Енергиен мениджмънт в индустрията

ЕлектроапаратурaСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2006

 

Възможности за минимизиране разходите за електрическа енергия в индустрията

Според данните от наскоро направено проучване, когато се говори за енергийна ефективност в държавите от Западна Европа, се има предвид битовият сектор. Защото там индустрията - във всичките й направления, много отдавна е осъзнала необходимостта от разработване и прилагане на цялостни програми за оптимизиране потреблението на електрическа енергия. Според мнението на утвърдени български специалисти, ситуацията у нас е коренно различна. До степен, в която енергийната ефективност в промишлеността все още е доста пожелателно понятие. Но в днешни дни, когато цените на първичните енергийни източници бележат все по-пикови нива и дългосрочните тенденции в пазарното им ценообразуване не вещаят обрати, все по-актуални ще стават мероприятията, насочени към разработване и изпълнение на цялостни програми за оптимизиране потреблението на електроенергия. Друг фактор, който просто ще задължи индустриалния сектор да обърне сериозно внимание на фактора разходи за електрическа енергия е "чукащата на вратата" конкуренция от страна на големите индустриални играчи от Западна Европа, които са доста по-напред от нас по отношение на енергийната ефективност.

Интересен е въпросът какъв е делът на електроенергията сред основните производствени разходи в различните направления на индустрията. Доколкото, разбира се, в момента в България се провеждат сериозни браншови изследвания, в някои енергоемки производства този дял е над 20%. От няколко години на пазара в страната работят фирми, занимаващи се с разработване и изпълнение на

цялостни програми на повишаване на енергийната ефективност

включително оптимизиране потреблението на електрическа енергия в областта на индустрията. Пакетите от мерки, целящи намаляване на разходите за електроенергия на един промишлен обект, могат да бъдат насочени основно в две посоки. Първата - изискваща по-големи инвестиции и оптимизираща електропотреблението в дългосрочен план, включва набелязването и изпълнението на мероприятия за ограничаване на консумацията. При втората алтернатива промишлените обекти запазват текущата си консумация на електроенергия, но се възползват от всички възможности, които им предоставя либерализацията на електроенергийния пазар, за да договорят със съответните участници в него преференциални цени, предвид огромните количества, които консумират. Отделен, разбира се, остава въпросът на какъв етап е либерализацията на електроенергийния пазар и доколко държавата е осигурила необходимите условия за конкуренция на този пазар.

Намаляване на разходите без понижаване
на консумацията

Използването на първия подход за понижаване на разходите за електроенергия предполага много добро познаване на електроенергийния пазар у нас - като участници, нормативна и законова база, бъдещо развитие (разбира се, ако приемем, че съществува последователност в развитието на пазара). За да се приложи този подход, самият индустриален обект трябва да разполага с добре подготвен и добре мотивиран екип, който да завърши успешно преговорите директно с производителите и съответните разпределителни дружества.

Друг подход включва оптимизиране на товаровия график. Индустриалните потребители, поради големите количества електроенергия, които консумират, измерват електропотреблението си най-вече с тритарифни електромери. За да се намали стойността, която предприятието заплаща за електроенергия, е необходимо прецизно да се изчисли консумацията на върховата, дневната и нощната електрическа енергия за месеца. Изчисленията се базират на товаровия график - проектен, ако става въпрос за предварително проучване на предприятие, което е в процес на изграждане, или реален, в случай че обследването се прави за работещ завод. В изчислението се отчита и инвестицията в електромери и система за събиране, обработка и анализ на данните. Крайната цел е да се управлява товаровият график така, че най-енергоемките дейности да се концентрират в периодите на най-евтина електроенергия. В тази връзка е възможно да се наложи въвеждането на нестандартен режим на работа на предприятието, с цел намаляване на разходите за електроенергия. Управлението на товаровия график в посока натоварване на производствените мощности в часовете на по-евтина електрическа енергия невинаги е технологично възможно. От друга страна, преминаването на предприятието към нестандартен режим на работа е свързано и с по-високи разходи за работни заплати. Поради изброените причини, изпълнението на този вид мероприятия според мнението на експерти следва да се оцени комплексно.

Друг подход за намаляване разходите на предприятията за електрическа енергия, без да се ограничава потреблението, е изпълнение на мероприятия, целящи постигането на съответствие между регламентирания и реално постигнатия фактор на мощността cosj. По този начин предприятието ще си спести надбавките, които заплаща всеки месец, в зависимост от регистрираното отклонение между предписания и постигнатия фактор на мощността. На българския пазар се предлага апаратура за компенсиране на реактивната енергия, която предприятията връщат в мрежата, и за оптимизиране стойността на фактора на мощността от почти всички водещи европейски производители. Присъстват и инженерингови фирми, които разполагат с необходимия опит и техническо ноу-хау да решат подобни оптимизационни задачи. Изпълнението на мероприятия в описаната посока се разглежда като ефективно от всички засегнати страни - промишлените предприятия, електроразпределителните дружества и НЕК.

Намаляване на разходите чрез ограничаване на потреблението

Вторият основен подход за намаляване на разходите за електрическа енергия включва разработване и изпълнение на програма за ограничаване на потреблението. Когато става въпрос за индустриално предприятие, консумацията на електрическа енергия би могла да се намали чрез работа в две основни насоки - чрез технологично оптимизиране или чрез ограничаване загубите на мощност и електрическа енергия в електроснабдителната система на завода. Често в програмите за оптимизиране потреблението на електроенергия се набелязват комбинирани мероприятия.

Оценяването на чисто технологичните възможности за намаляване на потреблението е сложен процес, който изисква задълбочено познаване на наличните към дадения момент технологии. Всяко производство се характеризира с т.нар. теоретичен минимум в консумацията на електрическа енергия. От своя страна, наличните технологии имат идеална консумация, която се постига при идеално протичане на процеса.

За да се направи прецизен анализ на възможностите за икономия на електрическа енергия, трябва да са известни и консумацията в процеса на внедряване на технологията и в процеса на експлоатацията й. По принцип, колкото по-нискоенергоемка е дадена технология, съвсем естествено толкова по-големи са възможностите, които предлага за енергоспестяване в сравнение с други технологии. От друга страна, вярно е и твърдението, че колкото по-нискоенергоемка е една технология, толкова по-скъпи и трудноизпълними са мероприятията за допълнително намаляване на разхода на електроенергия. Най-висок е специфичният разход на електроенергия в процеса на внедряване на дадена технология. В процеса на експлоатацията й поради редица фактори, сред които познаването на спецификите на технологията от страна на експлоатационния персонал, специфичният разход намалява. В крайна сметка въпросът коя технология да се избере в процеса на проектиране на нови производствени мощности, дали да се запази старата технология, като се предприемат мероприятия за повишаване на енергийната ефективност, или да се предприеме цялостната й замяна с по-нискоенергоемка в съществуващ завод, е икономически.

Друг подход за минимизиране потреблението на електрическа енергия включва оптимизиране работата на самата електроснабдителна система на предприятието. Възможни са различни подходи, включително:

  • избор на оптимално захранващо напрежение на отделните технологични етапи и производственото предприятие като цяло;
  • повишаване на качеството на електрическата енергия;
  • компенсиране на реактивните товари в системата;
  • поддържане на оптималния за конкретното приложение работещ брой силови трансформатори. В случаите, при които в електроснабдителната система на промишленото предприятие са включени еднакви като тип и мощност трансформатори, доколко включването на трансформатор е изгодно се определя чрез зависимостта:

Kн і |Ц(n+1)/nЦ(DP + KeDQ)/(DPk + KeDQк)|,

в която

DP (kW) са загубите на активна мощност на празен ход;

DPk - загуби на активна мощност в режим на късо съединение;

DQ (kVAr) са загубите на реактивна мощност на празен ход;

DQк (kVAr) - загуби на реактивна мощност в режим на късо съединение;

Kе - коефициент, отразяващ увеличението на загубите на активна мощност в мрежата поради присъствието на индуктивни товари.

Аналогично, изключването на един от работещите трансформатори се счита за изгодно, когато Kн Ј |Ц(n + 1)/nЦ(DP + KeDQ)/(DPk + KeDQк). В приложения, при които в електроснабдителната система на предприятието са включени различни като тип и мощност трансформатори, доколко включването, респективно изключването, е изгодно е доста по-сложен въпрос. В този случай решението на задачата се базира на необходимостта от определяне на зависимостта между загубите на мощност и натоварването на трансформаторите.

  •  друга мярка в посока намаляване на консумацията на електрическа енергия включва поддържане на оптимална стойност на напрежението в електроснабдителната система на предприятието.

Оптимизиране потреблението на основни потребители

Сред най-големите потребители на електрическа енергия в областта на индустрията са електрическите двигатели, преобладаващ дял от които имат асинхронните. Счита се, че ако средното натоварване на двигателя е 45% от номиналното, е икономически целесъобразно той да бъде подменен с модел, имащ по-малка номинална мощност. В приложения, при които натоварването на електрическия двигател е по-високо от 40%, но по-ниско от 70%, решението за замяна се прави след обстоен анализ. Първоначално се пресмята реалният коефициент на натоварване в зависимост от режима на работа на двигателя - с относително равномерно натоварване, с циклично натоварване без изключване на двигателя между циклите, с циклично натоварване с изключване на двигателя в края на циклите и с непериодично и нециклично натоварване. След като е изчислен коефициентът на натоварване, се изчисляват т.нар. загуби на мощност и в зависимост от тях се определя доколко инвестицията в нов двигател е целесъобразна.

Друг значителен консуматор на електрическа енергия в промишлените предприятия са компресорните уредби. В зависимост от спецификата на конкретния производствен процес делът на електроенергията за производство на компресиран въздух може да бъде значителен. Съществуват различни подходи за реализиране на икономия на електрическа енергия при компресорните уредби, включително автоматизация на работата им. Друг начин за оптимизиране консумацията на компресорите е намаляване на работното им налягане. Често, тъй като предприятието разполага с изградена мрежа за сгъстен въздух, с налягането под което се подава флуидът в нея, се захранват и консуматори, които би следвало да работят с други параметри. Захранването на определени консуматори с въздух с по-високо налягане от необходимото се явява източник на преразход на енергия, който в редица случаи би могъл да се определи като значителен. Консумацията на електроенергия от компресорните уредби се оптимизира и чрез ограничаване на загубите на въздух в преносната тръбопроводна мрежа. Загубите са правопропорционални на броя на местата, в които има утечки на въздух; обема на въздуха, преминал през неплътностите в системата, разхода на електроенергия за производството на 1 m3 сгъстен въздух и периода от време, през който тръбопроводът се намира под налягане. Друг подход, свързан с повишаване на енергийната ефективност на компресорните уредби, включва намаляване на загубите на топлинна енергия при преноса на сгъстения въздух до консуматорите. За целта разпределителните въздухопроводи се топлоизолират. Съвсем естествено, икономията на електрическа енергия е правопропорционална на температурната разлика преди и след поставянето на топлоизолацията. В практиката, за да се намали потреблението на електроенергия от компресорните уредби, са се наложили и други мероприятия, включително замяна на сгъстения въздух с вентилаторно нагнетяване. Според редица специалисти, ако някои инструменти с пневматично захранване се заменят с електрически, ще се реализира икономия средно с до 10%. Тъй като въпросът е спорен, конкретните възможности за икономия се оценяват в зависимост от конкретните изисквания.

Сериозен консуматор на електроенергия в промишлените предприятия са помпените агрегати. Обследването на заводите с цел повишаване на енергийната им ефективност задължително включва анализ на състоянието на помпи в експлоатация и набелязване на мероприятия за понижаване на консумацията им. Сред насоките, в които се работи, са оптимизиране на натоварването и регулирането на помпите, ограничаване загубите и разходите за вода, усъвършенстване на системите за охлаждане и др.

На обследване подлежат също така вентилационните уредби, хладилните уредби, осветителните системи и др. Качественият анализ на консумацията, техническото им състояние и познаването на най-добрите като енергийна ефективност налични техники допринася за набелязване на адекватни и икономически ефективни мероприятия за повишаване на енергийната ефективност.

Системи за контрол на електро-потреблението

Изграждането на системи за дистанционно отчитане и контрол на електромерите е основен инструмент за разработване и прилагане на програми за оптимизиране консумацията на електрическа енергия. Освен да автоматизират процеса на прочит на текущата консумация, системите осигуряват информация за качеството на електрическата енергия и надеждността в доставянето й. За целта системите следят текущите стойности на тока и напрежението, фазовите ъгли и екстремумите им за определен период от време. Също така, анализират хармониците и следят синусоидалната форма на напрежението и тока. В този случай вече е основателно да се говори за автоматизирани платформи за мониторинг, анализ и контрол на електропотреблението в едно промишлено предприятие. Системите предлагат големи възможности за повишаване на икономическата ефективност на промишлените предприятия. Специфика на системите за дистанционно отчитане и контрол на електромерите е интегрирането им със SCADA системи. По този начин цялата събрана, обработена и архивирана информация се предоставя на потребителите във вид на различни графични и таблични справки.

Като концепция съвременните системи са базирани на отворени комуникационни технологии, което позволява изграждането на мащабни структури. Сред най-новите насоки в развитието им е използването на възможностите, които предлага глобалната информационна мрежа. Сред предимствата е икономичността и Web достъпът от всяка точка на света.

Етапи на оптимизационните програми

Всеки специалист, работещ в областта на енергийния мениджмънт, би заявил, че разработването на ефективна програма започва с обективен и точен анализ на електропотреблението в конкретния промишлен обект. За да се анализира консумацията, е необходимо да се осигури информация на реалното потребление на всички мощности, обхванати от съответното производство. Колкото по-пълна и в дългосрочен план е събраната информация, толкова по-коректни ще бъдат резултатите от направения анализ. На практика, за да се осигури пълна информационна картина на електропотреблението в обследвания обект, се изграждат цялостни системи за измерване консумацията на електроенергия във всички ключови места - агрегати, трансформатори, подстанции, производствени линии и др., както и на самия промишлен обект като цяло. Обикновено, системите осигуряват събиране, обработка и анализ на натрупаната информация. Изграждането им изисква както компетентност от страна на изпълнителя, така и цялостно съдействие от страна на всички управленски и изпълнителски нива в обследвания индустриален обект. Необходимо е да се има предвид, че въпреки съществуването на обща методология за разработване на програми за оптимизиране потреблението на електроенергия в промишлени обекти, процесът е строго специфичен за всяко едно отделно предприятие. Разработването на програма е строго индивидуално с оглед характерните особености на протичащите производствени процеси. Друг фактор, който следва да бъде оценен, е организацията на работа в конкретния промишлен обект. Разработването и изпълнението на програми за енергиен мениджмънт се базира на няколко основни етапа:

Основен определящ фактор за успеха на една програма е осъзнатата необходимост от страна на мениджърския екип за реалното изпълнение на мероприятия, целящи оптимизиране на потреблението. Обикновено, фирмите занимаващи се с енергийно обследване, съветват да се създаде екип от специалисти - представители на основните производствени звена, които познават в дълбочина спецификите на технологичните процеси и организацията на работа в тях. Необходимо е да се обърне специално внимание на тези производства, които се явяват най-големите консуматори на електрическа енергия.

Вторият етап на практика включва разработването на самата програма. Важен елемент от етапа е анализът на структурата на електропотреблението в текущия момент и за последните години. Наличието на достатъчно достоверна информация за електропотреблението в минали периоди е важно с оглед предвиждане на бъдещата консумация на базата на очерталата се тенденция. Необходимо е също и да се анализира техническото състояние на съществуващото електрообзавеждане, както и да се изгради система за измерване и контрол на електропотреблението във всички критични точки. Моделират се различни варианти за икономия на електроенергия. Чрез използването на технико-икономически анализ се избира най-подходящият модел. Редица експерти съветват внимателно да се оцени рискът от прекомерно големи инвестиции в изпълнението на мероприятия, включващи скъпоструващи технологични реконструкции с дълъг период на изплащане. По тази причина прецизният анализ задължително следва да отчита и възвращаемостта на предвидените инвестиции, предвид очакваните икономии на електроенергия.

Последният етап от изпълнението на програмата е самата й реализация. Ясно трябва да се формулират крайните цели по отношение оптимизирането на електропотреблението. Преди да се пристъпи към реално изпълнение на набелязаните мероприятия, е необходимо да има пълна яснота за необходимите капиталовложения и приоритета в изпълнението на отделните етапи от програмата. Изяснява се редът и последователността на монтажните работи на необходимите средства за измерване и контрол. В процеса на изпълнението на подобни програми се прави периодичен анализ на постигнатите резултати с цел своевременна актуализация на програмата.

Програмите за оптимизация потреблението на електрическа енергия могат да обхващат само определен етап от производствения процес в предприятието или дори само определено технологично оборудване.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top