Efektywność energetyczna w przemyśle

Funkcjonujący od 2005 r. unijny system handlu uprawnieniami do emisji EU ETS opiera się na limitach emisyjnych. To najważniejsze unijne narzędzie, dzięki któremu udało się zredukować emisję gazów cieplarnianych przez państwa członkowskie UE o 41 %. Pakiet Fit for 55 ma na celu zreformowanie systemu handlu i przyznawania limitów emisyjnych EU ETS. Zgodnie z unijnymi dokumentami nowe przepisy przewidują:

• objęcie systemem emisji z transportu morskiego,
• szybsze redukowanie uprawnień do emisji i stopniowe wygaszanie bezpłatnych uprawnień dla niektórych sektorów,
• wprowadzenie poprzez system mechanizmu kompensacji i redukcji CO2 dla lotnictwa międzynarodowego,
• wzrost finansowania funduszu modernizacyjnego i funduszu innowacyjnego,
• zmianę rezerwy stabilności rynkowej.

Utworzono też nowy odrębny system handlu uprawnieniami do emisji dla budynków, transportu drogowego i paliw w dodatkowych sektorach. W ramach pakietu Fit for 55 zaproponowana została nowelizacja unijnej dyrektywy o efektywności energetycznej, zmniejszająca do 2030 r. końcowe zużycie energii w Unii Europejskiej o 11,7 % w porównaniu z prognozami z 2020 r.

W ramach działań prowadzących do zmniejszenia zużycia energii zaproponowana została nowelizacja dyrektywy Rady Europejskiej o opodatkowaniu produktów energetycznych i energii elektrycznej, której celami są:

• dostosowanie opodatkowania produktów energetycznych i energii elektrycznej do unijnej polityki w dziedzinie energii, środowiska i klimatu,
• chronienie i usprawnienie unijnego rynku wewnętrznego przez uaktualnienie zakresu produktów energetycznych i struktury stawek oraz przez bardziej racjonalne stosowanie przez państwa członkowskie zwolnień podatkowych i obniżek podatku,
• utrzymanie zdolności państw członkowskich do generowania dochodów budżetowych.

W grudniu 2022 r. unijni ministrowie finansów przeprowadzili debatę orientacyjną na temat nowelizacji dyrektywy o opodatkowaniu energii. Takie działania mogą pomóc UE w osiągnięciu celów ochrony klimatu i środowiska oraz zachęcić odbiorców do przejścia na czystszą energię, co pomoże w tworzeniu bardziej ekologicznego przemysłu.

Wynika z tego, że w najbliższych latach szykują się spore zmiany związane z ekosystemami funkcjonowania przedsiębiorstw, zwłaszcza pod względem rosnących kosztów energii, które mogą wręcz uniemożliwić uzasadnioną pod względem ekonomicznym produkcję. Dlatego już teraz warto zatroszczyć się o zminimalizowanie zużycia energii i mediów, ale również o to, aby zmaksymalizować efektywność energetyczną wykorzystywanych w zakładzie maszyn, linii produkcyjnych i urządzeń. Podobne działania optymalizacyjne powinny dotyczyć również systemów grzewczych, klimatyzacji i termomodernizacji, w tym docieplanie budynków, wymianę oświetlenia oraz odzysk energii w procesie rekuperacji. Pierwszymi krokami do zmian powinny być: audyt energetyczny, obowiązkowy dla dużych przedsiębiorstw i audyt efektywności energetycznej, niezbędny do uzyskania dofinansowania do realizacji przedsięwzięć poprawiających efektywność energetyczną.

Automatyzowanie procesów przemysłowych to jednocześnie optymalizacja zużycia energii Paweł Tomaszewski, Dyrektor ds. Marketingu, SKAMER-ACM Zamiast używania terminu „zmniejszenie zużycia energii” preferuję termin „efektywne użytkowanie mediów energetycznych”, gdyż nie zawsze jest to tożsame. Prawie każdy już wie, że należy stosować źródła LED, ale nie każdy zdaje sobie sprawę, że oświetleniem można zarządzać i rozsądnie dostosowywać parametry do warunków pracy. Często sprowadza się to do zastosowania czujników ruchu lub obecności, ale to na pewno nie jest wystarczające rozwiązanie i nierozsądnie zastosowane może przyczynić się do wypadków w pracy, jeżeli np. oprawa oświetleniowa przed pracownikiem zbyt późno się zaświeci, a gdy przejdzie zbyt wcześnie zgaśnie. Możemy płynnie sterować natężeniem oświetlenia i stosować do tego gotowe systemy wykorzystujące sprawdzony protokół DALI. Piętą achillesową przemysłu jest sprężone powietrze, które jest nośnikiem energii. Wycieków nie słychać. Niezbędny jest stały monitoring w czasie rzeczywistym, opomiarowanie i analiza w systemach sterowania i zarządzania. Te działania przynoszą błyskawiczne efekty. Nakłady na inwestycje zwracają się w czasie krótszym niż rok, a zużycie energii redukuje się nawet o ponad 30 %. Większa świadomość jest w przypadku napędów. Do stosowania przetwornic częstotliwości już nikogo nie trzeba przekonywać, ale warto korzystać z kalkulatorów ogólnodostępnych w Internecie, dzięki którym można obliczyć potencjalne oszczędności i czas zwrotu inwestycji. Oczywiście po pełnym opomiarowaniu należy w planach inwestycyjnych umieścić systemy SCADA do zarządzania energią, które z jednej strony pozwalają na monitorowanie parametrów w czasie rzeczywistym, generowanie raportów, ale również wpływają na sterowanie. Generalnie zakład przemysłowy po zastosowaniu pełnej automatyzacji może stać się optymalny energetycznie, gdyż nad wszystkim czuwa jeden system sterowania i zarządzania.

Audyt energetyczny

Podstawą do działań optymalizujących zużycie energii w przedsiębiorstwie jest audyt energetyczny. Polega on na identyfikacji obszarów, gdzie jest zużywana największa ilość energii, wody i ciepła, w których powinno się przeprowadzać działania pozwalające na wygenerowanie oszczędności. Efektem audytu jest kompleksowy opis kluczowych procesów związanych z optymalizacją produkcji, modernizacją maszyn i usprawnieniem infrastruktury zakładu. Na tej podstawie przedsiębiorstwo może zaplanować i wdrożyć zmiany, prowadzące do lepszego wykorzystania energii i pozostałych mediów w procesach produkcyjnych, a w rezultacie do uzyskania oszczędności finansowych oraz usprawnienia procesów organizacyjnych i operacyjnych.

Efektywność energetyczna jest również podstawą aktualnej polityki klimatyczno-energetycznej Unii Europejskiej. Dyrektywa w sprawie efektywności energetycznej (EED/2012/27/UE) przewiduje prowadzenie kompleksowych działań mających na celu zwiększenie efektywności energetycznej i zmniejszenia zużycia energii. Jednym z nich jest obowiązek sporządzania co cztery lata audytów energetycznych przez duże przedsiębiorstwa, które zatrudniają co najmniej 250 pracowników. W Polsce dyrektywę 2012/27/UE wprowadza ustawa z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej. Audyt energetyczny przedsiębiorstwa zgodnie z wymogami ustawy o efektywności energetycznej powinien [1]:

• być przeprowadzany na podstawie aktualnych, reprezentatywnych, mierzonych i możliwych do zidentyfikowania danych dotyczących zużycia energii oraz, w przypadku energii elektrycznej, zapotrzebowania na moc,
• zawierać szczegółowy przegląd zużycia energii w budynkach lub zespołach budynków, w instalacjach przemysłowych oraz w transporcie, odpowiadających łącznie za co najmniej 90 % całkowitego zużycia energii przez przedsiębiorstwo,
• przeprowadzone w ramach audytu obliczenia, dotyczące proponowanych przedsięwzięć, służących poprawie efektywności energetycznej muszą być szczegółowe i potwierdzone oraz muszą dostarczać informacji o potencjalnych oszczędnościach energii,
• bazować, o ile to możliwe, na analizie kosztowej cyklu życia budynku lub zespołu budynków oraz instalacji przemysłowych.

Audyt stanowi praktyczne narzędzie do osiągnięcia lepszych wskaźników efektywności energetycznej zarówno w firmach produkcyjnych i usługowych, nawet jeśli firma dysponuje jedynie biurowcem. W celu uzyskania istotnych oszczędności w zużyciu energii warto przeprowadzić audyt również w mniejszym przedsiębiorstwie. Dzięki audytowi efektywności energetycznej otrzymuje się plan wykonania inwestycji, zmierzającej do zmodernizowania systemu elektroenergetycznego firmy, co pozwala na otrzymanie świadectw efektywności energetycznej, tzw. „białych certyfikatów” i osiągnięcia zysku z ich sprzedaży na Towarowej Giełdzie Energii podmiotom zobowiązanym do ich umarzania.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że zgodnie z art. 36.3. ustawy o efektywności energetycznej audyt energetyczny może przeprowadzić wyłącznie podmiot niezależny od audytowanego przedsiębiorcy, który dysponuje wiedzą i doświadczeniem zawodowym w przeprowadzaniu audytów energetycznych, takim podmiotem jest np. DEKRA Polska. Drugą możliwością jest audyt przeprowadzony przez eksperta audytowanego przedsiębiorcy, jeżeli nie jest on bezpośrednio zaangażowany w audytowaną działalność tej firmy.

Typowy audyt energetyczny zawiera szczegółowy raport dotyczący zużycia energii w budynkach lub zespołach budynków, instalacjach przemysłowych, na liniach produkcyjnych, z uwzględnieniem poszczególnych maszyn, gniazd zrobotyzowanych bądź systemów automatyki, zużycia energii przez infrastrukturę IT, w tym serwerownie oraz zużycie energii w transporcie. Wymienione elementy odpowiadają łącznie za co najmniej 90 % całkowitego zużycia energii przedsiębiorstwa.

Charakterystyka energetyczna budynków Budynki odpowiadają za 40 % zużycia energii w UE i za 36 % okołoenergetycznych bezpośrednich i pośrednich emisji gazów cieplarnianych. Państwa UE pracują nad nowelizacją dyrektywy o charakterystyce energetycznej budynków, tak by do 2030 r. i później budynki w UE były bardziej efektywne energetycznie. Nowe przepisy zakładają przede wszystkim, że: od 2030 r. wszystkie nowe budynki będą bezemisyjne, do 2050 r. istniejące budynki zostaną przekształcone w budynki bezemisyjne, od 2030 r. będą obowiązywać świadectwa charakterystyki energetycznej dla wszystkich nowych budynków. Wspólne stanowisko (podejście ogólne) wobec proponowanych przepisów zostało uzgodnione przez państwa członkowskie UE zebrane w Radzie w październiku 2022 r. Z obowiązku posiadana świadectwa charakterystyki energetycznej zwolnione są zakłady przemysłowe, warsztaty i niemieszkalne budynki rolnicze.

Efektywność energetyczna

Pod pojęciem efektywności energetycznej kryje się stosunek uzyskanego efektu użytkowego danego obiektu, urządzenia, maszyny lub instalacji przemysłowej, w typowych warunkach jego użytkowania do ilości zużytej przez ten obiekt energii. Wiele firm, które decydują się na audyt energetyczny chętnie sięga również po audyt efektywności energetycznej.

Audyt efektywności energetycznej pozwala na wypracowanie bazowej koncepcji dla inwestycji w energooszczędność. Pozwala też w realny sposób ocenić, jak dana inwestycja przełoży się na uzyskane oszczędności. Audyt ten jest podstawą do uzyskania Białego Certyfikatu (patrz: ramka), czyli świadectwa efektywności energetycznej. Jest ono potwierdzeniem zaoszczędzenia konkretnej ilości energii i można je spieniężyć na Towarowej Giełdzie Energii, uzyskując dodatkowe wsparcie dla inwestycji energooszczędnej. Rzetelne przeprowadzenie audytu jest szansą na identyfikację potencjałów związanych z możliwością uzyskania realnych oszczędności energii, zaś dzięki pomiarom możliwe jest dokładne zaprojektowanie zmian i ograniczenie nakładów inwestycyjnych do niezbędnego minimum.

Do działań, które realnie prowadzą do zmniejszenia poboru energii i zapotrzebowania na media oraz pozwalają na uzyskanie Białych Certyfikatów zalicza się inwestycje w:

• odnawialne źródła energii,
• systemy rekuperacji ciepła powstającego w procesach technologicznych,
• modernizację jednostek napędowych w maszynach i na liniach technologicznych,
• modernizację oświetlenia,
• automatyzację i robotyzację procesów produkcyjnych.

Odnawialne źródła energii (OZE)

Chyba najbardziej rozpoznawalnymi i dostępnymi źródłami energii odnawialnej są panele fotowoltaiczne. Fotowoltaika jest skutecznym i dość prostym rozwiązaniem dla wszystkich firm, które chcą korzystać z własnych źródeł energii odnawialnej. Dzięki OZE można się w pewnym stopniu uniezależnić od cen energii elektrycznej i jej dostawców.

Okres zwrotu inwestycji w panele fotowoltaiczne nie przekracza zwykle 5–6 lat, a sama instalacja powinna działać około 12–15 lat. Na tle innych odnawialnych źródeł energii czas zwrotu inwestycji jest atrakcyjny. Co więcej, instalacja tego typu źródła energii odnawialnej w istotny sposób ogranicza ilość energii kupowanej z sieci i zmniejsza zużycie energii czarnej na produkt, co pozwala przedsiębiorstwom niejednokrotnie uniknąć konieczności kupowania uprawnień ETS na giełdzie energii.

Jeżeli firma dysponuje odpowiednim potencjałem, to może zainwestować w budowę farmy fotowoltaicznej. Takie instalacje, składające się z tysięcy paneli, oferują bardzo dużą moc, a ich właściciele z reguły nastawiają się na komercyjną odsprzedaż nadwyżek prądu. Cała energia wytworzona na farmie trafia do sieci, a dopiero stąd przekazywana jest do użytkowników końcowych. Projektowanie i montaż farm fotowoltaicznych to jedna z głównych specjalności takich firm jak PowerOn. Usługa polega na analizie aktualnej sytuacji i potrzeby, a następnie wyborze najkorzystniejszego rozwiązania. PowerOn przeprowadza audyt powierzchni pod instalację, tworzy kompleksowy projekt elektryczny i instrukcję współpracy ruchowej oraz przygotowuje wniosek o koncesję do prezesa Urzędu Regulacji Energetyki i dla Operatora Systemu. W ramach usługi oprócz budowy samej farmy fotowoltaicznej prowadzone są testy uruchomieniowe i rozruch instalacji, szkolenia z obsługi systemu oraz regularny serwis farmy fotowoltaicznej.

Jeżeli dysponujemy energią z różnych źródeł lub pobieramy ją od różnych dostawców, w tym takich, którzy dostarczają ją również ze źródeł odnawialnych, to należy przepływ energii uporządkować.

Wirtualna Elektrownia Lerta firmy Lerta Energy to zaawansowane oprogramowanie łączące wytwórców zielonej energii dowolnego rodzaju (wiatrowej, wodnej, słonecznej, biogazu itp.), magazyny energii oraz odbiorców w jeden system, który maksymalizuje korzyści jego uczestników. Obejmuje on cztery główne elementy: obrót zieloną energią, rynek mocy, systemy fotowoltaiczne oraz system zarządzania energią. Każdy z nich działa niezależnie, ale najkorzystniejsze jest ich połączenie, co zapewnia efekt synergii zwiększając korzyści zapewniane przez każdy moduł osobno. Co więcej, moduł Lerta Energy Intelligence dostarcza wiedzy o tym, jak zużywana jest energia, optymalizuje jej przepływy tak, by jak najbardziej zmniejszyć na nią zapotrzebowanie, a nadwyżki wyprodukowanej w ramach instalacji energii przeznaczyć na sprzedaż.

Czy automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych mogą stanowić remedium na wyższe ceny energii? Janusz Zajączkowski, Industry Manager Power & Energy, Endress+Hauser Tak, automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych mogą stanowić remedium na wyższe ceny energii. Najważniejszym jest, aby systemy sterowania odpowiedzialne za automatyzację danego procesu były sprzęgnięte z układami pomiarowymi, dostarczającymi na bieżąco dane o zużyciu poszczególnych nośników energii. Drugim ważnym warunkiem jest wyposażenie tych systemów w procedury optymalizacyjne, przyjmujące i przetwarzające sygnały zwrotne od przetworników pomiarowych lub liczników poszczególnych rodzajów energii. Poza energią elektryczną, największe znaczenie ma tu „szczelne” opomiarowanie gorącej wody, pary wodnej i kondensatów, jako najpowszechniejszych nośników, a także sprężonego powietrza jako nośnika najdroższego z powszechnie stosowanych. Oczywiście nośników płynnych (gazów i cieczy) używanych w przemyśle jest o wiele więcej, w szczególności tam, gdzie mamy do czynienia z procesami chłodzenia. Nowe możliwości dla wykorzystania funkcjonalności EMS (czyli monitorowania energii) przez systemy automatyzacji otwierają się wraz z miniaturyzacją czujników i schodzeniem cyfrowej transmisji danych do poziomu dwuprzewodowych czujników obiektowych. Mam tu na myśli dwie technologie. Pierwsza to IO-Link, coraz bardziej popularna wśród kompaktowych czujników temperatury, ciśnienia i przepływu, ułatwiająca opomiarowanie m.in. skidów odpowiedzialnych za oleje, chłodziwa i sprężone powietrze dla robotyki. Druga to nowy standard dwuprzewodowego Ethernetu przemysłowego, nazwany jako APL (Advanced Physical Layer). Ethernet APL umożliwia natychmiastową transmisję praktycznie nieograniczonej liczby parametrów cieplnych, bezpośrednio z przyrządów pomiarowych dysponujących odpowiednimi możliwościami obliczeniowymi, np. z przepływomierzy wirowych z wbudowanym ciepłomierzem zgodnym z IAPWS-IF97.

Systemy rekuperacji ciepła powstającego w procesach technologicznych

Pod pojęciem odzysku ciepła rozumiemy działania i technologie mające na celu powtórne wykorzystanie ciepła powstającego procesach technologicznych. W procesach może być ono swoistego rodzaju odpadem usuwanym do atmosfery, a tym samym tracona jest energia nazywana ciepłem odpadowym. Najpopularniejszymi sposobami wykorzystania ciepła odpadowego są: rekuperacja, recyrkulacja i regeneracja.

Rekuperacja to proces polegający na odzysku ciepła w systemach wentylacji, gdzie zużyte powietrze o wysokiej temperaturze, podróżując w specjalnych kanałach w rekuperatorze (wymienniku ciepła) mija się ze świeżym, nawiewanym z zewnątrz powietrzem, tłoczonym w przeciwną stronę przez kanały znajdujące się obok kanałów dla ciepłego powietrza. Co ważne, rekuperacja ma miejsce wtedy, gdy strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego nie stykają się bezpośrednio z tą samą powierzchnią wymiennika, a proces wymiany ciepła odbywa się przez przeponę, którą może być metalowa blacha. Taka wymiana ciepła pozwala zmniejszyć straty wentylacji cieplnej nawet o 90 %.

Regeneracja to wymiana ciepła następująca na skutek naprzemiennego omywania wymiennika ciepła przez powietrze nawiewane i wywiewane. Dzięki temu dochodzi nie tylko do wymiany ciepła, ale także do wymiany masy. Recyrkulacja to częściowe mieszanie się zawracanego powietrza wywiewanego z nawiewanym i jest to najprostszą metodą odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Zaletą stosowania wentylacji z odzyskiem ciepła jest możliwość filtrowania powietrza. Dzięki zainstalowanym filtrom powietrze przed dostarczeniem do systemu technologicznego może być oczyszczane z drobnych cząsteczek.

Należy pamiętać, że w zdolności do odzysku energii nie chodzi tylko o odzysk ciepła, ale również o odzysk chłodu, co umożliwia znaczne obniżenie mocy niezbędnej do efektywnego działania klimatyzacji w serwerowni, pomieszczeniach biurowych czy też niezbędnej do realizacji procesów technologicznych.

Aby proces rekuperacji był możliwy, budynek lub instalacja technologiczna muszą być wyposażone w centralę wentylacyjną z wymiennikiem ciepła, który umożliwi przekazanie energii cieplnej między strumieniami powietrza. Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów wymienników ciepła. Są to przede wszystkim uznawane za najbardziej wydajne wymienniki spiralno-przeciwprądowe oraz przeciwprądowe, które charakteryzują się największą powierzchnią wymiany ciepła i bezawaryjnością. Wymienniki te nie mieszają powietrza zużytego ze świeżym, a także nie wymagają do pracy doprowadzenia dodatkowej energii. W centralach wentylacyjnych stosowane są również wymienniki obrotowe i krzyżowe. Te ostatnie są najtańsze ze wszystkich dostępnych na rynku, jednak ich sprawność odzysku ciepła jest najmniejsza.

Inwestycja w system kogeneracji to kolejna możliwość zaoszczędzenia energii i otrzymania Białego Certyfikatu. Kogeneracja to skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła, a jednostka kogeneracyjna wykorzystuje właśnie ciepło powstające podczas wytwarzania energii elektrycznej. System pozwala osiągnąć bardzo wysoką efektywność energetyczną i jednocześnie zminimalizować straty energii w porównaniu do sytuacji, w której prąd i ciepło produkowane są oddzielnie. Kogenerację zaleca się firmom, które w swoich procesach technologicznych wykorzystują do zasilania energię elektryczną i ciepło.

Białe certyfikaty Białymi Certyfikatami (BC) potocznie nazywa się Świadectwa Efektywności Energetycznej wydawane przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki jako potwierdzenie wdrożenia inwestycji ograniczających zużycie energii. Podstawą prawną umożliwiającą ich pozyskanie jest ustawa o efektywności energetycznej z dnia 20 maja 2016 r. Jednostką wartości białego certyfikatu jest toe – tona oleju ekwiwalentnego (1 toe = 41,868 GJ). Białymi Certyfikatami można obracać na Towarowej Giełdzie Energii. Podmiot przedstawia odpowiednią liczbę białych certyfikatów, które zostają umorzone, jeśli dokonał właściwych tym certyfikatom oszczędności. W przypadku niedopełnienia w całości obowiązku zmniejszenia poboru energii istnieje możliwość uiszczenia przez podmiot opłaty zastępczej, która reguluje niewielką część obowiązkowej sumy. Możliwy jest również zakup dodatkowych certyfikatów na Towarowej Giełdzie Energii. Rozliczenia z zakresu obowiązku uzyskania oszczędności energetycznych dokonuje Regulator Rynku Energetycznego. Celem certyfikatów jest stymulowanie oszczędności i wspieranie rozwoju rozwiązań z zakresu efektywności. Przykładowymi inwestycjami pozwalającymi uzyskać Białe Certyfikaty są [2]: modernizacja systemów chłodzenia, wymiana oświetlenia na oświetlenie LED, instalacja systemów pozwalających na odzysk energii, termomodernizacja, automatyzacja procesów technologicznych.

Modernizacja jednostek napędowych w maszynach i na liniach technologicznych

W ramach zwiększania efektywności energetycznej przedsiębiorstwa można przeprowadzić modernizację jednostek napędowych. Nie jest bowiem tajemnicą, że najwięcej energii w firmach produkcyjnych zużywają napędy elektryczne. Według szacunków stanowią one ponad 70 % zużycia energii elektrycznej w przemyśle. Ich mała efektywność może wynikać z przestarzałej konstrukcji silnika, jak i niedoskonałych układów sterowania, a także z  braku opomiarowania parametrów pracy jednostek napędowych.

Modernizacja jednostki napędowej pozwoli zapewnić jej najlepszą regulację i uzyskać wysoką efektywność, a zatem uniknąć awarii czy przestojów. Oczywiście im sprawniejsze silniki i systemy napędowe tym wyższa cena, ale również osiągany znaczny wzrost wydajności. Biorąc pod uwagę wszechobecność silników w przemyśle, powszechne przejście na bardziej wydajne maszyny może przełożyć się na znaczne zmniejszenie zużycia energii i emisji w zakładzie. Wystarczy wspomnieć, że najnowsze modele silników charakteryzują się niższymi o około 15 % stratami energii, od tych, które występowały we wcześniejszych modelach. Mało tego, instalacja napędów o zmiennej prędkości obrotowej może poprawić efektywność energetyczną systemu napędzanego silnikiem nawet o 30 %, przynosząc wymierne korzyści w zakresie zmniejszenia kosztów i emisji.

Przykładem takiej globalnej modernizacji jest inwestycja fińskiego giganta sektora drzewnego, Metsä Group. Firma ta modernizuje i rozbudowuje największy na świecie młyn bioproduktów zlokalizowany w miejscowości Äänekoski w centralnej Finlandii. Firma ABB dostarczyła ponad 1000 silników niskiego i średniego napięcia włączając w to jednostki  typu HXR, AMI, NXR oraz M3BP, a także ponad 500 przetwornic częstotliwości niskiego i średniego napięcia z serii ACS880 o napięciach 400 V lub 690 V, jak również cztery chłodzone wodą jednostki typu ACS 1000 do silników głównych pomp wody zasilającej. Kontrakt z firmą ABB opiewał na ponad 30 mln euro, a szacowane oszczędności w ciągu najbliższych 10 lat mają przekroczyć czterokrotność wydanej kwoty.

Robotyzacja i maszyny mogą wykorzystywać mniej energii Małgorzata Strzelbicka, Prezes Zarządu, MST Automation Sp. z o.o. Robotyzacja i automatyzacja może i powinna być zaprojektowana tak, aby działała bardziej efektywnie niż ludzka siła robocza. Oznacza to, że roboty i maszyny mogą wykorzystywać mniej energii do wykonania tych samych zadań, co przekłada się na oszczędność energii. Ponadto roboty i maszyny z reguły nie potrzebują „wiedzieć”, więc nie potrzebują oświetlenia, które może być ograniczone lub nawet całkowicie wyłączone na hali produkcyjnej. To samo dotyczy ogrzewania hali produkcyjnej, zwłaszcza gdy nie pracują na niej ludzie. Ważnym aspektem jest optymalizacja produkcji. Automatyzacja i robotyzacja pozwalają na lepsze zarządzanie procesami produkcyjnymi, co może prowadzić do optymalizacji wykorzystania surowców i energii. Maszyny mogą być programowane w taki sposób, aby działały tylko wtedy, gdy są potrzebne. Automatyzacja procesów produkcyjnych umożliwia bardziej precyzyjne monitorowanie i kontrolę jakości wyrobów. Dzięki temu można unikać wytwarzania produktów wadliwych, które w późniejszym etapie wymagałyby dodatkowego zużycia energii na naprawę lub recykling. Roboty mogą być wykorzystywane do magazynowania i transportowania produktów w sposób bardziej zoptymalizowany pod względem zużycia energii. Mogą pracować w bardziej efektywny sposób lub zapewniać bardziej optymalne trasy transportowe. Wraz z rozwojem robotyzacji i automatyzacji, rozwijane są również bardziej energooszczędne technologie, co ma znaczenie dla znacznego zmniejszeniu zużycia energii procesów produkcyjnych i to w wielu branżach.

System EMS

Wybór najwłaściwszych działań związanych z poprawą efektywności zużycia energii przez systemy napędowe maszyn i urządzeń jest dużo łatwiejszy, jeżeli w zakładzie do zarządzania energią wdrożono system EMS (Energy Management System). System ten składa się z szeregu różnorodnych czujników pomiarowych oraz narzędzi programowych do pomiaru, rejestracji, transmisji oraz analizy parametrów procesowych, które związane są ze zużyciem energii elektrycznej przez poszczególne urządzenia, maszyny, roboty, systemy automatyki i instalacje technologiczne obecne w zakładzie.

EMS pozwala bardzo szybko wykryć, które maszyny i z jakiego powodu zużywają najwięcej energii. Dzięki temu systemowi można analizować możliwości wprowadzenia oszczędności oraz zweryfikować skuteczność podjętych działań. Bez problemu sprawdzić można, kiedy oraz w jakich warunkach dana maszyna pracuje najefektywniej oraz kiedy jest najbardziej obciążona. Na tej podstawie można już opracować prognozy zapotrzebowania na energię dla całego przedsiębiorstwa.

W analizie sprawności energetycznej przedsiębiorstwa warto też zwrócić uwagę na wartości wielkości elektrycznych, które określają jakość napięcia zasilającego. Różnego rodzaju wahania i spadki napięć, asymetria przebiegu prądu czy pojawiające się w zasilaniu harmoniczne mogą być przyczyną dużych strat mocy, zwłaszcza w wypadku silników i transformatorów.

Norma ISO 50001 Norma ISO 50001 „Systemy zarządzania energią. Wymagania i zalecenia użytkowania.” wprowadza oraz opisuje pojęcie zarządzania energią stawiając za cel efektywne gospodarowanie energią w każdej formie. Określa wymagania dla systemu zarządzania energią, które pozwolą przedsiębiorstwu na systematyczne dążenie do ciągłej poprawy efektywności użytkowania energii, biorąc pod uwagę uwarunkowania prawne i inne wymagania, które przedsiębiorstwo powinno spełniać. System zarządzania energią jest szczególnie istotny w energochłonnej gałęzi przemysłu lub w przypadku konieczności sprostania wymaganiom i regulacjom dotyczącym emisji gazów cieplarnianych. Norma może funkcjonować niezależnie lub może być zintegrowana z innymi systemami zarządzania. Norma zawiera zestaw wymagań, które umożliwiają organizacjom [1]: opracować politykę bardziej efektywnego wykorzystania energii; wyznaczyć cele pomocne w jej wdrożeniu; zbierać dane, aby lepiej zrozumieć i podejmować decyzje dotyczące zużycia energii; mierzyć uzyskane wyniki; sprawdzać skuteczność wdrożonych działań; ciągle ulepszać zarządzanie energią. ISO 50001 umożliwia organizacjom poprawę wydajności energetycznej poprzez maksymalne wykorzystanie źródeł energii i zasobów związanych z energią, co prowadzi do zmniejszenia kosztów i ograniczenia konsumpcji energii.

Modernizacja oświetlenia

Kolejnym istotnym aspektem modernizacji energetycznej przedsiębiorstwa jest oświetlenie. Wydaje się ono najprostszą z możliwych inwestycji w efektywność energetyczną, niestety w wielu firmach wciąż korzysta się z przestarzałych energochłonnych źródeł światła.

Co więcej, jeśli oświetlenie jest źle dopasowane do potrzeb, może pogarszać komfort pracy, a nawet zagrażać bezpieczeństwu pracowników, zwłaszcza tam gdzie mamy do czynienia z wirującymi elementami. Inwestycja w oświetlenie LED to wyjątkowo opłacalny etap modernizacji zakładu, dzięki któremu niewielkim kosztem można w istotny sposób poprawić efektywność energetyczną.

Na rynku znaleźć można oferty kompleksowo modernizujące oświetlenie w przedsiębiorstwie produkcyjnym. Przykładem może tu być DBE Oświetlenie firmy DB Energy. DBE Oświetlenie to kompleksowa usługa w zakresie modernizacji systemu oświetlenia, mające na celu poprawę jego efektywności energetycznej. Podstawowy zakres obejmuje określenie potencjału oszczędności energii w tym obszarze, przygotowanie koncepcji projektowej modernizacji oświetlenia i realizację inwestycji. Co ważne, modernizacja oświetlenia polega tu nie tylko na wymianie na oświetlenie LED, ale również na przygotowaniu systemów sterowania bazujących na urządzeniach przemysłowego Internetu Rzeczy oraz wdrożeniu algorytmów sztucznej inteligencji, pozwalających na lepsze wykorzystanie potencjału zainstalowanego oświetlenia i zwiększenie jego efektywności energetycznej.

Zautomatyzowany i zrobotyzowany proces produkcyjny Daje wiele korzyści Wacław Bylina, Inżynier Sprzedaży Systemu Asix, ASKOM Sp. z o.o. W najbliższych latach szykują się spore zmiany związane z ekosystemami funkcjonowania przedsiębiorstw, zwłaszcza pod względem rosnących kosztów energii, które mogą wręcz uniemożliwić uzasadnioną pod względem ekonomicznym produkcję. Ponoć komputery też się mylą. Nie! To mylą się programiści, którzy napisali program, który wykonuje się na komputerze. Ta oczywistość pokazuje, że człowiek jest najsłabszym ogniwem w procesie produkcyjnym. Jeśli więc oddamy w jego ręce zbyt dużo czynności do wykonania, to zwiększamy ryzyko popełnienia przez niego błędów i prowadzenia procesu technologicznego w sposób nieoptymalny. Sprawa jednak może być przedstawiona inaczej. Zautomatyzowany i zrobotyzowany proces produkcyjny daje wiele korzyści. Najważniejsze to powtarzalna jakość wyrobu, ale z punktu widzenia wykorzystania energii ważniejsze jest to, że proces taki daje się dostrajać, poprawiać i analizować wprowadzane zmiany dzięki stałym warunkom wykonywania czynności. Nie są one zależne od stanu psychofizycznego maszyn, bo one nie czują, nie mają kaca po weekendzie, nie pokłóciły się ze współmałżonkiem. Można więc ich efektywność porównywać w podobnych warunkach, można też eksperymentować. Komparacja i wprowadzenie wielowymiarowych wskaźników oceny, to droga do ciągłego udoskonalania procesu pod względem wydajności, efektywności energetycznej, a powtarzalność procesu w stopniu o wiele wyższym, niż przy wytwarzaniu ręcznym uwiarygadnia efekty oceny. W ten sposób zamyka się koło wydajnej optymalizacji procesu i ciągłego jego poprawiania. Człowiek stale jest tu obecny, ale jego rola maleje wraz z wprowadzaniem AI. Ale to już inna kwestia.

Automatyzacja i robotyzacja, sztuczna inteligencja

Spójne zarządzanie energią zgodne z normą ISO 50001 pozwala na pełne wykorzystanie potencjału urządzeń i systemów technologicznych działających w przedsiębiorstwie, a także na usprawnienie procesów oraz odpowiedni dobór działań dotyczących zużycia energii i redukcji emisji czynników szkodliwych. Do korzyści wynikających z wdrożenia systemu zarządzania energią zaliczyć
można [1]:

• poprawę efektywności energetycznej,
• zmniejszenie kosztów energii (redukcja zużycia energii),
• redukcję emisji gazów cieplarnianych,
• wprowadzenie właściwego nadzoru nad systemem zarządzania energią w organizacji,
• zgodność z wymaganiami prawnymi związanymi z efektywnością energetyczną,
• możliwość integracji z innymi systemami zarządzania.

Aby w pełni wykorzystać system warto sięgnąć po maksymalną automatyzację i robotyzację procesów przemysłowych w firmie. Integracja systemów automatyki rozumiana jako procesy: odczytu, zapisu, analizy oraz optymalizacji sygnałów sterujących w systemach, pozwala efektywne zarządzać procesami energetycznymi związanymi z produkcją. Należy jednak pamiętać, że błędnie zaprojektowanie pracy systemu automatyki może spowodować niepożądane skutki związane z obniżeniem jakości produkcji, a brak monitoringu efektów, czyli zużycia energii, sprawi, że mnie będzie wiadomo czy system działa poprawnie i optymalnie.

W praktyce prawidłowe zaprogramowanie systemu automatyki i wprowadzenie na linię produkcyjną energooszczędnych robotów pozwala uzyskać zmniejszenie zużycia energii nawet do 20–25 %. Warto pamiętać, że poprawnie działający system automatyki bez optymalizacji jest w stanie obniżyć zużycie energii jedynie o 5–10 %, dlatego coraz częściej sięga się po algorytmy sztucznej inteligencji, które optymalizują znacznie lepiej niż człowiek procesy sterowania.

W tym kontekście warto wspomnieć o rozwiązaniu Dalkia Analytics firmy Dalkia Polska. Dalkia Analytics to innowacyjna usługa, której celem jest sterowanie efektywnością energetyczną i środowiskową dla średnich i dużych przedsiębiorstw. Umożliwia wizualizację wszystkich danych procesowych (w tym danych o zużyciu energii i mediów), optymalizuje energochłonność procesów produkcyjnych, zarządza w czasie rzeczywistym sprawnością energetyczną, identyfikuje nieoczywiste obszary mogące wygenerować oszczędności energii oraz przewiduje w sposób dokładny zużycie mediów.

source: Automatyka 7-8/2023