Tехнологии за намаляване на енергийната консумация в индустрията

• Подходи за пестене на енергия днес се залагат във всеки аспект на производството и промишлеността
  
  
• Модерни решения за редуциране на енергийното потребление се внедряват в предприятия от различни сектори, като фокусът е най-голям в енергоемките индустрии
  
  
• Целенасочени подходи и технологии за повишаване на енергийната ефективност са особено необходими в центровете за данни

В контекста на глобалния стремеж към редуциране на въглеродния отпечатък на индустрията подходи за пестене на енергия се залагат във всеки аспект на съвременното производство и промишленост – в дизайна на процесите и оборудването, в стандартите и практиките, както и в системите за мониторинг и управление.

Модерни решения за повишаване на енергийната ефективност се внедряват и прилагат в предприятия от различни сектори, като фокусът е най-голям в енергоемките индустрии, за които са характерни енергийно интензивни технологични процеси – топлинна обработка, химическо преобразуване и т. н. Сред отраслите, в които биха могли да бъдат реализирани най-съществени ползи вследствие на целенасочени мерки и средства за оптимизиране на енергийното потребление, са общото производство, металургията и металообработката, циментовата, химическата промишленост и петрохимията, енергетиката, целулозно-хартиената, текстилната и хранително-вкусовата индустрия и т. н.

Оптимизация на оборудването и процесите

Инвестицията в енергийноефективно оборудване, включително чрез модернизация на съществуващи машини и системи или чрез закупуване на нови такива, оказва огромен ефект върху сметките за енергия на компаниите от производството и промишления сектор, както и върху емисиите им на парникови газове. Експертите препоръчват замяна на по-старите и амортизирани двигатели с такива от по-висок клас на ефективност (IE3/IE4), които потребяват значително по-малко енергия от стандартните мотори, както и интегрирането на честотни задвижвания, оптимизиращи енергийната консумация. Използването на честотни регулатори, адаптиращи скоростта към моментното натоварване, е ефикасна мярка за модернизация на помпи, вентилатори, конвейери и други активно използвани системи с традиционно голямо потребление на енергия.

Ключова стъпка в тази посока е и оптимизирането на системите за сгъстен въздух посредством отстраняване на пробиви/течове и неизправности, модернизиране на компресорното оборудване и внедряване на технологии за интелигентно управление, които могат да спестят от 20 до 50% от енергийните разходи.
Особено важни в този смисъл са котлите, пещите и отоплителните системи, които са “виновници” за особено голям дял от потреблението в енергетиката и индустрията.

Системите за възстановяване (рекуперация) на отпадна топлина и кондензните агрегати са сред най-ефективните средства за повишаване на енергийната ефективност в този сегмент. Топлинните процеси, използващи изкопаеми горива, могат да бъдат модернизирани например посредством термопомпи с електрическо задвижване.
Значителен ефект по отношение на сметките за ток на предприятията от различни сектори дава и преходът от конвенционално към светодиодно осветление, което освен по-енергийноефективно е и с по-дълъг жизнен цикъл, опростена поддръжка и възможности за димиране и гъвкаво управление според потребностите.

Оптимизирането на структурата на промишлените технологични процеси и на използването на суровините и ресурсите е сред мерките с най-голям ефект по посока понижаване на енергийното потребление. Ключови стратегии са препроектирането на процесните етапи и последователности, както и lean практиките, които насърчават елиминиране или редизайн на стъпките, които са излишни, с ниска добавена стойност или прекалено енергоемки.

Специалистите, извършващи енергийни одити на предприятия в индустрията, в голям процент от случаите препоръчват прилагане на практики за улавяне и повторно използване на отпадната топлина (от пещи, компресори и т. н.) посредством топлообменници, термопомпи или системи за рециркулация и извличане на остатъчната топлинна енергия от отработени топлоносители.

Електрификация и дигитализация

Важна тенденция е и електрификацията или заместването на изкопаемите горива в микса с електричество, в оптималния случай – от възобновяеми източници. Широките покривни пространства на индустриалните обекти могат да бъдат използвани за монтаж на покривни фотоволтаични централи за собствено ползване от компаниите с цел повишаване на енергийната сигурност и намаляване на зависимостта от мрежовите доставки на електроенергия, а на места има значителен потенциал за реализация и на вятърни централи, геотермални ОВК системи и т. н. Важна е ролята на батерийните системи за съхранение, които позволяват максимално ефективно оползотворяване на генерираната чиста енергия.

Все по-голяма популярност в индустрията набира и т. нар. зелен водород, произведен от ВЕИ, който може да се използва като гориво за транспорт, захранване и отопление, както и като суровина при производството на различни химикали и материали. Особено ключов се оказва водородът като алтернатива на изкопаемите горива в генерирането на топлина за различни високотемпературни процеси в стоманодобива, циментовата индустрия и други енергийно интензивни сектори.

Десетилетия наред всяка значима модернизация в индустрията и производствения сектор преминава под знака на дигитализацията. Днес предприятията могат да се възползват от все по-достъпни и лесни за интегриране и използване цифрови технологични решения, които имат за основна или спомагателна цел намаляване на потреблението на енергия.

IIoT платформите, насочени към повсеместна свързаност, непрекъснат мониторинг и усъвършенствано отдалечено управление на полевите устройства, машините и системите, разчитат на интелигентни сензори, които долавят и най-малките отклонения от сценариите за оптимално използване на енергията. Чрез специализирани датчици, измервателни средства и софтуер за енергиен мониторинг операторите, производствените мениджъри и ръководителите на предприятия имат възможност да проследяват в реално време потреблението на ниво отделен модул или агрегат, както и цялостно, включително в исторически план. Отличен потенциал за икономии на енергия и въглеродни емисии осигурява IIoT базираният прогнозен мониторинг, който намалява непредвидените престои, авариите и скъпите последващи ремонти.

В енергетиката, промишления сектор и дигитализираното производство все по-масово се налага и концепцията за Industrial Internet of Energy (IIoE) – своеобразно подниво на IIoT, насочено към свързването в обща платформа, мрежа или екосистема, автоматизирането и интелигентното управление на всички устройства, уреди и системи, които потребяват значителни количества енергия или са ангажирани с производството й.

През последните години като все по-популярно средство за енергийна оптимизация в индустрията се доказват и дигиталните двойници на машините и технологичните линии. Тази иновация позволява гъвкаво виртуално симулиране (без реални загуби) на различни варианти за конфигуриране на процесите и оборудването с цел минимално потребление на енергия.

Кръгова икономика, ресурсна ефективност и екодизайн

Мащабните програми за енергийна оптимизация и декарбонизация в съвременните предприятия неминуемо включват и прилагането на кръгови модели, повишаващи ресурсната ефективност. Влагането на рециклируеми или биоразградими суровини в продукцията, разработката на усъвършенствани инженерни материали, повишаващи здравината, устойчивостта и дълговечността на изделията, олекотяването на конструкциите и цялостното преосмисляне на дизайна на индустриалните продукти значително допринася за намаляване на количеството използвана енергия и отпадъците, както и на вредните емисии в рамките на целия им жизнен цикъл.

Като успешна алтернатива или ценна технология, допълваща традиционната механична обработка с отнемане на материал в редица ключови сектори, се налага адитивното производство. 3D печатът или хибридната изработка на пластмасови и метални изделия осигуряват множество ползи по отношение на енергията, отпадъчните материали и оползотворяването на ресурсите, което постепенно разширява приложенията им от прототипирането и изработката на нестандартни и персонализирани компоненти към по-масовото производство.

Широкообхватен енергиен мениджмънт

Системите за енергиен мениджмънт (EMS) постепенно се превръщат от иновация в задължителен елемент от ресурсното управление в предприятията. Унифицирана рамка в областта предлага стандартът ISO 50001, по който все повече компании в енергетиката и индустрията се сертифицират, а спазването на заложените в него мерки и изисквания се следи посредством детайлни и регулярни енергийни одити.

Съвременните широкообхватни EMS системи включват комбинация от сензори, измервателни устройства, специализиран хардуер и софтуер, включително средства за визуализация, мониторинг и контрол на енергийните консуматори в реално време. Тези платформи позволяват консолидиране и централизирано управление на различни енергоизточници, включително ВЕИ, интелигентен контрол с висока степен на автоматизация, както и безпроблемна интеграция с други заводски системи, като SCADA, ERP, MES, MOM и т. н. С помощта на изкуствен интелект, инструменти за анализ на големи обеми от данни, облачни и периферни изчисления модерните решения за енергиен мениджмънт могат гъвкаво да балансират натоварването и да разпределят енергията и ресурсите, незабавно коригирайки процесните параметри при неизправна работа, отклонения от базовата линия на енергийна ефективност или неочаквани събития.

Предизвикателствата на центровете за данни

Целенасочени подходи и технологии за понижаване на енергийната консумация са особено необходими в дейта центровете, чийто дял в глобалното потребление на енергия непрекъснато нараства. Обработката на данни, независимо дали чрез собствени/локални ресурси, в хибридна конфигурация или изцяло чрез доставчик на съответната услуга в облачна среда, се превръща в неизменен елемент от дейността на все по-голям процент от съвременните технологични компании, включително на индустриалните предприятия. Центровете за данни са и основен “лост” на постоянно нарастващите по брой и мащаб приложения на изкуствения интелект в енергетиката, производството и промишления сектор.

Оптимизацията на енергийното потребление в дейта центровете изисква обширна комбинация от мерки, технологични решения и иновации. Популярни сред тях са сървърната консолидация и виртуализация, която намалява обема на физическия хардуер, изискващ захранване и охлаждане, интегрирането на възобновяема енергия, новаторските технологии за отнемане на топлина, например чрез естествено или течно охлаждане, както и цялостната енергийна оптимизация посредством AI базирани платформи за енергиен мониторинг и мениджмънт.

Иновация са и т. нар. embedded платформи за енергиен мониторинг с удобен уеб базиран достъп или управление чрез мобилно приложение, които дават възможност за измерване и визуализиране на енергийната консумация – от ниво отделно устройство или модул до цял клъстер или център. Важен стандарт в областта е IEC 62974-1, който задава изисквания към системите за мониторинг и измерване, използвани за събиране, обобщаване и анализ на данни. Към тях спадат енергийните сървъри, регистраторите на енергийни данни, гейтуеите и т. н.

По-висока енергийна ефективност се цели още на ниво проектиране на оборудването за дейта центрове от последно поколение, включително чрез разработка и интегриране на усъвършенствани централни и графични процесори, които осигуряват търсената висока производителност за сметка на по-малки енергийни потребности. Все по-популярни стават модулните и лесно мащабируеми концепции при дизайна, позволяващи прецизното конфигуриране на изчислителните мощности спрямо моментните потребности, без излишни “гълтащи” енергия ресурси.