energii, a tym samym całkowitych kosztów funkcjonowania firmy.

4 232 W każdej firmie analiza zużycia oraz możliwości oszczędzania różnych postaci energii może okazać się bardzo skomplikowana z różnych powodów: firma może użytkować różne postaci energii, nawet do realizacji tych samych celów, istnieją wzajemne wpływy na wartości zużycia energii w różnych procesach, zużycie energii w pewnych okresach może być bardzo niestabilne, podczas gdy w innych okresach wartość zużycia jest ustabilizowana i przewidywalna, analiza zużycia energii musi być powiązana z analizą zapotrzebowanej mocy. 4. REALIZACJA PROCESU OSZCZĘDZANIA ENERGII W FIRMIE Proces oszczędzania energii w firmie może być sprowadzony do rozwiązania dwóch grup problemów: 1. efektywnego zakupu różnych postaci energii i czynników energetycznych, 2. efektywności użytkowania energii. Problem właściwego zakupu energii i czynników energetycznych jest rozwiązywany poprzez analizę możliwości zakupu poszczególnych czynników energetycznych, ich cen, taryf za dostawę energii itp. Natomiast analiza efektywności użytkowania energii obejmuje: analizę stanu istniejącego struktury zużycia czynników energetycznych i energii we wszystkich postaciach (energia elektryczna, gaz, ciepło, ciepła woda, inne), uwzględnienie uwarunkowań organizacyjno - prawnych, analizę możliwości wprowadzenia zmian czynników energetycznych oraz postaci użytkowanej energii w procesach technologicznych, analizę przebiegów dobowych, tygodniowych itp. zużycia energii oraz możliwości optymalizacji tych przebiegów, analizę struktury zużycia czynników energetycznych po ewentualnym wprowadzeniu zmian w procesach technologicznych, porównanie z wzorcami, analizę technicznej realizacji procesu oszczędzania, oszacowanie oszczędności kosztów. Obie powyższe grupy problemów są ze sobą ściśle powiązane i ich optymalne rozwiązanie w danej firmie jest możliwe tylko wtedy, jeśli rozważa się je łącznie (rys. 2). Jednak nawet fragmentaryczne rozwiązanie (np. zainstalowanie odpowiednich energooszczędnych urządzeń) może dać bardzo istotne korzyści. Analiza zużycia energii oraz możliwości jej oszczędzania w firmie powinna obejmować następującą problematykę: intensywność zużycia energii właściwe jest rozpoczęcie analizy od obszarów działalności o wysokim zużyciu energii; organizacja firmy musi być wzięta pod uwagę, gdyż ma istotny wpływ na wzajemne powiązania poszczególnych obszarów działalności firmy, zużycia energii, koszty działalności firmy itp.; struktura zużycia energii która powinna być analizowana w celu określenia możliwości zmniejszenia zużycia różnych postaci energii, uwzględniania wpływu czynników zewnętrznych na zużycie energii (np. temperatura zewnętrzna, wiatr, itp.) oraz wewnętrznych (intensywność wytwarzania produktów firmy); niezawodność zasilania analizowana w celu zapewnienia odpowiedniej ilości energii w poszczególnych obszarach działania firmy; czynniki ekonomiczne pozwalające oszacować korzyści ekonomiczne firmy, wynikające z oszczędności energii.

5 5. WYBRANE ASPEKTY OSZCZĘDNOŚCI ENERGII ZUŻYWANEJ NA OŚWIETLENIE 233 Celem rozważań jest obliczeniowe uzasadnienie propozycji kierunków oszczędności zużycia energii na oświetlenie wnętrzowe, a nie obliczenia projektowe oświetlenia. Zaproponowano kilka sposobów oszczędzania energii na oświetlenie, a mianowicie: przez zastosowanie zabiegów konserwacyjno-odnawiających, wprowadzenie źródeł światła o większej mocy i skuteczności świetlnej, zastosowanie lamp energooszczędnych oraz świetlówek nowej generacji. Szczegółową charakterystykę i zestawienie proponowanych kierunków oszczędności zużycia energii na oświetlenie przedstawiono na rys. 2. Oszczędność zużycia energii oświetlenia Wykonanie czynności Zwiększenia skuteczności Zastosowanie lamp konserwacyjno - odnawiających świetlnej tradycyjnych energooszczędnych źródeł światła Malowanie po- Ułatwienie dostępu do Świetlówki Świetlówki mieszczenia na lamp i czyszczenie kompaktowe nowej jasne kolory jako zamien- generacji niki żarówek Żarówki tradycyjne o większej mocy Świetlówki standardowe zamiast żarówek Rys. 2. Propozycje oszczędności zużycia energii na oświetlenie Na przykładzie oświetlenia pomieszczenia biurowego w firmie przedstawiono możliwości efektywnego użytkowania (oszczędności) energii elektrycznej. Przeprowadzone przykładowe obliczenia dotyczą pomieszczenia biurowego o wymiarach: długość 6 m, szerokość 9 m, i wysokość 3 m. Płaszczyznę roboczą przyjęto na wysokości 0,85 m, a powierzchnia oświetlana jest 54 m 2. Mając na względzie cel rozważań zredukowano obliczenia dla uzyskania jak najmniej złożonego sposobu postępowania. Uwzględniono przy tym podstawowe wielkości i związki występujące w obliczeniach oświetlenia metodą sprawności [1]. W ocenie ekonomicznych właściwości źródeł światła w szczególności mocy pobieranej P wykorzystano skuteczność świetlną η z danego rodzaju źródła światła [2] (P = Φ c /η z ; gdzie Φ c całkowity strumień świetlny oświetlenia zastosowanego w pomieszczeniu). Zgodnie z metodą sprawności istnieje związek między strumieniem świetlnym niezbędnym dla zapewnienia wymaganego natężenia oświetlenia a sprawnością oświetlenia. Odnowienie pomieszczenia zmniejsza wymagany strumień świetlny, a tym samym można zainstalować mniejszą liczbę źródeł światła o danej mocy. Maleje więc zużycie energii na oświetlenie danego pomieszczenia. Niezależnie od wpływu rodzaju źródeł światła i ich mocy dokonano także ilościowej oceny wpływu niektórych zabiegów konserwacyjno-odnawiających na zmniejszenie zużycia energii przez oświetlenie (przykład 1). W przykładzie 2 zwiększono moc żarówek tradycyjnych (sytuacja 1), a także uwzględniono zamianę na świetlówki standardowe (sytuacja 2). Zastosowanie lamp energooszczędnych zamiast żarówek tradycyjnych ujęto w przykładzie 3 sytuacja 1. W następnej kolejności zamiast świetlówek standardowych wprowadzono świetlówki nowej generacji (przykład 3 sytuacja 2).

6 234 Mając na względzie ułatwienie zebrania niezbędnych danych przez osoby bezpośrednio niezaangażowane w wykonywanie obliczeń opracowano specjalny typ formularza danych. Formularz zawiera m.in. informacje dotyczące wymiarów pomieszczenia, stanu powierzchni i osadzania się brudu w pomieszczeniu oraz zastosowanych źródeł światła. Przykładowo w tablicy 1 zamieszczono formularz danych dotyczący przykładu 3 - sytuacji 1. Końcowe wyniki obliczania oszczędności zużycia energii elektrycznej na oświetlenie w skali roku przedstawiono w tablicy 2 (przykłady 1, 2 i 3). Dla poszczególnych przykładów przedstawiono moc pobieraną na oświetlenie oraz energię zużytą w ciągu rocznego czasu pracy oświetlenia w rozpatrywanym przykładowym pomieszczeniu. Zestawiono dla porównania energię zużytą przed i po wprowadzeniu planowanych zmian. Podano wartość oszczędności zużytej energii dla poszczególnych przykładów obliczeniowych. 6. ZAKOŃCZENIE Istotne oszczędności w zużyciu energii (47,89 %) dają czynności o charakterze konserwacyjno-odnawiającym polegające na: pomalowaniu pomieszczenia na jasny kolor, zmniejszeniu osadzania się brudu, częstym czyszczeniu lamp. Zamiana żarówek tradycyjnych o mniejszej mocy na żarówki tradycyjne o większej mocy (większa skuteczność świetlna) daje oszczędność zużycia energii 6,31 %. Zastąpienie oświetlenia żarowego przez oświetlenie fluorescencyjne wykorzystujące świetlówki standardowe zmniejsza zużycia energii o 78,02 %. Znaczne oszczędności energii można uzyskać stosując zamiast żarówek tradycyjnych ich zamienniki w postaci lamp energooszczędnych, które przystosowane są do tych samych opraw oświetleniowych (oszczędność 74,77%). Korzystne jest zastępowanie świetlówek standardowych świetlówkami nowej generacji, pozwala to zaoszczędzić 18,85 % energii. Można uzyskać istotne oszczędności energii elektrycznej zużytej na oświetlenie stosując w firmie czynności konserwacyjno-odnawiające, zwiększając skuteczność świetlną tradycyjnych źródeł światła względnie decydując się na zastosowanie lamp energooszczędnych lub świetlówek nowej generacji. LITERATURA [1] Niestępski S., Pasternakiewicz J., Wiśniewski T.: Projektowanie sieci elektroenergetycznych. Instalacje elektroenergetyczne. Of. Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa, [2] PN-84/E Oświetlenie wnętrz światłem elektrycznym. [3] Katalog źródeł światła. Lighting Poland, Piła, 2000/2001.

7 Tablica 1. Formularz danych dla wybranego pomieszczenia w firmie 235 Nazwa pomieszczenia: pomieszczenie biurowe firmy 1. Wymiary pomieszczenia Długość: a = 6 m Szerokość: b = 9 m Wysokość: H = 3 m Wysokość płaszczyzny roboczej: h = 0,85 m Powierzchnia pomieszczenia: 2. Stan powierzchni pomieszczenia Sufit: Biały Kremowy Szary Ciemny Ściany: Jasne Szare Ciemne Podłoga: Jasna Ciemna S = a b = 6 9 = 54m 3. Osadzanie się brudu w pomieszczeniach Silne Średnie Słabe 4. Dostęp do lamp Łatwy Utrudniony 5. Dokładność wykonywanej pracy Średnio dokładna Dokładna Bardzo dokładna 6. Liczba lamp oświetleniowych: 37 sztuk 7. Rodzaj zastosowanych źródeł światła / typ, producent Aktualnie Po zmianie Żarówki / tradycyjne, 150 W, Żarówki / tradycyjne... Świetlówki... Świetlówki... W lampie: 1 świetlówka... W lampie: 1 świetlówka... 2 świetlówki... 2 świetlówki... Świetlówki kompaktowe (lampy energooszczędne) Świetlówki kompaktowe (lampy energooszczędne) PL*Electronic Decor, 23W 8. Roczny czas pracy oświetlenia: t = 2112 h 2

8 Tablica 2. Obliczenie oszczędności zużycia energii dla pomieszczenia biurowego - aktualnie i po planowanej zmianie Przykłady obliczeniowe Przykład 1 Przykład 2 - sytuacja 1 Przykład 2 - sytuacja 2 Przykład 3 - sytuacja 1 Przykład 3 - sytuacja 2 Typ i moc lamp [3] Moc pobierana P Aktualnie Roczny czas pracy t Energia zuzyta E = P t Typ i moc lamp [3] Planowana zmiana Moc pobierana P Roczny czas pracy t Energia zużyta E = P t Oszczędność energii - kw h kwh - kw h kwh kwh/rok % Żarówki tradycyjne, Żarówki 150W,, tradycyjne, z uwzględnieniem 10, ,8 150W, zabiegów 5, , ,2 47,89 konserwacyjno odnawiających Żarówki tradycyjne, 150W, Żarówki tradycyjne, 150W, Żarówki tradycyjne, 150W, Świetlówki TL-D 58W standard, 5,55 5,55 5,55 1, ,6 Żarówki tradycyjne, 200W, Świetlówki ,6 TL-D 58W standard, ,6 Świetlówki kompaktowe PL* Electronic Décor 23 W Świetlówki ,64 TL-D HF Super 80 50W, 5, ,4 739,2 6,31 1, , ,0 78,02 1, , ,8 74,77 0, ,88 485,76 18,85 236