Енергийна ефективност в автомобилостроенето – част 1

Енергийна ефективностСп. Енерджи ревю - брой 3, 2020 • 14.05.2020

Автомобилостроенето се характеризира с дълга и сложна верига на доставките, която обхваща производството на суровини (стомана, алуминий, пластмаса и стъкло), фабрично произведени части и подсистеми, асемблирането на тези компоненти и дистрибуцията и продажбите на превозните средства. Секторът активно оказва въздействие и се влияе от други енергийно интензивни отрасли, което означава, че икономическите и екологичните аспекти в производството на автомобили до голяма степен се отразяват и на производството на стомана, стъкло, пластмаса и каучук.

Енергията, използвана в едно предприятие от автомобилната индустрия, може да бъде класифицирана като първична и вторична. Първият вид включва електроенергия и гориво. Сгъстеният въздух, охладената и горещата вода и парата са примери за носители на вторична енергия, които се генерират от първичните източници. Поради огромното потребление на вторични енергоносители повечето предприятия от автомобилния сектор захранват производствените си линии с помощта на система за преобразуване и пренос на енергия, разположена на площадката. Електроенергията и парата обикновено се генерират в централна локация, след което се разпределят до отделните съоръжения (сградни системи, оборудване и услуги) за специфични цели. Системите, задвижвани от сгъстен въздух и двигатели (конвейери, манипулиране с материали, роботи и др.), в повечето случаи са разположени по-близо до точките на потребление.

 

Съоръжения и енергопотребление

Консумацията на електроенергия от съоръжения и системи в цялата заводска инфраструктура се разпределя между боядисването (27-50%), отоплението, вентилацията и климатизацията (11-20%), осветлението (14-15%), генерирането на сгъстен въздух (9-14%), заваряването (9-11%) и манипулирането с материали/инструменти (7-8%). Потреблението на енергия за осветление зависи от изискванията на производствената площадка, сградната структура и наличието на дневна светлина. В зоните с интензивен ръчен труд (например цеховете за асемблиране) енергоконсумацията за осветление е по-висока. ОВК инсталацията осигурява въздух за кабините за боядисване на детайли и климатизация на работните зони. Необходима е оптимална ефективност на ОВК инсталацията, за да се гарантира максимална производителност и висококачествено боядисване на крайния продукт.

Двигателите са сред най-големите консуматори на електроенергия в заводите от автомобилния сектор, особено в цеховете за асемблиране. Те се използват в различни системи – ОВК, получаване на сгъстен въздух, вентилатори, помпи, роботи, както и в процеси като например щанцоване. Потреблението на електрическа енергия за манипулирането с материали и инструменти е свързано с функционирането на конвейери и роботи.

Вентилаторите също консумират големи количества електроенергия, особено при процесите на боядисване, където се изискват високи нива на вентилация. Системите за сгъстен въздух също се срещат навсякъде в заводите за производство на автомобили. Сгъстеният въздух се използва широко в различни процеси и съоръжения – щанцоване, асемблиране, боядисване, почистване и др. Въпреки че сгъстеният въздух е чист и безопасен, той е много неефективен, тъй като едва 10% от електроенергията, вложена в производството му, се трансформира в полезна енергия.

В автомобилостроенето се използва разнообразие от заваръчни техники за перманентното съединяване на компонентите на превозното средство – точково, лазерно, MIG или MAG заваряване. Енергопотреблението за заваръчни процеси зависи линейно от броя произведени части за определен период от време. Постоянно нарастващите изисквания за по-леки и по-издръжливи материали налага необходимостта от модифициране на заваръчните процеси в автомобилостроенето, което ще доведе и до изменения в консумацията на енергия.

 

Общи мерки за подобряване на ефективността

Производителите на превозни средства непрекъснато подобряват енергийния мениджмънт с цел редуциране на консумацията на енергия и реализиране на по-големи енергийни спестявания. Оценката на енергопотреблението чрез различни модели е от ключово значение за внедряването на кратко-, средно- и дългосрочни стратегии за понижаване и оптимизиране на използването на енергия в предприятията от автомобилостроенето. Един от най-разпространените енергийни модели използва индикатори за изразяване на енергоконсумацията за производството на един автомобил (MWh/превозно средство).

Съществуват редица общи мерки за подобряване на енергийната ефективност в автомобилостроенето. Комбинираните (когенерационни) системи оползотворяват топлинната енергия, която в противен случай би се загубила, за производството на гореща вода или пара. Използването на когенерация може да доведе до намаляване на производствените разходи и редуциране на въздействията върху околната среда, особено за процеси с целогодишно високо потребление на топлинна енергия, каквито са характерни за бояджийските цехове например. Общата ефективност на конвенционалното разделно производство на електрическа и топлинна енергия в един завод от автомобилостроенето може да нарасне от 40 до 85%, ако се внедри когенерационна система. Допълнителна ефективност и енергийни спестявания могат да се реализират чрез интегрирането на технология за абсорбционно охлаждане в система за тригенерация.

Поради високата степен на автоматизация на автомобилните заводи двигателите са сред основните консуматори на енергия, като потреблението нараства значително, ако производствената площадка включва и цех за щанцоване. Чрез честотни регулатори, намаляващи скоростта на двигателя посредством контролиране на статорното напрежение, потреблението на енергия от моторите може значително да се ограничи. В зависимост от приложението енергийните спестявания вследствие на употребата на честотни регулатори варират между 7 и 60%.

Конвейерите се използват широко в автомобилостроенето и отговарят за голям дял от общата енергоконсумация на един завод. Това може да се промени чрез реализирането на конвейери с по-ефективни компоненти, например ролки, задвижващи системи и транспортни ленти/вериги. Използването на ефективни транспортни ленти може да доведе до понижаване на натоварването на двигателя с 2-10%.

Ефективните осветителни системи, използващи максимално дневната светлина, светодиодни осветители или автоматично управление чрез сензори за движение могат също да допринесат за постигането на енергийни спестявания. Внедряването на енергийно ефективно осветление в цеха за асемблиране например може да доведе до редуциране на общото потребление на енергия с близо 5%. Стратегиите за енергийна ефективност на ОВК инсталацията включват използването на високоефективни електрически чилъри, соларна енергия за отопление, повторна употреба на охлаждаща вода от други източници, което се отразява положително и на консумацията на вода (до 20% намаление), както и внедряване на технологии за управление на температурата и влажността чрез оползотворяване на наличната топлинна енергия.

Високата ефективност на системите за сгъстен въздух превръща оптималното ползване на енергията и оползотворяването на топлината в основни теми в автомобилния сектор. В това отношение се прилагат различни стратегии за подобряване на енергийната ефективност – ограничаване на течовете в тръбите (20% енергийни спестявания), минимизиране на пада на налягането (5-6% енергийни спестявания), включване и изключване на системите спрямо производствените нужди.

Алтернативно решение е внасянето на радикални структурни изменения в системата за сгъстен въздух, например подмяна на пневматичните двигатели с електрически, които консумират 7 пъти по-малко електроенергия, заменяне на пневматичните вендузи с магнити или използването на гумени маркучи вместо плетени, което може да доведе до понижаване на потребностите от сгъстен въздух (от 12,5 до 71,4% в зависимост от производството) и на загубите от разпределение.

Статията продължава в следващ брой.


Top