Pokłady możliwości Efektywność energetyczna klimatyzacji kopalń w świetle Systemu Zarządzania Energią. Paweł Borkowski, Marek Skowroński, Przemysław Szulc IV Konferencja Nowoczesne Systemy Klimatyzacji, Wentylacji i Utrzymania Ruchu w Górnictwie Podziemnym Lublin 7 8 czerwca 2018
Środowisko pracy, zagrożenia Sięganie po coraz głębiej zalegające złoże rud miedzi wymaga przekształcania niedostępnego i wrogiego człowiekowi środowiska w bezpieczne miejsce pracy. Jednym z zagrożeń, które w sposób ciągły działa na człowieka w czasie pracy jest zagrożenie klimatyczne. W celu jego minimalizacji człowiek musi wykorzystać swój potencjał intelektualny do tworzenia i stosowania innowacyjnych rozwiązań technicznych i nowoczesnych technologii wydobycia.
Zagrożenie klimatyczne Granica dostępności przez człowieka SYSTEMY KLIMATYZACJI Temperatura
Budowa systemu klimatyzacji centralnej PSK 1. Powierzchniowa stacja klimatyzacyjna (PSK). 2. Rurociągi w szybie lub w odwiertach. 3. Trójkomorowy podajnik hydrostatyczny (PES). 4. Sieć rurociągów dołowych z węzłami regulacyjno-pomiarowymi (WRP). 5. Punkty klimatyzacyjne składające się z: rozdzielaczy wody lodowej (RWL), zestawów wentylatorowo chłodniczych. RWL P E S WRP RWL
Nowoczesne układy klimatyzacji Nowoczesne układy klimatyzacji kopalń to złożone systemy hybrydowe łączące przede wszystkim wiedzę inżynierską (z zakresu konstrukcji i budowy maszyn, termodynamiki, hydrauliki, automatyki oraz eksploatacji) z nowymi rozwiązaniami technicznymi (z zakresu informatyki i systemów zarządzania) przy uwzględnieniu wpływu naturalnych warunków środowiskowych
Etapy budowy nowoczesnych układów klimatyzacji 1. Poznanie i analiza środowiska pracy. 2. Rozpoznanie zasady budowy i działania układów klimatyzacji. 3. Właściwe zdefiniowanie problemu do rozwiązania. 4. Poszukiwanie i wdrażanie nowych rozwiązań. 5. Nadążność za procesami zmian postęp wydobycia, zmiany prawne.
Uwarunkowania prawne Od 20.05.2016 r. zarządzanie energią stało się nie tylko dobrą praktyką inżynierską, wewnątrz firmy, ale również wymogiem prawnym. Ustawa z dnia 20 maja 2016 r. O efektywności energetycznej. wprowadza wymagania Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE. Norma z 15 czerwca 2011 r. EN ISO 50001:2011 Energy management systems Requirements with guidance for use. Polska wersja językowa PN-EN ISO 50001 została opublikowana 6 lipca 2012 roku.
Wymagania W czasach automatyzacji procesów technologicznych oraz powszechnego użytkowania maszyn i urządzeń ograniczających wysiłek fizyczny człowieka rośnie globalne zużycie energii, która powoli staje się towarem deficytowym. Wymagania X2 Zapotrzebowanie: na energie pierwotną do 2050; na energie elektryczną do 2030; Wg IEA 2008 Potrzeby /2 Zmniejszenie emisji CO 2 Wg IPCC 2007 Optymalizacja procesów technologicznych
Uwarunkowania naturalne Przemysł wydobywczy jest jednym z najbardziej energochłonnych działów gospodarki. Wraz ze wzrostem głębokości zalegania surowców naturalnych rośnie również zapotrzebowanie na energię elektryczną niezbędną do ich wydobycia z wnętrza ziemi. Istotne jest zatem właściwe zarządzanie energią, które jest kluczem do efektywnej (ekonomicznej) produkcji i bezpieczeństwa pracowników.
System zarządzania energią SZE AUDYT WEWNĘTRZNY DZIAŁANIA ZAPOBIEGAWCZE, POPRAWKI CIĄGŁE DOSKONALENIE SYSTEMU ZARZĄDZANIA, ULEPSZANIE SPRAWDZANIE ANALIZA DANYCH POLITYKA ENERGETYCZNA PLANOWANIE WDRAŻANIE ANALIZA TECHNICZNA OBIEKTU MONITORING, POMIARY PARAMETRÓW PRACY IMPLEMENTACJA ROZWIAZŃ
Możliwości działań Poznanie z jednej strony odbiorników energii i analiza ich efektywności (też sprawności), a z drugiej zapewnienie źródeł pozyskiwania niezbędnej ilości energii. A B C D E F G A B C D E F G
Dobór urządzeń chłodniczych Optymalny dobór urządzeń chłodniczych do warunków panujących w miejscu ich pracy: Temperatura, wilgotność i ilość powietrza, Temperatura i ilość wody lodowej, Odległość stanowisk pracy hałas, energia strumienia chłodnego powietrza, Efektywność energetyczna.
Zespoły wentylatorowo-chłodnicze Wodne chłodnice powietrza o mocy chłodniczej od 50 do 400 kw. Wentylatory: z silnikami o mocy elektrycznej od 9 do 22 kw, wydajność od 480 do 700 m 3 /min, ciśnienie spiętrzania od 650 do 1850 Pa hałas od 86 do 106 db w odległości 1 m od urządzenia i 71 do 98 db w odległości 10 m od urządzenia.
Punkty klimatyzacyjne Rozdzielacze - 42 kpl. Chłodnice -154 szt.
Zespoły wentylatorowo-chłodnicze Q p, T p1, X 1 Q w, T w1 T p2, X 2 Q s T w2 Lp. Q w m 3 /h T w1 C T w2 C Q p m 3 /s T p1 C X 1 % T p2 C X 2 % P chłod. kw P skroplin kw Q s kg/h η chłodnicy % 1 10 3 29,3 8,5 45 35 21,5 100 306,3 95,5 140,4 68,8 2 10 3 29,3 8,4 45 45 25 100 306,3 128,1 188,9 58,1 3 10 3 29,3 8,5 45 55 28,8 100 306,3 156,1 231,1 49 4 10 3 29,3 8,5 45 65 31,89 100 306,3 180,9 268,6 40,9 5 10 3 29,3 8,4 45 75 34,6 100 306,3 202,9 302 33,8 6 10 3 29,3 8,4 45 85 37,1 100 306,3 222,7 332,3 27,3
η, % Sprawność chłodnicy w funkcji wilgotności względnej 80 70 60 50 40 30 20 10 0 30 40 50 60 70 80 90 φ, %
Komory zraszania Komory zraszania w oddziale C-24
Zjawisko wymiany ciepła Chłodnice przenikanie Komory zraszania konwekcja T p T c D T p Tc D d r T 2 T 1 Wymiana ciepła poprzez konwekcję zachodzi nawet 3 krotnie szybciej
Efektywność procesu chłodzenia Większa efektywność procesu chłodzenia w komorach zraszania wynika z większej powierzchni wymiany ciepła, będącej sumą pól powierzchni miliardów kropelek rozpylonej wody.
Powierzchniowe stacje klimatyzacji centralnej
Monitoring i sterowanie
Zmiana oporów przepływu w funkcji średnicy rurociągu L.p. d Dd H str DH str e jdh De jdh mm - m - kwh/m 3-1. 300 1,0 10,2 1,0 0,04 1,0 2. 250 1,20 25,4 2,5 0,11 2,5 3. 200 1,50 77,5 7,6 0,32 7,6
H str [m] Zmiana oporów przepływu w funkcji średnicy rurociągu 80 70 60 50 40 30 20 10 0 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 Średnica [mm]
19 punktów klimatyzacyjnych wyposażonych w 70 chłodnic, 2 komory zraszania na C-12 i C-24, 9 maszyn klimatyzacyjnych, 94 370 m rurociągów 110, Ok. 28 000 m węży 75, 5 197 520 m 3 wody lodowej, 118 044 MWh energii chłodniczej Schemat SKC przy szybie R-IX T-159a T-153a H-10 H-14 W-159c T-159a T-160a SKC szybu R-XI PSK H-25 T-260b T-152a T-150a W-150a H-5 H-6 H-22 H-14 P E S T-145a punkty klimatyzacyjne maszyny klimatyzacyjne komory zraszania
Schemat SKC przy szybie R-XI 23 punktów klimatyzacyjnych wyposażonych w 84 chłodnice, 1 maszyna klimatyzacyjna, 15 290 m rurociągów 110, Ok. 25 000 m węży 75, 4 144 702 m 3 wody lodowej, 136 268 MWh energii chłodniczej. H-15 T-170 H-20 H-23 T-270 H-30 PSK Szyb GG-1 T-169a W-269d T-269a P E S H-14 P E S SKC szybu R-IX SKC szybu R-IX S-3 punkty klimatyzacyjne maszyny klimatyzacyjne
Diagnostyka Wprowadzenie do stosowania nowoczesnych systemów nadzoru i diagnostyki. O potrzebie i rodzaju stosowanej diagnostyki decyduje odpowiedzialność funkcji, jaką dany obiekt techniczny pełni w procesie technologicznym. W zakresie diagnostyki mechanicznej są to metody oparte na pomiarze procesów resztkowych: procesy wibroakustyczne, Drgania, jako procesy resztkowe towarzyszą funkcjonowaniu maszyn i odzwierciedlają najistotniejsze zjawiska zachodzące w maszynach odkształcenia, naprężenia, zderzenia elementów itp. Można je w łatwy sposób zmierzyć na korpusie maszyny nie ingerując w jej wnętrze. procesy termiczne. Pomiary termowizyjne polegają na rejestracji i pomiarze natężenia promieniowania podczerwonego, które jest emitowane przez wszystkie ciała o temperaturze wyższej temperatury 0 K (- 273,15 C). Ich pomiar stwarza możliwość bezinwazyjnej, a nawet bezkontaktowej oceny stanu technicznego maszyny, podczas normalnej eksploatacji pompy.
H, m, P,kW, eta, % H, m, P,kW, eta, % Diagnostyka DIAGNOSTYKA ENERGETYCZNA Prawidłowo dobrane i eksploatowane pompy powinny pracować z parametrami odpowiadającymi ich najwyższej sprawności. Rezultatem procesów destrukcji, oprócz generowania opisywanych wcześniej procesów resztkowych, jest również pogorszenie parametrów pracy. Rośnie zużycie energii, maleje wydajność i wysokość podnoszenia. W konsekwencji spada współczynnik sprawności. Stąd też istnieje konieczność monitorowania wartości parametrów charakteryzujących pracę pomp. 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 Q, m3/h 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 Q, m3/h
Inteligentny system zarządzania (ISZ) ISZ = < O, B, T, A, S > Oprogramowanie Sprzęt techniczny Baza danych ISZ Algorytmy analizy danych i sterowania Sieć telekomunikacyjna
Schemat przepływu informacji Operator Wspieranie decyzji Sterowanie KlimaNET System klimatyzacji centralnej Zarządzanie Analiza danych Diagnostyka
Klima NET
Audyt Cykl efektywności energetycznej życia układu a ISZ Efektywność pasywna Efektywność aktywna Wysokosprawne rozwiązania hydraulicznomechnicznoelektryczne Monitoring, diagnostyka, utrzymanie ruchu, automatyka Optymalizacja za pomocą ISZ, automatyki i regulacji ISZ
Przyszłość Telemetria Wiedza inżynierska Sztuczna inteligencja Sterowanie przez człowieka Auto sterowanie (pod nadzorem człowieka)
Podsumowanie Wzrost efektywności energetycznej układów klimatyzacji, możliwy jest poprzez szczegółową analizę ich działania oraz stworzenie właściwej struktury zarządzania. Określenie energochłonności układów klimatyzacji wymaga prześledzenia zjawisk, zachodzących na drodze przepływu cieczy z miejsca początkowego do końcowego. Ważny jest dobór urządzeń, których wskaźniki energochłonności stają się jednymi z głównych kryteriów dla podjęcia decyzji o wyborze dostawcy. Należy przeprowadzać szczegółowe analizy wpływu, wybranych urządzeń i maszyn, na działanie całości układu, a wynik energetyczny powinien być odniesiony do planowanego czasu eksploatacji. Jest zasadne monitorowane i wspieranie decyzyjne, przez system zarządzający poprawną pracą układu klimatyzacji jak również SZE, w celu zapewnienia możliwie największej efektywności działania oraz pewności ruchowej. Przy czym należy pamiętać, że każdy układ jest inny i do każdego należy podchodzić indywidualnie.
Dziękuję za uwagę 34 2018-06-11