4.1. Określanie charakterystyk energetycznych procesów 4.2. Zużycie energii od produkcji 4.3. Zużycie energii od produkcji c.d. 4.4.

Transkrypt

1 4.1. Określanie charakterystyk energetycznych procesów 4.2. Zużycie energii od produkcji 4.3. Zużycie energii od produkcji c.d Zużycie energii od czasu 4.5. Kontrola zużycia energii 4.6. Kontrola zużycia energii c.d Metoda Integracji Procesu 4.8. Metoda Integracji Procesu c.d Metoda Integracji Procesu c.d Wykresy uporządkowane Wykresy uporządkowane c.d Wykresy uporządkowane c.d. 1. BAŁTYCKA AGENCJA POSZANOWANIA ENERGII S.A., ZARZĄDZANIE ENERGIĄ W ZAKŁADZIE PRZEMYSŁOWYM PLANOWANIE INWESTYCJI MODERNIZACYJNYCH (MATERIAŁY SZKOLENIOWE) GRUDZIEŃ

2 Do której grupy procesów należy mój proces? 1. Procesy, w których zachodzi wyraźna zależność pomiędzy zużyciem energii a wielkością produkcji, np. proces o dużym zapotrzebowaniu na ciepło, proces chemiczny, proces chłodnicze i.t.p; 2. Proces w którym jest mały związek wielkości produkcji z zapotrzebowaniem na energię energii wymagają jedynie czynności o charakterze usługowym np. cięcie, mieszanie itp. - Poszukiwanie zależności zużycia energii od produkcji. - Regresja liniowa? Zużycie energii = (m x produkcja) + c c zużycie jałowe 2

3 Określanie charakterystyk energetycznych procesów Zależność zużycia energii od produkcji. Zużycie energii = (m x produkcja) + c Gdy stała c osiąga duże wartości (np. powyżej 50%) potrzebna jest często dodatkowa analiza ponieważ może występować jeden z przypadków: 1. Procesy rozruchu i utrzymania ciągłości produkcji są niezwykle energochłonne, 2. W procesie produkcyjnym występują znaczne straty energii (np. na skutek nieszczelności lub złej izolacji termicznej, źle dobranych napędów, braku układów regulacyjnych itp.). Przypadek powinien oznaczać początek procedury poszukiwania nadmiernych start energii i wprowadzanie technologii energooszczędnych. Pomocne tu mogą być porównania pomiędzy podobnymi liniami technologicznymi lub do wskaźników charakterystycznych dla branży. 3. Produkcja jest scharakteryzowana przez jednostki niewłaściwe do oceny zużycia energii (np. w przypadku maszyn drukarskich, gdy zużycie energii zależy nie tylko od masy zadrukowanego papieru, ale także jego wilgotności i rodzaju). Potrzebna jest zmiana w podejściu do analizy danych i poszukiwania innych wskaźników charakteryzujących wielkość produkcji. Wielkość zużycia jałowego ukierunkowuje też poszukiwania sposobów oszczędzania energii na określone fazy procesu produkcyjnego. 3

4 Określanie charakterystyk energetycznych procesów Zależność zużycia energii od produkcji. Zużycie energii = (m x produkcja) + c Możliwe problemy: 1. Mała zmienność wielkości produkcji (np. powtarzająca się produkcja dobowa) - mały rozrzut danych i duży błąd metody 2. Duży rozrzut wielkości np. źle działająca regulacja, 3. Nieliniowa zależność między zużyciem energii a produkcją 4. Ujemny współczynnik kierunkowy prostej przy rosnącej produkcji spada zapotrzebowanie na energię np. procesy egzotermiczne (np. produkcja piwa). 5. Silnie nieliniowa charakterystyka strat w funkcji obciążenia (niektóre napędy, straty w transformatorach, liniach elektroenergetycznych itp.) 4

5 Określanie charakterystyk energetycznych procesów Zależność zużycia energii od czasu. Zawsze jest celowe wyznaczenie tej zależności dla energii elektrycznej. Pobór energii elektrycznej objawia się okresowym powtarzaniem określonych zmienności. Typowe cykle to: Doba (pobór energii w określonych strefach doby), Tydzień (różnica pomiędzy dniami roboczymi a weekendami i świętami w wykresie obciążenia), Rok (ilości energii pobierane w poszczególnych miesiącach roku). Znajomość tych zmienności (również okresów szczytowych poborów mocy) jest istotna z powodów: - taryfowych optymalizacja wariantów rozliczeń taryfowych, - pozwala też pośrednio identyfikować przyczyny nadmiernego zużycia energii - pozwala zaplanować działania energooszczędne. Zbyt mała zależność zużycia energii od typowego rytmu działań produkcyjnych np. małe spadki w zużyciu energii w okresach przerw (np. posiłkowych) - nadmierny ruch jałowy? źle eksploatowane oświetlenie? brak regulacji? złe rozmieszczenie wyłączników? itp. 5

6 Analiza bieżących pomiarów. Odchyłki przypadkowe czy są wynikiem niekorzystnych tendencji w prowadzonej gospodarce energetycznej? (Odchylenie średniokwadratowe) Procedura postępowania: 1. Wyznaczenie oczekiwanych standardów zużycia energii. 2. Obliczanie różnic pomiędzy mierzonymi na bieżąco wartościami a wielkościami oczekiwanymi. 3. Identyfikacja przypadków nadmiernych odchyłek. 4. Ingerencja w procesy produkcyjne w celu zminimalizowania tych odchyłek. Odchyłki o znacznej wartości awaria (instalacja systemu wczesnego wykrywania?) lub wadliwie działający system pomiarowy. Odchyłki niewielkie ale systematyczne. Stany te są znacznie trudniejsze do jednoznacznej interpretacji (łatwe do przeoczenia). Ich identyfikacja jest szczególnie ważna z punktu widzenia prawidłowo prowadzonej gospodarki energetycznej. Diagnostyka (obliczanie sum skumulowanych?) 6

7 Wykorzystanie sum skumulowanych polega na: - obliczaniu odchyłek pomiędzy wielkościami pomierzonymi a przewidywanymi. - obliczaniu skumulowanej sumy odchyłek, poprzez dodawanie odchyłek do siebie od momentu początkowego pomiarów a chwilą bieżącą. Rysuje się wykres sumy skumulowanej w zależności od czasu. Gdy odchyłki mają charakter przypadkowy ich znaki są często przeciwne i wzajemnie się znoszą. Na wykresie równoległe do osi czasu. Gdy odchyłki występują systematyczne, obliczana suma skumulowana zaczyna narastać. Na wykresie funkcja rosnąca. Takie stany świadczą o niekorzystnych zmianach w sposobie użytkowania energii. Gdy wśród odchyłek zaczynają dominować wartości ujemne, suma skumulowana zaczyna maleć. Może to być efekt wdrożonych działań energooszczędnych. Niezbędna korekcja zalecanych wskaźników energetycznych procesu. Gdzie można zastosować: Piece elektryczne np. łukowe, Pompy, Procesy elektrolityczne, Sprężarki, Procesy chłodnicze, Kuchnie elektryczne. 7

8 Technologia produkcyjna z wieloma procesami grzania i chłodzenia (odzysk ciepła) na różnych etapach procesu sieć wymienników ciepła z różnymi czynnikami. Jak zaprojektować sieć i dobrać parametry czynników aby zapewnić minimalną ilość wymienników i ich minimalną moc grzewczą lub chłodniczą. (Process Intergration) Pinch Technology. Przykład dla jednego z zakładów przemysłu chemicznego tradycyjne zintegrowane liczba wymienników ciepła 6 ( 2 parowe) 4 ( 1 parowy) moc grzewcza [kw] moc chłodnicza [kw]

9 Dwa strumienie. Strumień 1 (45 o C, 170 o C, 390 kw) Strumień 2 (60 o C, 200 o C, 330 kw) po optymalizacji i zastosowaniu odzysku moc szczytowa Strumień 1 ( 90 kw) Strumień 2 ( 70 kw) Źródło [1] 9

10 Podstawowe zasady metody Integracji:: - nie stosować wymiany ciepła poprzez punkt pinch - nie stosować zewnętrznego chłodzenia punktem pinch - nie stosować zewnętrznego grzania poniżej pinch Metodą na przekazywanie ciepła poprzez pinch point jest zastosowanie pomp ciepła. Zastosowanie parownika w linii schładzanego strumienia poniżej pinch point a skraplacza w linii podgrzewanego strumienia powyżej pinch. Krzywe uporządkowane. 10

11 SO2, [mg/nm3] Qu, [MW] tm, [C] tp, [C] tp, superheater temperature outlet Qu, Thermal Power, MW tm, reheater temperature outlet SO2 in flue gas, [mg/nm3] Wykres wielkości chwilowych, na rys. Qu [MW] moc cieplna kotła. Może być zapotrzebowanie na ciepło, i.t.d

12 Parowa wydajność kotła, D[t/h] 6,4% 5,7% 12,0% Ilość godzin pracy z określoną wydajnością 4,0% 1,9% 7,0% 0,0% D 0,0% [t/h] 48% WYD 16,0% 8,1% 11,5% godz. 166 godz.(ok.16%) 119 godz. 84 godz. 127 godz. Test od dnia do dnia godz. 125 godz. 66 godz ,8% 12,3% 240 Sumaryczna liczba godzin pracy przy określonej wydajności kotła [godz.] Rys.12. Wykres obciążeń kotła w czasie testu spalania węgli LSC w 2007r ( ), EC Kraków, K-1 Wykres uporządkowany powstaje poprzez sortowanie w arkuszu kalkulacyjnym wartości chwilowych dla uzyskania zmienności obciążenia w formie krzywej malejącej od obciążeń największych do najmniejszych. Pole pod krzywą wykresu reprezentuje roczną produkcję lub zapotrzebowanie energii. 12

13 Wykres uporządkowany pozwala na określenie czasu trwania poszczególnych zakresów rozpatrywanej wielkości, np. wartości szczytowej Zastosowania wykresu uporządkowanego: - dobór wielkości jednostek podstawowych, podszczytowych i szczytowych dla zasilania systemu energetycznego lub grzewczego - wybór paliwa dla poszczególnych zakresów, szczególnie przy nośnikach sieciowych i konieczności optymalizacji mocy zamówionych - ocena podziału zużycia energii pomiędzy poszczególne odbiory energii i ciepła. W poradnikach ogrzewania można znaleźć wzory na przybliżone przedstawienie krzywych wykresu uporządkowanego dla systemów grzewczych. Pozwalają one na wprowadzenie równań wykresów do arkuszy kalkulacyjnych i obliczenia danych dla wykresów uporządkowanych dla systemów ciepłowniczych. Prowadzi to do lepszego projektowania systemów grzewczych, doboru kotłów i optymalizacji wykorzystania paliw w kotłowni wielopaliwowej (gaz/olej, biomasa/olej). 13