OPTYMALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII W PRZEMYŚLE

Transkrypt

1 BalticBerg wrzesień 2018 OPTYMALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII W PRZEMYŚLE MONITORING MEDIÓW ZACZYNA SIĘ W NASZEJ GŁOWIE Praktyka, doświadczenie, metody O ARTYKULE Choć wydawać by się mogło, że energochłonne instalacje w przemyśle są poddawane szczególnemu monitoringowi ze względu na ich bardzo wysoki poziom, to jednak nie zawsze tak jest. Wynika to z błędnie przeprowadzonego opomiarowania bądź z niewłaściwego przyporządkowania kosztów do odpowiednich procesów produkcyjnych, co zaburza obraz zużycia energii przez całą linię produkcyjną. Analityka jest niezbędna, aby móc osiągać założoną efektywność, jednak to tylko jeden z elementów całej strategii optymalizacji. AUTOR Paweł Ziółkowski Senior Consultant BalticBerg Consulting Chemik i energetyk z blisko 30-letnią praktyką inżynierską i managerską. Odpowiedzialny za prowadzenie procesów technologicznych zarówno w tzw. produkcji podstawowej jak i pomocniczej. Kierował wieloma projektami optymalizacyjnymi w obszarze produkcji ciepła i energii elektrycznej, a także odzysku energii z procesów przemysłowych. Realizuje wiele projekty doradcze oraz audyt efektywności energetycznej, w tym min.: dotyczące procesów oczyszczania gazu ziemnego i produkcji helu, gospodarki nośnikiem ciepła w jednym z największych w Europie miejskich systemów grzewczych oraz poprawy efektywności instalacji rafineryjnych. Absolwent Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej, studiów podyplomowych w zakresie ochrony środowiska na Uniwersytecie Technologiczno-Przyrodniczym w Bydgoszczy, w zakresie eksploatacji maszyn i urządzeń energetycznych na Wydziale Mechanicznym, Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej oraz MBA w Akademii im L. Koźmińskiego w Warszawie. 1

2 Optymalizacja zużycia energii w przemyśle Wprowadzenie Choć wydawać by się mogło, że energochłonne instalacje w przemyśle są poddawane szczególnemu monitoringowi ze względu na ich bardzo wysoki poziom, to jednak nie zawsze tak jest. Wynika to z błędnie przeprowadzonego opomiarowania bądź z niewłaściwego przyporządkowania kosztów do odpowiednich procesów produkcyjnych, co zaburza obraz zużycia energii przez całą linię produkcyjną. Analityka jest niezbędna, aby móc osiągać założoną efektywność, jednak to tylko jeden z elementów całej strategii optymalizacji. Strategia, efektywność oraz obszary optymalizacji zużycia energii w przemyśle Praktyka zawodowa wciąż dostarcza nam nowych, zaskakujących doświadczeń w tym obszarze. Istnieją firmy, w których wiele mówi się o oszczędnościach w obszarze zarządzania energią, niekoniecznie w kontekście globalnym, raczej w kontekście pracy konkretnej linii produkcyjnej czy węzła produkcyjnego, a jednocześnie nie mierzy się zużycia energii w procesie. Brak pomiarów skutkuje brakiem wiedzy na temat rzeczywistych kosztów zużycia energii. Trzeba tu zaznaczyć, że montaż liczników pomiarowych sam w sobie nie generuje oszczędności. Liczniki dostarczają danych, które przy odpowiedniej wiedzy można spożytkować w celu ograniczenia zużycia. W powszechnej opinii koszty, jakie generuje produkcja, związane są wyłącznie z samym zużyciem energii elektrycznej, co jest dość mylnym uproszczeniem. Na przykład w wielu zakładach występuje duża konsumpcja ciepła technologicznego, pod postacią pary czy wody. Ciepło to wytwarzane jest z jakiegoś paliwa, np. gazu ziemnego. Często firmy nie są świadome, ile ciepła zużywają procesy produkcyjne, a ile potrzeby socjalne zakładu. Tymczasem potrzeby socjalne ulegają zmianom sezonowym i tym samym zaciemniają obraz rzeczywistego zużycia. Zdarza się, że firma zużywa własne paliwo, np. biomasę, i do wyjątków można zaliczyć firmy, które autentycznie panują nad tym, ile i z jaką efektywnością je wykorzystały. Mówiąc o efektywności wykorzystania paliwa, zrozumiała jest poprawność prowadzenia ruchu źródła ciepła. Można prowadzić ruch źródła ciepła zgodnie z dokumentacją technicznoruchową i osiągać sprawność procesu na poziomie bliskim 90%. To samo źródło prowadzone w sposób nieprawidłowy może dostarczać ciepło z efektywnością na poziomie 70%. Efektywność metod bezinwestycyjnych, służących optymalizacji kosztów zużycia energii Metody bezinwestycyjne wymagają od konsultanta dużego zaangażowania oraz zrozumienia organizacji produkcji i specyfiki realizowanych w przedsiębiorstwie procesów. W ramach działań bezinwestycyjnych można zmienić system pracy w firmie. Można też bliżej przyjrzeć się procesom technologicznym i zastanowić się, jakie operacje mogą te procesy zoptymalizować. Polega to nie tyle na eliminowaniu pewnych czynności, co raczej innym rozłożeniu ich w czasie. Możemy w ten sposób m.in. wyeliminować zjawisko wysokich chwilowych poborów energii i tym samym zmniejszyć moc zamówioną. Jest to przykład prostego działania nakierowanego na bezinwestycyjną optymalizację kosztów poprzez zmniejszenie składnika stałego w opłatach dystrybucyjnych za energię elektryczną. Metodą względnie bezkosztową jest np. wzmożenie kontroli instalacji parowych, monitorowanie czasu pracy urządzeń, zwłaszcza najbardziej energochłonnych. Inwestycja w postaci większego wysiłku w nadzorowanie przebiegu procesu przynosi wartościową informację o naszych instalacjach. Niemniej, sama informacja jeszcze nie generuje oszczędności należy ją jeszcze odpowiednio wykorzystać. Odwołując się do przykładu montażu liczników nie są one tanie, ale nie są też inwestycją drogą. Decyzję o montażu liczników powinna poprzedzać analiza struktury zużycia energii ukierunkowana na identyfikację najbardziej energochłonnych urządzeń. Niedawno uczestniczyłem w audycie, gdzie już na etapie gromadzenia danych przełamano pewne panujące w zakładzie stereotypy dotyczące zużycia energii. Okazało się, że obsługa techniczna miała świadomość kosztów energetycznych największych urządzeń, ale urządzenia wskazywane jako drugie, trzecie Optymalizacja zużycia energii w przemyśle - Copyright All rights reserved by BalticBerg Consulting 2

3 w kolejności nagle spadły na dalsze pozycje. Gdy zaczęliśmy je inwentaryzować i monitorować czas pracy, okazało się, że często te mniejsze urządzenia, pracujące po 7 godzin na zmianę, są większym konsumentem energii niż większe, pracujące po 2-3 godziny na zmianę. Do takich wniosków można dojść metodami bezinwazyjnymi, beznakładowymi lub niskonakładowymi. Mając wiedzę płynącą z przeprowadzonej analizy, można podjąć odpowiednie decyzje i zamiast 100 zakupić liczników i zainstalować je na najważniejszych urządzeniach. Ten przykład pokazuje, jak wydając 20% przewidzianej kwoty przeznaczonej na olicznikowanie, można czuwać nad 80% zużywanej energii. Metody bezkosztowe oraz niskokosztowe rekomendowane dyrektorom technicznym W pierwszej kolejności należy rekomendować proste metody realizowane systematycznie. Modelowym przykładem jest eksploatacja sieci sprężonego powietrza. Sprężone powietrze to bardzo drogi nośnik, co oczywiście nie oznacza, że zawsze generuje największe koszty. Na tym etapie mogą pojawić się pytania, czy należy zakupić ultradźwiękowe detektory nieszczelności, mierniki natężenia przepływu sprężonego powietrza itp. Jeśli jest to możliwe, należy usuwać nieszczelności od ręki, gdy tylko jest to możliwe, mimo, że w wielu zakładach panuje hałas i pracują one 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu i organoleptyczna detekcja nieszczelności może być trudna. Jeśli jednak firma pracuje 5 dni w tygodniu i w weekendy zakład nie pracuje, zalecane są cotygodniowe kontrole i usuwanie nieszczelności które słychać. Naturalnie nieszczelności, których nie słychać, też są powodem kosztów, ale od czegoś trzeba zacząć. Systematyczne kontrole mogą sprawić, że np. pojawi się możliwość odłożenia potrzeby zakupu sprężarki o rok albo dwa, w zasadzie niskonakładowymi metodami. Każdy zakład ma inne możliwości techniczne i organizacyjne w zakresie realizacji działań serwisowych czy diagnostycznych, ale najlepiej przeprowadzać taką kontrolę raz w tygodniu. Przygotowanie zakładu i przeprowadzenie skutecznego audytu energetycznego Aby dobrze przygotować audyt warto zaznajomić się z obecnie panującymi przepisami, a także wziąć udział w szkoleniu, by dowiedzieć się, czym właściwie jest audyt energetyczny, co rozumiemy pod pojęciami system zarządzania energią, audyt energetyczny przedsiębiorstwa, audyt efektywności energetycznej itp. Postanowienia Ustawy o efektywności energetycznej nakładają obowiązek przeprowadzenia audytu na duże przedsiębiorstwa. Wielu przedsiębiorców traktuje to jako przykry obowiązek, gdy inni od razu, korzystając z okazji, chcieliby przeprowadzić audyt efektywności energetycznej. Jako dobrą praktykę wskazałbym pewne stopniowanie działań; najpierw należy przeprowadzić audyt energetyczny przedsiębiorstwa, podczas którego identyfikuje się stan gospodarki energetycznej. Taki audyt wskazuje klientowi obszary, które szczególnie wymagają działań, np. opomiarowania, obszary w których można upatrywać dużego potencjału poprawy efektywności, a czasem generuje konkretne pomysły na działania optymalizacyjne. W dalszej kolejności należy przeprowadzić audyt efektywności energetycznej, którego celem jest zbadanie konkretnego przedsięwzięcia czy projektu. Audyt energetyczny przedsiębiorstwa dostarcza pewnych szacunkowych danych, które w niektórych przypadkach pozwalają oszacować opłacalność danego przedsięwzięcia. Dopiero audyt efektywności energetycznej umożliwia wykazanie konkretnych kosztów związanych z konsumpcją energii. Do audytu efektywności należy się przygotować już na etapie ofertowania tego typu usług. Należy mieć precyzyjnie określone zadania (przedsięwzięcia) dla których ma być przeprowadzony audyt efektywności energetycznej. Należy zgromadzić dokumentację na temat zakupów i danych pomiarowych związanych ze zużyciem energii związanym z realizowanym przedsięwzięciem. Często audytor przystępujący do audytu energetycznego przedsiębiorstwa jest postawiony w sytuacji, gdzie opomiarowane są jedynie przełącza energii elektrycznej czy energii cieplnej, tymczasem na wewnętrznych systemach dystrybucji energii nie ma żadnych liczników. Wielu klientów oczekuje od audytora przeprowadzenia pomiarów chwilowych. Jestem przeciwnikiem tego typu pomiarów, z wielu przyczyn. Samo przygotowanie się przedsiębiorstwa do audytu to proces, który powinien zacząć się od rozmowy z audytorem. Każda firma jest inna. Sposób nadzorowania gospodarki energetycznej może być inny, zakres opomiarowania i jego szczegółowość Optymalizacja zużycia energii w przemyśle - Copyright All rights reserved by BalticBerg Consulting 3

4 może być inna, wreszcie świadomość pracowników na temat ich wpływu na zużycie i koszt energii może być różny. Audytor pozostawiony sam sobie nie jest w stanie w krótkim czasie samodzielnie zgłębić wszystkich niuansów gospodarki energetycznej w firmie. Bez zaangażowania klienta, jego ścisłej współpracy z audytorem jedyną korzyść wynikającą z przeprowadzenia audytu stanowi dokument wymagany przez Urząd Regulacji Energetyki. Na podstawie powierzchownych informacji audytor może wyrobić sobie pogląd na temat gospodarki energetycznej zakładu i stworzyć na jego podstawie raport. Jednak przedsiębiorca nie będzie usatysfakcjonowany, przyjmując audyt zawierający informacje, o których wcześniej wiedział. Dopiero gdy zostaje zbudowana relacja audytor przedsiębiorstwo, powstaje możliwość wspólnego zgromadzenia danych, które pozwolą na dalszą optymalizację procesów. Problemy najczęściej pojawiające się przy realizacji audytu energetycznego Nawet w dużych firmach, będących oddziałami podmiotów międzynarodowych, poziom zarządzania paliwami z własnych źródeł pozostawia wiele do życzenia. Jeśli chodzi o same obszary zastosowania: BalticBerg Consulting brało kiedyś udział w audycie, w trakcie którego technolodzy produkcji sami przyznali, że zasadniczo nie wiedzą, jak konsumowane jest 60% energii zużywanej na zakładzie. Te 60% przeznaczone było na szeroko pojętą produkcję, ale bez wiedzy, na jakie linie produkcyjne, na jakie rodzaje produktów. Okazało się, że liczniki zostały zainstalowane w taki sposób, że w ogóle nie służą monitorowaniu efektywności procesów realizowanych przez firmę, a wyłącznie alokacji kosztów na poszczególne działy firmy wyszczególnione w strukturze organizacyjnej. Rzeczą niewiadomą było to, czy w danym momencie, w danym obszarze energia była zużywana przez pracujące maszyny, czy na przykład na oświetlenie hal. Ustawa o efektywności energetycznej zakłada, że w czasie audytu analizie należy poddać: budynki, procesy przemysłowe oraz transport, czyli czynności angażujące 90% zużycia energii w przedsiębiorstwie. Zakładając, że główne zadania firmy nie bazują na działalności biurowej, magazynowej, logistycznej, to procesy przemysłowe konsumują lwią część energii. Jasne jest, że jeśli ogrzewanie i oświetlenie miejsca pracy absorbuje kilka procent zużywanej energii elektrycznej, to niemożliwe jest obniżenie zużycia w tym obszarze np. o połowę. Główny nacisk w czasie audytu należy położyć na procesy produkcyjne. Możliwe miejsca zastosowania optymalizacji procesów w ramach audytu poza przemysłem Mówiąc o procesach w kontekście ustawy o efektywności energetycznej, mówimy o procesach produkcji, a to należy rozumieć jako ciąg czynności w wyniku których surowce i półprodukty są przekształcane w wyroby gotowe. O procesach w tym sensie możemy mówić tylko w przemyśle. Zupełnie innym aspektem jest oświetlenie czy ogrzewanie obiektów użyteczności publicznej bądź usługowych. Jest to raczej zużycie energii przez systemy funkcjonalne obiektów niż zużycie w procesach. Dobrym przykładem różnic w podejściu do optymalizacji zużycia energii w różnych sektorach gospodarki jest porównanie podejścia do optymalizacji oświetlenia w obiektach handlowych i przemysłowych. Ze względu na specyfikę rynku, wynikającą z niskich marż, zarządzający obiektami handlowymi dostrzegają opłacalność inwestowania w optymalizację kosztów oświetlenia. Okazuje się, że opłacalne jest stosowanie rozwiązań które nie znajdują zainteresowania w innych sektorach. Managerów sieci handlowych nie trzeba specjalnie przekonywać do potrzeby przeprowadzenia określonych działań, jeśli się udowodni, że taki zabieg pozwoli wypracować wymierne oszczędności. W przypadku obiektów przemysłowych rozumowanie jest takie: jeśli na oświetlenie przeznaczone jest 0,5% ogólnych wydatków na energię, to oszczędności lepiej szukać w innych obszarach działalności przedsiębiorstwa. Tworzenie systemu zarządzania energią najlepsze praktyki Aby powołać skuteczny system zarządzania energią, w pierwszej kolejności należy zdefiniować cele. Może to być pozyskanie precyzyjnych informacji o przebiegu procesu, operacji, fazy produkcji albo możliwość określenia sumarycznego wskaźnika energochłonności. Określenie celu determinuje poziom zaawansowania systemu, Optymalizacja zużycia energii w przemyśle - Copyright All rights reserved by BalticBerg Consulting 4

5 jego skomplikowania. Czasem wystarczy dobrze skonfigurowany plik arkusza kalkulacyjnego. Najważniejsze są jakość i ilość danych. W najgorszym wypadku można raz na dobę spisywać liczniki. Można też wyposażyć się w narzędzie typu Process Management Application jednakże najważniejsze jest to, jakimi danymi zasili się ten system. Jeśli nie jesteśmy w stanie gromadzić precyzyjnych danych, powinniśmy stworzyć prosty w obsłudze system, taki który nie zaangażuje zasobów np. służb utrzymania ruchu do zbierania i monitorowania danych. Metody pomiaru i bilansowania elektrociepłowni Wyróżnia się, co do zasady, dwie metody: bazującą na pomiarach oraz bazującą na szacunkach. Naturalnie znacznie lepsza jest ta pierwsza. Jeśli nie dysponujemy przyrządami pomiarowymi, trzeba oprzeć się na szacunkach, wiedzy o mocach zainstalowanych, obserwacjach i wiedzy eksperckiej pracowników. Jeśli jesteśmy w stanie poddać pomiarowi przynajmniej część zużywanych i produkowanych strumieni energii, zyskujemy znacznie lepszy obraz rzeczywistej sytuacji. Bazując na szacunkach, prędzej czy później przyjdzie nam zmierzyć się ze skutkami własnych błędów i stereotypów. W przypadku kotłów energetycznych warto pomiary ruchowe wykorzystać do bilansowania i próbować odpowiedzieć na pytanie o źródła strat zamiast szacować wysokość straty kominowej i pozbawić się możliwości wnioskowania o ich przyczynach. Wykorzystanie systemów sterowania i nadzoru Bardzo dobrym przykładem są nowoczesne sprężarki powietrza są one wyposażone w sterowniki nadzorujące ich pracę, część danych jest edytowana na ekranie obsługowym, ale często wśród dostępnych danych nie ma poboru energii. Zazwyczaj dopiero po rozmowie z serwisantem urządzenia uzyskujemy dostęp do potrzebnych danych. Bardzo często istnieje możliwość rekonfiguracji panelu sterowniczego a nawet możliwość eksportu danych o zużyciu energii i produkcji sprężonego powietrza do centralnego systemu sterowania procesem produkcyjnym. A wtedy możemy dowolnie konfigurować system monitorowania efektywności produkcji i zużycia tego nośnika energii. Podsumowanie Przy szukaniu najlepszych metod oszczędności i optymalizacji zużycia energii w przemyśle należy działać wielotorowo. W BalticBerg radzimy między innymi: definiować cele, monitorować zużycie, porównywać z innymi parametrami ruchu instalacji a także projektować systemy pomiarowe w sposób rozsądny i przemyślany. Zapraszamy do kontaktu z BalticBerg! O BalticBerg BalticBerg zajmuje się wspieraniem organizacji w zwiększaniu efektywności operacyjnej przedsiębiorstw. Specjalizujemy się w doskonaleniu procesów zarządzania technicznego, produkcji, utrzymania ruchu oraz strukturyzacji przedsiębiorstw przemysłowych. Naszą firmę cechuje kreatywność w dostosowywaniu rozwiązań i metod do statusu, kultury organizacyjnej oraz wyzwań naszych Klientów. Naszym celem jest zdiagnozowanie miejsc do potencjalnego doskonalenia, zwartościowanie i uszeregowanie ich wspólnie z Klientem, a następnie ułożenie realnego i popartego doświadczeniem planu doskonalenia operacyjnego. Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą: oraz do kontaktu: info@balticberg.com BalticBerg Consulting Sp. z o.o. Sp. k. ul. Stawki 2, Warszawa REGON: , NIP: Tel info@balticberg.com Optymalizacja zużycia energii w przemyśle - Copyright All rights reserved by BalticBerg Consulting 5