Efektywność energetyczna według FESTO

Biorąc pod uwagę niedużą sprawność wytwarzania sprężonego powietrza, wynikającą z zachodzących przemian termicznych, ograniczone możliwości przesyłowe gazu, zależność ciśnienia i przepływu od architektury sieci oraz algorytmu działania elementów wykonawczych, można dostrzec specyficzną dwoistość energetyczną sprężonego powietrza. Zaniedbane może generować poważne straty finansowe w sposób dyskretny i ciągły. Natomiast odpowiednio monitorowane, utrzymane i wykorzystywane w świadomy sposób, umożliwia osiąganie oszczędności na zaskakująco wysokim poziomie.

Zwiększanie efektywności energetycznej

Strategia zwiększania efektywności energetycznej w obszarze sprężonego powietrza musi bazować równocześnie na wielu zależnych od siebie działaniach. Są one związane z modernizacją sieci, doborem maszyn i komponentów, optymalizacją połączeń, monitoringiem statycznych i dynamicznych procesów produkcyjnych oraz wypracowaniem i wdrożeniem właściwych schematów zachowań ludzkich.

Narzędziami ułatwiającymi realizację każdego z tych zadań są usługi serwisowe Festo, prowadzone zgodnie z wymaganiami normy ISO/DIN 11011. Wyznacza ona standardy audytów efektywności energetycznej sprężonego powietrza.

Wdrożenie projektu zwiększenia efektywności energetycznej może być realizowane według modelu Bottom To Top. Polega on na realizowaniu nieagresywnych inwestycyjnie cykli oraz stopniowym zwiększaniu ich zasięgu, z implementacją bardziej zaawansowanych technologii, finansowanych już z oszczędności wypracowanych w poprzednich cyklach. W przypadku takiego schematu wdrażania środków utrzymania ruchu, korzyści wynikające z pierwszych, małych audytów, zapewnią w krótkim czasie, praktycznie bez kosztów początkowych, pełną profilaktykę i monitoring efektywności o znaczących indeksach oszczędności.

Analiza zużycia energii przy wytwarzaniu sprężonego powietrza

System sprężania musi być w stanie przygotować i wytworzyć sprężone powietrze do zasilania wielu różnych odbiorników, zapewniając odpowiednią ilość i jakość powietrza w opłacalny i wydajny sposób.

Cel serwisu

• stworzenie profilu zużycia      energii w odniesieniu do zapotrzebowania na sprężone powietrze,      w różnych okresach działania (obciążenie bazowe i szczytowe),      z uwzględnieniem i rejestracją chwilowych wahań,
• wyznaczenie sposobów uzyskania      potencjalnych oszczędności.

Zakres usługi

• monitorowanie zużycia      sprężonego powietrza w okresie kilku dni, łącznie z przestojami      i dniami wolnymi od pracy,
• pomiar parametrów procesu –      czasu pracy sprężarek, bieżącego i łącznego zużycia sprężonego      powietrza, wartości i zakresu zmian ciśnienia,
• określenie sprawności sprężania      przez porównanie zużycia energii elektrycznej z ilością dostarczonego      powietrza,
• analiza danych i kosztów      w celu określenia środków służących poprawie wyników.

Korzyści dla klientów

• pomiar układu sprężania,      niezależny od producenta,
• prowadzenie pomiarów podczas      pracy systemu,
• jednoznaczne dane      o zużyciu energii w całej instalacji,
• uwidocznienie kosztów zużycia      sprężonego powietrza,
• pomiar i wykazanie rezerwy      systemu.

Analiza zużycia sprężonego powietrza

Znajomość poziomu zużycia sprężonego powietrza przez poszczególne maszyny ma istotne znaczenie dla optymalnej konfiguracji podaży i dystrybucji sprężonego powietrza.

Cel serwisu

• wyznaczenie zużycia sprężonego      powietrza i strat powodowanych przez nieszczelności,
• wyznaczenie charakterystycznych      wartości ciśnienia i przepływu.

Zakres usługi

• dokładny pomiar zużycia sprężonego      powietrza przez poszczególne maszyny, w stanie statycznym (przestój)      i dynamicznym (praca),
• rejestracja parametrów –      zużycie powietrza przypadające na cykl pracy maszyny, średnie zużycie      minutowe, maksymalne i minimalne ciśnienie w cyklu, maksymalne      i minimalne natężenie przepływu,
• dokumentacja i analiza      wyników pomiarów.

Korzyści dla klientów

• wykazanie rzeczywistego zużycia      sprężonego powietrza przez poszczególne maszyny,
• eliminacja niepożądanego spadku      ciśnienia lub zbędnego zużycia energii na skutek,
• niedostatecznej podaży      powietrza,
• określenie wielkości      i kosztów zużycia sprężonego powietrza, związanego      z nieszczelnościami,
• możliwość optymalnej      konfiguracji dostaw sprężonego powietrza do maszyn,
• znajomość potencjalnych źródeł      oszczędności.

Analiza jakości sprężonego powietrza

Obecność oleju, wody lub cząstek stałych w sprężonym powietrzu ma negatywny wpływ na trwałość komponentów i zespołów pneumatycznych. Substancje te przyczyniają się do usuwania smaru technologicznego oraz powodują zużycie i uszkodzenia uszczelnień lub innych współpracujących elementów. W efekcie rosną nie tylko koszty operacyjne, ale przede wszystkim te wynikające z nieplanowanych przestojów.

Cel serwisu

• zwiększenie sprawności maszyn      i niezawodności procesów,
• zmniejszenie kosztów utrzymania      ruchu.

Zakres usługi

• centralny lub rozproszony      pomiar jakości sprężonego powietrza – kontrola zespołów przygotowania      powietrza, pomiar zawartości wody i oleju,
• wyznaczenie ciśnieniowego      punktu rosy,
• pomiar temperatury      i ciśnienia powietrza,
• dokumentacja i analiza      wyników.

Korzyści dla klientów

• zapewnienie optymalnej jakości      sprężonego powietrza,
• większa trwałość elementów      pneumatycznych,
• ograniczenie do minimum      występowania nieoczekiwanych usterek maszyn,
• możliwość modyfikacji sposobu      przygotowania sprężonego powietrza na podstawie uzyskanych danych.

Wykrywanie nieszczelności

Systematyczne wykrywanie nieszczelności w instalacjach sprężonego powietrza i ich sprawne usuwanie znacząco zmniejszają koszty. Według autorów studium „Compressed Air Systems in the European Union”, opublikowanego przez Instytut Fraunhofera ISI, eliminacja samych tylko nieszczelności może przynieść zwrot w postaci 42 proc. łącznych potencjalnych oszczędności.

Cel serwisu

• wykrywanie nieszczelności      w poszczególnych maszynach, systemach lub w całej instalacji,
• oznakowanie, rejestrowanie      i dokumentowanie wycieków,
• opracowanie indywidualnych      planów działania w celu eliminacji nieszczelności.

Zakres usługi

• badanie całego systemu      sprężonego powietrza – od sprężarki po końcowe urządzenia wykonawcze,
• wykrywanie nieszczelności      podczas pracy urządzeń, przy użyciu detektorów ultradźwiękowych,
• oznaczenie wykrytych      nieszczelności,
• klasyfikacja przecieków według      wielkości, na potrzeby obliczania strat powietrza,
• rejestracja wszystkich informacji,      niezbędnych do napraw i usprawnień.

Korzyści dla klientów

• pomiary prowadzone bez      konieczności wstrzymania produkcji,
• szybkie wykrycie      i zaliczenie nieszczelności do określonych kategorii,
• uwidocznienie strat energii      i kosztów wynikających z nieszczelności instalacji,
• uzyskanie szczegółowej listy      wymaganych napraw, ze wskazaniem części zamiennych,
• możliwość śledzenia      oszczędności dzięki rejestracji danych bieżących i historycznych.

Zwiększanie efektywności energetycznej w liczbach

Aby dostrzec rozmiar strat związanych z wyciekami sprężonego powietrza, warto analizować pomiary w dłuższym okresie. Akademickim przykładem (tab. 1) może być wyciek z jednej tylko nieszczelności o przykładowej średnicy, rozpatrywany w czasie roku (do obliczeń przyjęto średni występujący w przemyśle koszt wytwarzania sprężonego powietrza). Straty wynikające z dużej liczby wycieków ilustruje kalkulacja wdrożenia programu zwiększenia efektywności energetycznej (tab. 2), polegającego na wykryciu i eliminacji wycieków na poziomie całej sieci pneumatycznej w jednym z zakładów należących do światowego producenta żywności.

Tab. 1. Koszty związane z pojedynczym wyciekiem o przykładowej średnicy, ponoszone w ciągu roku

Średnica   otworu	Strata   powietrza (6 bar)		Strata   energii	Koszty
[mm]	[l/min]	[m3/h]	[kW]	[euro/rok]
1	80	4,8	0,4	320
3	670	40	4	3200
5	1857	111	10	8000
10	7850	471	43	34 400

Spektakularnym przykładem wdrożenia przez Festo programu zwiększenia efektywności energetycznej może być również holenderska firma Tate&Lyle, będąca światowym producentem składników i rozwiązań dla przemysłu spożywczego. W przedsiębiorstwie, działającym pod presją ogromnej konkurencji, postanowiono przebadać szczelność wszystkich pracujących w zakładzie systemów sprężonego powietrza. Specjaliści z firmy Festo dokonali przeglądu systemów i znaleźli mnóstwo przecieków. Ogółem firma traciła sześć tysięcy litrów powietrza na minutę, co odpowiadało około 8 proc. kosztów sprężonego powietrza. Przy założeniu, że średnia cena metra sześciennego sprężonego powietrza wynosi 0,025 euro, roczne oszczędności osiągają poziom 75 tys. euro.

Tab. 2. Straty spowodowane dużą liczbą wycieków oraz wynik wdrożenia likwidującego nieszczelności

Stan   pierwotny
Powierzchnia   zakładu	50 000 m2
Moc   zainstalowanych sprężarek	410 kW
Zapotrzebowanie   na sprężone powietrze	40 m3/min
Czas pracy	8000 h/rok
Ciśnienie   sterujące	6 bar
Zużycie   sprężonego powietrza	16 475 000 m3/rok
Średnia   cena sprężonego powietrza	0,018 euro/m3
Koszty   sprężonego powietrza	295 000 euro/rok
Wynik   audytu
Liczba   wykrytych nieszczelności	296
Łączne   straty sprężonego powietrza	1 625 815 m3/rok
Straty   z tytułu nieszczelności	29 265 euro/rok
Koszty   projektu poprawy efektywności energetycznej (w tym koszty audytu   i części zamiennych)	31 000 euro
Efekt   wdrożenia projektu
Redukcja   kosztów sprężonego powietrza	10 %
Oszczędności	29 265 euro/rok
Okres   amortyzacji wdrożenia	13 miesięcy

Jacek Paradowski

source: Festo Sp. z o.o.