Технологии за енергиен мениджмънт

Решения за повишаване на енергийната ефективност на индустриални и ютилити компании

През последното десетилетие енергийната ефективност и използването на възобновяеми източници на енергия се наложиха като основни инструменти за намаляване на емисиите от парникови газове и постигане на устойчиво развитие. Прилагането им е непрекъснат процес, в който се включват все повече участници от всички икономически сфери. Мерките за подобряване на енергийната ефективност от опция се превърнаха в необходимост и вече са основополагащ елемент от корпоративната политика на всяка голяма компания по света.

По своята същност енергийният мениджмънт представлява планиране и контрол върху работата на съоръженията, консумиращи енергия. Осъществява се на базата на комплексни автоматизирани системи за анализ, наблюдение и реализация на мероприятия, целящи повишаване на енергийната ефективност на компаниите. Системите за енергиен мениджмънт могат да бъдат изградени на базата на съществуващите устройства за измерване и комуникация и да обхващат всички енергийни консуматори в обекта или само част от тях.

Енергийно обследване

Разработването на ефективна програма за енергоспестяване започва с обективен и точен анализ на потреблението на енергийните ресурси в даден обект. За да се анализира консумацията, е необходимо да се осигури информация за реалното потребление на всички мощности в обекта. 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 потреблението на енергийни ресурси в обследвания обект, се изграждат цялостни системи за измерване консумацията във всички ключови места - агрегати, трансформатори, подстанции, производствени линии и др., както и на самия обект като цяло. При необходимост се монтират допълнителни измерителни устройства за детайлно проучване и контрол на енергийната консумация.

За целите на анализа, процесът на обобщаване на данните трябва да бъде отделен за енергийната консумация и за енергийните разходи. Също така, енергийната консумация трябва да бъде диференцирана в съответствие със закупените енергийни ресурси (електричество, мазут, газ, твърди горива, топлофикация и др.). Консумацията и разходите на енергия от минали периоди също се събират и обобщават, тъй като наличието на достатъчно достоверна информация за енергопотреблението в минали периоди е важно за предвиждането на бъдещата консумация на базата на очерталата се тенденция. Необходимо е също да се анализира състоянието на съществуващото техническо оборудване, както и да се изгради система за измерване и контрол на енергопотреблението във всички критични точки.

Следващата стъпка е основно проучване пътя на енергийните потоци във фирмата. За тази цел събраните данни трябва да бъдат разделени на няколко сектора: закупуване на енергия; преобразуване на енергия - котелни инсталации, компресори, топлинни акумулатори и др.; разпределение на енергията - паропроводи, електропроводи и кабелни инсталации, тръбопроводи за сгъстен въздух и др.; използване на енергията - двигатели, осветление, отопление, производствени процеси и др.

Разработване и изпълнение на програмата за енергиен мениджмънт

След извършения анализ на структурата на енергопотреблението в текущия момент и за последните години се моделират различни варианти за икономия на енергия. 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 възвръщаемостта на предвидените инвестиции предвид очакваните икономии на енергия.

Основополагащ момент в планирането на енергийния мениджмънт е определянето на точна и ясна цел за енергоспестяване. Например намаляване на консумацията на природен газ (електроенергия) с 30% за период от 3 години. Планирането може да бъде структурирано в различни времеви рамки: дългосрочно, средносрочно и краткосрочно и да обхваща всички или отделни енергийни системи. Системите, за които е доказано, че съществува най-голям технически и икономически потенциал относно повишаване на енергийната ефективност, са: електроразпределителна мрежа; електрозадвижващи системи; системи за сгъстен въздух; системи за охлаждане; помпени системи и системи за вентилация.

Минимизиране потреблението на електрическа енергия

Осъществява се на базата на няколко подхода. Първият от тях се отнася конкретно до намаляване потреблението на електрическа енергия и включва оптимизиране работата на самата електроснабдителна система на предприятието. Възможни са различни практики, 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.

Друг метод включва избора на ценово най-ефективната тарифа за заплащане на електрическата енергия. 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. 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 cos j. По този начин предприятието ще си спести надбавките, които заплаща всеки месец в зависимост от регистрираното отклонение между предписания и постигнатия фактор на мощността. Изпълнението на мероприятия в описаната посока се разглежда като ефективно от всички засегнати страни - промишлените предприятия, електроразпределителните дружества и НЕК.

Системи за контрол на електропотреблението

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. Специфика на системите за дистанционно отчитане и контрол на електромерите е интегрирането им със SCADA, BAC, DCS или ERP 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 достъпността от всяка точка на света.

Системи за сгъстен въздух

Значителен консуматор на електрическа енергия в промишлените предприятия са системите за сгъстен въздух. Съществуват различни подходи за реализиране на икономията 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.

Потребление на помпените агрегати

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 и 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.

Консумация на електродвигателите

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.

Функционални възможности на системите за енергиен мениджмънт

Съвременните системи за енергиен мениджмънт притежават широк обхват на функционалности.

Те събират информация за всички енергийни инсталации и предоставят инструменти за мониторинг, анализ и контрол. Комбинираното измерване включва всички енергоносители (вода, сгъстен въздух, газ, електричество и пара) или част от тях и мониторинг в реално време на всички системи. Събраната информация се визуализира графично в работната станция или посредством браузър от друга точка за достъп. Системата предоставя възможности за архивиране на данните, инструменти за анализ, генериране на аларми и др.

Това дава възможност за планиране на седмичните количества за доставка на електрическа енергия; управление на компенсиращи товари за оптимизиране на използваната спрямо планираната ел. енергия за доставка; разкриване на неефективен разход на енергия за определени участъци и периоди от време; откриване на оборудване, работещо в предаварийно състояние и своевременното му извеждане за ремонт.

Енергиен мениджмънт по стандарт ISO 50001

В средата на миналата година бе приет международен стандарт за енергийно управление ISO 50001, който дефинира изискванията за проектиране, изграждане, поддръжка и подобряване на системите за енергиен мениджмънт. Стандартът е насочен към публични и частни организации и определя изискванията, приложими към използването на енергия и потребление, включително на измерване, документиране и докладване, проектиране и закупуване на оборудване, системи, процеси и персонал, които допринасят за енергийното управление.

ISO 50001:2011 се прилага към всички променливи, които оказват влияние върху енергийните характеристики, които могат да бъдат наблюдавани и повлияни от организацията. Той има доброволен характер и не предписва специфични критерии за изпълнение по отношение на управлението на енергията.

Стандартът може да се прилага за всякакъв тип енергийни носители - електроенергия, газообразни, течни и твърди горива, пара, ВЕИ, компресиран въздух, охладена вода. Може да се въвежда самостоятелно или да бъде интегриран към съществуващите стандарти за управление от групата ISO - за системи за управление на качеството, околната среда, здравето и безопасността, безопасността на храните, информационната сигурност.

Основната цел на ISO 50001:2011 е да подпомогне крайните потребители на енергия да разработят и внедрят система и процеси, които им гарантират следене и непрекъснато подобряване на енергийната ефективност. Сертифицирането на организациите по стандарта за енергийно управление ще доведе до глобалното му внедряване по целия свят, с основна цел постигане на значително намаляване на вредните емисии на парникови газове, водещи до климатични промени.

45% от българските фирми са предприели мерки за енергийна ефективност

Според резултатите от скорошно проучване на БТПП, цялостното подобряване на енергийната ефективност на предприятията все още няма достатъчно покритие сред бизнеса у нас. Средно 45% от фирмите вече са реализирали частични действия, с които да намалят разходите за енергия, продиктувани основно от нарастващите цени и необходимостта от снижаване на разходите. Основни пречки за непредприемането до момента на действия за по-добра енергийна ефективност сред предприятията са: липсата на финансови ресурси (според 51%) и сложните административни процедури (при 24%). В детайлните резултати от проведеното проучване се посочва, че 77% от фирмите не са извършвали до момента енергиен одит, като за 46% причина е липсата на финансови средства; за 28% това не представлява интерес; 26% планират да извършат енергиен одит. Около 16% вече са извършвали енергиен одит в предприятията за определяне на възможностите за подобрение на енергийната ефективност.

Средно около 27% от фирмите имат бъдещи намерения да предприемат дейности за повишаване на енергийната си ефективност. Основната част от тях разчитат на европейско финансиране (почти 60%). В плановете им за подобряване на енергийната ефективност най-голям дял имат използването на излишната топлина (при 37% в промишлеността); оптимизация на производствено оборудване и процесите (за 31% в промишлеността); подобряване на отоплението и охлаждането (30% за всички фирми).

Проучването показа, че фирмите се насочват към подобряване на енергийната си ефективност не само заради директното въздействие върху производствените разходи, но и заради значителното влияние върху екологичната устойчивост (според 47% от тях).