Audyt a zarządzanie energią

Opracowany w 2007 r. pakiet klimatyczno-energetyczny, nazywany „3 × 20”, stanowił podstawę do ustanowienia narodowych celów wskaźnikowych uwzględniających: redukcję emisji dwutlenku węgla CO₂, zwiększenie udziału energii produkowanej w odnawialnych źródłach energii oraz poprawy efektywności energetycznej.

Aspekty prawne

W krajowym ustawodawstwie przyjęto założenie, iż realizacja celu związanego z poprawą efektywności energetycznej odbędzie się poprzez nałożenie na duże przedsiębiorstwa obowiązku przeprowadzania audytów energetycznych. Informacje o tym, kto może być zwolniony z tego obowiązku oraz w jaki sposób przeprowadzić audyt i co powinien on zawierać, opisane zostały w dyrektywie 2012/27/UE.

Cel i zakres audytu energetycznego

Audyt energetyczny przedsiębiorstwa realizowany jest celem spełnienia obowiązku wynikającego z art. 8 dyrektywy i załącznika nr VI do dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady Europy nr 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw nr 2009/125/WE i nr 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw nr 2004/8/WE i nr 2006/32/WE. Obowiązek wykonania audytu wskazany został także w projekcie ustawy o efektywności energetycznej z dnia 11 grudnia 2015 r. (wersja nr 1.25).

Wykonanie przedmiotowego audytu wymaga przeprowadzenia szczegółowych obliczeń, dotyczących proponowanych przedsięwzięć służących poprawie efektywności energetycznej oraz dostarczenie informacji o potencjalnych możliwościach oszczędności energii.

Podstawą do przeprowadzenia audytu jest analiza danych udostępnionych przez Zlecającego, tj. projekty powykonawcze, DTR, umowy, faktury, archiwizowane dane pomiarowe, uwzględnia się również wyniki z przeprowadzonych na terenie przedsiębiorstwa pomiarów oraz dane pozyskane podczas wizji lokalnej.

Przykład audytu

Zakres przykładowego audytu energetycznego obejmować może:

• analizę zużycia energii na potrzeby budynków, instalacji przemysłowych, tj. maszyn wykorzystywanych w procesach technologicznych, sprężonego powietrza, wentylacji, instalacji chłodniczych i grzewczych (chillery wody lodowej, kotły, nagrzewnice), instalacji elektroenergetycznych (transformatory), układów napędowych (silniki) oraz środków transportu,
• analizę dokumentacji związanej z mediami energetycznymi, m.in. umowy, faktury (za media energetyczne) za okres ostatnich trzech lat,
• obliczenie oszczędności energii wynikającej z docieplenia budynków (obiekty biurowe, hale produkcyjno-magazynowe) oraz wskazanie potencjału dotyczącego zmniejszenia zapotrzebowania na energię wykorzystywaną na cele grzewcze,
• obliczenie oszczędności energii wynikającej z wymiany istniejących silników w układach napędowych na silniki o wyższej klasie efektywności energetycznej, np. IE3, IE4 oraz z modyfikacji układów sterowania pracą silników (np. ograniczenie pracy silników na biegu jałowym),
• obliczenie oszczędności energii wynikającej z wymiany istniejących źródeł światła na oświetlenie typu LED z uwzględnieniem oszczędności energii wynikającej z zainstalowania systemów sterowania oświetleniem,
• wykonanie pomiarów z wykorzystaniem kamery termowizyjnej, identyfikacja elementów instalacji przemysłowych, grzewczych oraz odbiorników o podwyższonej wartości temperatury,
• wykonanie pomiarów z wykorzystaniem analizatorów jakości energii elektrycznej PQ BOX 100 (wersja EXPERT) oraz PQ BOX 200 (z funkcją analizy stanów nieustalonych), m.in. w celu uzyskania informacji o wartościach minimalnych, maksymalnych oraz średnich dotyczących napięć, prądów, mocy czynnej, biernej, pozornej.
• przeprowadzenie oceny parametrów jakościowych energii elektrycznej w punkcie przyłączenia odbiorcy do sieci zasilającej oraz pobór mocy przez wybrane odbiorniki.

Wymagania dotyczące realizacji audytu

Audyt energetyczny przedsiębiorstwa, wynikający z projektu Ustawy o efektywności energetycznej z dnia 11 grudnia 2015 r., wersja nr 1.25:

• należy przeprowadzić na podstawie aktualnych, reprezentatywnych, mierzonych i możliwych do zidentyfikowania danych dotyczących zużycia energii oraz – w przypadku energii elektrycznej – zapotrzebowania na moc,
• powinien zawierać szczegółowy przegląd zużycia energii w budynkach lub zespołach budynków, instalacjach przemysłowych oraz w transporcie,
• powinien opierać się, o ile to możliwe, na analizie kosztowej cyklu życia budynku lub zespołu budynków oraz instalacji przemysłowych, a nie na okresie zwrotu nakładów, tak aby uwzględnić oszczędności energii w dłuższym okresie czasu, wartości rezydualne inwestycji długoterminowych oraz stopy dyskonta.

Podczas realizacji audytu przeprowadza się analizę techniczno-ekonomiczną dotyczącą instalowania na terenie przedsiębiorstwa odnawialnych źródeł energii (np. fotowoltaika, małe elektrownie wiatrowe). Audyt uwzględnia również weryfikację możliwości obniżenia jednostkowych kosztów energii elektrycznej, cieplnej oraz paliw (zmiana grupy taryfowej, redukcja opłat za energię bierną indukcyjną i pojemnościową, ograniczenie opłat za przekroczenia mocy umownej, z uwzględnieniem sterowania rozruchami oraz pracą głównych odbiorników energii elektrycznej).

Przykłady działań zwiększających efektywność energetyczną

Instalacje elektryczne – układy napędowe, silniki

W trakcie realizacji audytu w jednym z przedsiębiorstw poddano analizie układy napędowe zainstalowane w maszynach wykorzystywanych w procesie produkcyjnym. Maszyny miały grzałki elektryczne oraz główne silniki o mocy 7,5–75 kW. W celu oceny stopnia obciążenia głównego silnika wykonano pomiary poboru mocy czynnej przez wybraną maszynę.

Wnikliwa analiza zarejestrowanych danych, tj. wartość mocy czynnej, biernej indukcyjnej oraz współczynnika mocy, pozwoliła przy konsultacji z działem technologów określić czas pracy silnika z obciążeniem minimalnym, maksymalnym oraz na biegu jałowym. Na rysunku 1 przedstawione zostały wyniki poboru mocy przez jedną z maszyn.

W ramach audytu przeprowadzono analizę dotyczącą poprawy efektywności energetycznej dla układów napędowych z uwzględnieniem trzech wariantów dla maszyn z silnikami o mocy 7,5–75 kW. Wariant pierwszy polegał na wymianie istniejących silników na IE3, wariant drugi – na wymianie istniejących silników na IE4, wariant trzeci – na wymianie istniejących silników na IE4 z falownikami z jednoczesną modernizacją układów sterowania (ograniczenie biegu jałowego silników).

Obliczone zostały roczne oszczędności energii elektrycznej (w tym również nieodnawialnej energii pierwotnej) z uwzględnieniem cyklu życia silników, stopy dyskontowej, wartości rezydualnej. W analizie uwzględniono, iż realizacja inwestycji nastąpi na początku roku 0, w roku 0 osiągnięto więc całość oszczędności. Uwzględniono warunki oraz specyfikę pracy silników (użytkowanie około 6000 h/rok, 50 % czasu pracy z obciążeniem nominalnym, 30 % czasu z obciążeniem 50 % oraz 20 % czasu na biegu jałowym).

Ostatni etap audytu przewidywał przeprowadzenie analizy porównawczej dotyczącej rzeczywistego poboru mocy i energii przez wybrany istniejący silnik oraz przez nowy silnik o wyższej klasie efektywności energetycznej. Firma Emerson Industrial Automation Poland udostępniła na potrzeby pomiarów własny silnik. Pomiary prowadzone były przez siedem dni, zarówno dla starego, jak i nowego silnika i potwierdziły wcześniejsze teoretyczne obliczenia.

W kolejnym audycie zaplanowano przeprowadzenie pomiarów porównawczych z wykorzystaniem silnika DYNEO z magnesami trwałymi oraz napędem o zmiennej prędkości.

Dodatkowe korzyści z audytu– energia elektryczna

Analiza faktur za energię elektryczną za ostatnie 24 miesiące pozwoliła zidentyfikować pozycje przyczyniające się do nadmiernie wysokich cen energii. W celu obniżenia kosztów energii należy zredukować opłaty za przekroczenia mocy umownej. Kwoty opłat za ponadnormatywny pobór mocy umownej przekraczają wartość 120 000 zł/rok.

W analizowanym przypadku proces zwiększania mocy przyłączeniowej dla odbiorcy zakwalifikowanego do grupy taryfowej „B” był czasochłonny i jednocześnie generował wysokie koszty inwestycyjne po stronie odbiorcy. Lokalny OSD, z uwagi na ograniczenia techniczne i ekonomiczne (zbyt mała moc transformatora w GPZ zasilającym odbiorcę oraz brak zaplanowanych inwestycji po stronie OSD na rozbudowę infrastruktury technicznej w GPZ), odmówił zwiększenia mocy do wartości oczekiwanej przez odbiorcę. W związku z powyższym odbiorca rozważał będzie realizację inwestycji wymiany transformatora ze środków własnych.

Niezależnie od powyższego, w celu identyfikacji wartości mocy maksymalnej pobieranej przez odbiorcę oraz ilości i czasów trwania przekroczeń wykonano pomiary poboru mocy czynnej w punkcie zasilania przedsiębiorstwa. Jednocześnie poddano analizie, czy i w jaki sposób można zapobiegać przekroczeniom mocy.

Pomiary realizowane były przez około dwa tygodnie. Dodatkową korzyścią z pomiarów było przeprowadzenie oceny parametrów jakościowych energii elektrycznej dostarczanej przez OSD do odbiorcy. Dokonano oceny w odniesieniu do wymagań normy 
PN-EN 50160, rozporządzenia w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego oraz Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej {IRiESD) lokalnego dostawcy energii.

Na rysunku 2 przedstawiony został wykres z poborem mocy czynnej w okresie trwania pomiarów.

Zaleca się, aby oprócz zwiększenia wartości mocy (umownej/przyłączeniowej) podjąć działania skutkujące obniżeniem wartości pobieranej mocy czynnej. Oczekiwana redukcja wynosi około 200 kW. Zmniejszenie poboru mocy czynnej można osiągnąć m.in. poprzez wymianę istniejących jarzeniowych źródeł światła na oświetlenie typu LED.

Przedstawiona na wykresie wartość mocy czynnej, występująca w niedzielne popołudnie 8 listopada 2015 r. jest konsekwencją jednoczesnego uruchamiania większej liczby maszyn i innych odbiorników. Wzrost poboru mocy czynnej przebiegał następująco:

• godzina 17:30 – 65 kW,
• godzina 17:45 – 175 kW,
• godzina 18:00 – 546 kW,
• godzina 18:15 – 1114 kW,
• godzina 18:30 – 1533 kW,
• godzina 18:45 – 1816 kW,
• godzina 19:00 – 1742 kW.

Przedstawione 15-minutowe cykle uśredniania wartości mocy czynnej są tożsame z uśrednianiem realizowanym przez układy pomiarowo-rozliczeniowe.

Przesunięcie i kontrolowanie czasów uruchamiania części maszyn pozwoli wyeliminować „piki” poboru mocy o wartości około 250 kW. Potwierdzeniem jest wartość mocy pobierana tydzień wcześniej, gdzie nie występują rozruchowe „piki” poboru o dużych wartościach.

Ten sam wykres pokazuje, że 1 listopada 2015 r. (niedziela) występował pobór mocy na poziomie 180–210 kW. Z informacji uzyskanych od zlecającego wynika, że tego dnia firma nie pracowała, w związku z czym spodziewany pobór mocy powinien być znacznie niższy. Tydzień później (niedziela, 8 listopada 2015 r.) pobór mocy wynosił około 40–70 kW.

Jednym z zaleceń poaudytowych może być zainstalowanie systemu informatycznego do monitorowania i archiwizowania poboru prądów, mocy i energii przez wybrane maszyny, urządzenia i instalacje. Dzięki archiwizacji danych pomiarowych przedsiębiorstwo uzyskuje możliwość porównywania efektywności pracy mierzonych odbiorników. Systemy takie umożliwiają zarządzanie i sterowanie pracą głównych odbiorników, ograniczając wartość i ilość przekroczeń poboru mocy czynnej, eliminując pracę odbiorników w stanie stand-by, pracę silników na biegu jałowym, czy też zbędną pracę odbiorników w okresie, gdy firma nie pracuje. Urządzenia/maszyny o takiej samej mocy, wytwarzające takie same produkty, mogą być porównywane i oceniane pod względem poboru mocy i energii, co stanowiłoby podstawę do podjęcia działań prewencyjnych (np.. wcześniejsza identyfikacja problemów, np. z łożyskami, z uwagi na stopniowo narastający pobór prądu wymuszony zwiększającym się oporem mechanicznym podczas pracy silnika).

Wnioski

Dotychczas wykonane audyty energetyczne potwierdziły, że ich realizacja niesie z sobą szereg korzyści dla przedsiębiorstw. Główne korzyści wynikają m.in. z pozyskania informacji o najbardziej energochłonnych procesach, maszynach, urządzeniach i instalacjach użytkowanych w przedsiębiorstwie. Zaproponowanie działań poprawiających efektywność energetyczną ułatwia przedsiębiorcy podjęcie decyzji o realizacji inwestycji. Proponowane działania wypracowywane są w oparciu o analizę kosztów realizacji inwestycji i uwzględniają cykl życia proponowanego rozwiązania, wartość rezydualną, stopę dyskontową).

Zakres audytu, oprócz obszarów wskazanych w dyrektywie oraz projekcie ustawy o efektywności energetycznej, może również uwzględniać dodatkowe działania, niezwiązane stricte z poprawą efektywności energetycznej. Przykładem może być wskazanie korzyści wynikających z zainstalowania na terenie przedsiębiorstwa OZE. Wytwarzanie energii w modułach PV w połączeniu z małymi elektrowniami wiatrowymi (o pionowej lub poziomej osi obrotu) stanowić może doskonałe uzupełnienie dla istniejącego układu zasilania energetycznego, a jednocześnie przyczynić się do zwiększenia niezawodności zasilania oraz do poprawy jakości powietrza. Należy pamiętać, że aktualnie w Polsce około 87 % energii produkuje się w konwencjonalnych elektrowniach systemowych opalanych paliwami kopalnymi (węgiel kamienny i brunatny).

Dzięki przeprowadzonemu audytowi zlecający otrzymuje dokument, na podstawie którego może stworzyć wewnętrzny plan poprawy efektywności energetycznej swojego przedsiębiorstwa, który z kolei może być przekształcony w wieloetapowy plan inwestycyjny.

Projekt ustawy o efektywności energetycznej nakłada na przedsiębiorstwa obowiązek przeprowadzania audytów co cztery lata. W związku z powyższym kolejne audyty powinny obejmować ocenę skuteczności zrealizowanych działań wynikających z poprzedniego audytu oraz uwzględniać nowe propozycje poprawiające efektywność energetyczną. 

źródło: Automatyka 4/2016