Възможности за подобряване на енергийната ефективност в ХВП

Индустрията за производство на храни и напитки се отличава с много висока енергийна интензивност, която обаче може да бъде редуцирана в значителна степен чрез внедряване на относително прости, но същевременно ефективни енергоспестяващи мерки. В допълнение, тези мерки са свързани и с намаляване на отделяните емисии на парникови газове и понижаване на експлоатационните разходи.

Хранително-вкусовата промишленост е изключително разнообразна и има много подсектори, като във всеки от тях се използва различен набор от процеси. Мерките за подобряване на енергийната ефективност, които са приложими за най-много от подсекторите в отрасъла, са свързани с охлаждането, измерването, сгъстения въздух, двигателите и задвижванията, котлите и топлоразпределението, термичната обработка, дестилацията, сушенето и изпарението. Относителната значимост на всяка от изброените области зависи също и от подсектора.

Например разходите за охлаждане съставляват най-голям дял от сметките за електроенергия в сектора за производство на охладени и замразени храни. Аналогично, в сладкарския подотрасъл най-голям принос към енергопотреблението имат котлите и системите за топлоразпределение.

Охлаждане

Охлаждането е от ключово значение в производството на редица храни, тъй като предотвратява развалянето им чрез ограничаване на микробиалния растеж и поддържане на хранителното съдържание, вкуса и текстурата на продуктите. Използват се от малки единични хладилници до големи хладилни помещения. Те могат да бъдат управлявани посредством интегрирана технология или от централизирана охладителна инсталация.

Поради значимостта на хладилните системи производителите обикновено не са склонни да внасят съществени изменения в тях. Съществуват обаче много възможности за спестяване на енергия и разходи, които могат да бъдат реализирани, без да се компрометира качеството на продукцията.

Една от тези мерки е внедряването на добра програма за поддръжка. Охладителните системи са най-ефективни, когато са добре поддържани – запушени, замърсени или течащи компоненти водят до повишена консумация на енергия и съответно – до увеличаване на разходите. Програмата за поддръжка трябва да включва регулярни проверки на състоянието на системите, инспекции за натрупвания на котлен камък и лед по оребряванията на изпарителите и др. Повечето големи охладителни системи разполагат с точки за наблюдение на хладилния агент. Ако при стабилна експлоатация на системата в хладилния агент могат да се видят мехурчета, това обикновено е индикатор за теч. При спадане на нивото на хладилния агент системата започва да работи с по-ниска ефективност, намалявайки степента на охлаждане на продуктите. Най-разпространените зони за възникване на теч са присъединявания, уплътнения и други механични клапани. Независимо от това цялата система, включително и тръбопроводите, трябва да бъде инспектирана редовно за течове. Друг подход за реализиране на енергийни спестявания е планирането на периода на експлоатация на хладилните системи спрямо производствените нужди. Например ако има няколко хладилни зони, по-ефективно ще е използването само на една от тях на пълно натоварване, отколкото и двете на частично натоварване. Същевременно обаче препълването на хладилната зона ще доведе до намаляване на студения въздушен поток около продуктите, което ще понижи експлоатационните характеристики на системата.

Производителите на храни и напитки често поддържат хладилните си складове при по-ниски температури от необходимото поради притеснения от отказ на оборудването. Операторите вярват, че по-ниската температура ще осигури няколко допълнителни часа за ремонтиране на неизправните компоненти, преди съхраняваните стоки да достигнат максимално допустимата си температура. В действителност преохлаждането на едно складово помещение повишава вероятността от повреда на оборудването чрез увеличаване на натоварването на хладилната инсталация. Според проучвания повишаването на температурата на съхранение на замразени храни от -25 на -20°C ще допринесе за икономия на енергия за охлаждане в размер на 10-15%.

Измерване и контрол

В основата на ефективния технологичен контрол са точните измервания на ключови индикатори като температура, налягане, дебит и енергопотребление. Операторите трябва да определят надеждността на различните измервания и да проучат областите, в които отчитанията могат да бъдат проблемни. Необходимо е да се оцени и дали измерванията се извършват на подходящото място в даден процес, тъй като неправилната позиция може да доведе до предприемане на действия, базирани на грешни резултати.

Ръчното управление е предпоставка за допускане на човешка грешка, поради което операторите на предприятия от хранително-вкусовия сектор трябва да обмислят в кои зони то може да бъде заменено от автоматичен контрол. В този сектор автоматично управление може да се използва в приложения като контролиране на влагосъдържанието на продуктите с цел елиминиране на риска от прекомерно изсушаване или оптимизиране на качеството на продукцията. Много производители използват и прости сензори, засичащи наличието на продукт на конвейерните линии, което също може да доведе до енергийни спестявания, в случай че конвейерът не трябва да работи непрекъснато.

Серийното производство и честата смяна на продуктите са характерни за хранително-вкусовата индустрия. В резултат, често има и изменения в изискванията за системата, което може да понижи общата й ефективност. Смяната на продукт, например от хляб на тестени закуски, е свързана с промяната на температурата и продължителността на процеса на изпичане. Смяната води и до повишаване на енергопотреблението заради подмяната на горещи със студени тави и повторното нагряване на пещта до желаната температура. Доброто разбиране на въздействията от тези смени на продуктите ще подпомогне идентифицирането на възможности за енергийни спестявания. Такива са например намаляването на броя и времетраенето на смените в работния график и внедряването на по-добро управление, за да е сигурно, че всеки процес е ефективен.

Сгъстен въздух

Сгъстеният въздух се използва в много от процесите на производството на храни и напитки, тъй като той предлага универсален, безопасен и гъвкав начин за пренос на енергия. Много оператори обаче не осъзнават, че генерирането му може да е изключително скъпо, а употребата му – понякога неправилна.
Използването на сгъстен въздух е характерно за процеси, нуждаещи се от конвейери и миксери. Примерни приложения са раздуването на пластмасови бутилки при производството на безалкохолни напитки и използването на въздушни ножове за повдигане на продукти от конвейерни ленти.

Някои производствени съоръжения могат да бъдат оборудвани с устройства за управление, които подават сгъстен въздух, само когато е необходим на конвейерната система. Такива управления могат да следят за празни пространства между продуктите и да подадат въздуха в точката, в която той е нужен.

Много системи произвеждат сгъстен въздух при налягане, по-високо от необходимото. Добре е да се спазват изискванията на производителя и да не се превишават специфицираните стойности. Ако за едно приложение е нужно по-високо налягане, може да се обмисли монтирането на допълнителен по-малък генератор, вместо да се увеличава налягането на цялата система.

До 90% от топлината, отделяна от един компресор, може да бъде използвана за подгряване на вода или въздух. Генерираната топлина може да се използва за отопление на складове, цехове и производствени линии с персонал. Друга възможност е разполагането на компресора в склад с цел предотвратяване на овлажняването на материали, например кашони, което ще намали и риска от развалянето на съхраняваните в тях продукти.

Двигатели и задвижвания

Електродвигатели задвижват повечето от прилаганите в ХВП процеси, поради което подобряването на ефективността им може да донесе значителни енергийни и финансови спестявания. Една от мерките е двигателите винаги да се изключват от служителите, когато не са необходими. Възможно е инсталирането на сензори, които автоматично да спират двигателите и конвейерите, когато не се транспортират продукти.

Регулярната поддръжка може да намали енергоконсумацията на двигателите с близо 10%. Програмата по поддръжка трябва да включва графици за смазване, почистване, обтягане на ремъци и др. Добре е да се обмисли и възможността за внедряване на техники за прогнозна поддръжка, които ще позволят навременно сигнализиране за компонентите, които трябва да бъдат подменени.

В много случаи двигателите са преоразмерени с 20% или повече (например за дадено приложение е необходим двигател с мощност само 7,5 kW, но вместо това се използва такъв с 11 kW). Когато е възможно, трябва да се ползват по-малки двигатели с по-висока ефективност. Ако един двигател е с много ниско натоварване (<40%) и не може да бъде сменен, може да има възможност двигателят да се експлоатира в непрекъснат режим в различна схема на свързване, с което могат да се постигнат енергийни спестявания от порядъка на 5-10%.

Високоефективните двигатели (HEM) са с 3-4% по-ефективни от останалите благодарение на подобрения им дизайн и конструкционни материали. Ако повредени двигатели се подменят с модели с по-висока ефективност, енергийните спестявания могат да достигнат 5%. Обикновено е по-разходно ефективно да се подменят по-малки двигатели (В ХВП често се използват и честотни регулатори, например за задвижвания на вентилатори с цел управление на температурите в пещите. Тези устройства могат да бъдат много ефективни за широк диапазон от процеси, особено за онези, в които се използват помпи и вентилатори.

Котли и топлоразпределение

Ефективното производство и разпределение на парата би могло да допринесе за понижаване на енергийните разходи с 10 до 30%. В почти всички подсектори на хранително-вкусовата индустрия е необходима технологична топлина под някаква форма. Тя обикновено се генерира от котли, които могат да предоставят гореща вода или пара (при различни температури и налягания) в зависимост от изискванията на процеса.

Тук е важно всички компоненти от разпределителната мрежа (тръби, вентили, фланци и др.) да бъдат подходящо изолирани и изолацията да се поддържа в добро състояние, за да се сведат до минимум загубите на топлина. Около 10% от генерираната топлинна енергия в парните котли може да бъде загубена заради недостатъчна и неефективна изолация на разпределителната система.

Лошото качество на използваната в парните котли вода може да доведе до образуване на котлен камък, отлагания и корозия, които редуцират ефективността на съоръженията. Затова е препоръчително да се внедри система за пречистване и анализ на водата. Обикновено третирането включва добавяне на химикали към водата. Една такава система за автоматична обработка на водата може да допринесе за спестяване на гориво от порядъка на 2%.

Отпадната топлина от отработените газове, отделяни от котлите, може да се оползотвори за предварително подгряване на горивния въздух или питателната вода, с което ще се намали общото количество енергия, необходима за процеса. Тази мярка може да спести от 2 до 5% от горивото в сектори като пивоварни, дестилерии, производство на безалкохолни напитки, консервирани храни и сладкарски изделия.

Термична обработка

За термичната обработка се изразходва значителен дял от общото количество енергия, използвана в производството на храни и напитки, а в подсектори като пекарството тя е основният консуматор. В повечето процеси на термична обработка в ХВП се използват пещи, които работят в прекъснат или непрекъснат режим. Първите се зареждат периодично с тави с продукти, докато при вторите продуктите преминават върху конвейер през пещта. При всяка смяна на продукта е необходимо охлаждане на пещта и загряване до изискваната температура. Енергийната ефективност може да бъде подобрена чрез планиране на продукцията с цел намаляване на смяната на продукти.

При процесите на пържене енергийни спестявания могат да се реализират чрез кондензиране на получаващата се пара и използване на енергията за подгряване на вода. Пара се използва като източник на топлина в много от методите за термична обработка, особено при производството на консервирани храни. Тук огромни количества топлина се изразходват за парна обработка или стерилизиране на продукта, който след това се охлажда. Отделящата се при това отпадна топлина може да бъде оползотворена.

Сушене

Сушенето се използва широко при производството на храни и напитки за отстраняване на излишната вода от продуктовите смеси. Ако в първоначалната смес има възможност да се влага по-малко вода, тогава за процеса на сушене ще е необходима по-малко енергия. Водата често може да бъде отстранена и по механичен начин в по-ранни етапи на производствения процес, като това също ще понижи енергопотреблението при сушене. Част от техниките за механично филтриране са микро- и ултрафилтрация и центрофугиране. Тези методи се използват например при производството на сирене или за отделяне на водата при производството на сухо мляко.