CHANGE: Chambers - Energy - SMEs Izby gospodarcze promują inteligentną energię w małych i średnich przedsiębiorstwach

Prezentacja projektu
Koordynator krajowy projektu
Krajowa Izba Gospodarcza
Katarzyna Grzejszczyk

tel.: 022 6309628
Inteligentna energia

Przewodnik po efektywności


Możliwości ograniczania energochłonności typowych instalacji i urządzeń przemysłowych opracowanie na podstawie wykładu mgr inż. Jerzego Tumiłowicza Specjalisty ds. Efektywności Energetycznej w Polsko Japońskim Centrum Efektywności Energetycznej (PJCEE) przy Krajowej Agencji Poszanowania Energii oraz demonstracji w Laboratorium, jaką przeprowadzili specjaliści z PJCEE: mgr inż. Marek Pawełoszek , dr inż. Jacek Szymczyk i mgr inż. Jerzy Tumiłowicz, którzy objaśniali sposoby poprawy efektywności energetycznej typowych instalacji lub urządzeń spotykanych w zakładach - na krajowym szkoleniu kadr izbowych, Warszawa 3 marca 2009r.


W każdym zakładzie produkcyjnym występują typowe urządzenia lub instalacje oraz typowe niedopatrzenia z nimi związane, prowadzące do strat energii:

Układ sprężonego powietrza

Wykorzystanie go jest niezwykle kosztowne, przy wzięciu pod uwagę zużywanej na sprężanie energii. Efektywność energetyczna procesu sprężania powietrza może wynosić, wg. niektórych źródeł, tylko ok. 10 % (a niektóre źródła podają że jedynie ok. 5%) - oznacza to, że jeśli w instalacji występuje silnik pneumatyczny o mocy 1 kW, to w sprężarkowni do napędzenia tego silnika potrzebne jest 10 kW . Tak duża potrzeba energii w systemie sprężania powietrza wynika z faktu, że większość energii wykorzystywanej do sprężania jest rozpraszana w postaci ciepła – powietrze najpierw jest ogrzewane, a potem trzeba je schłodzić. Często trzeba także usunąć z niego wilgoć (usunąć szkodliwy kondensat wody z instalacji) , odfiltrować pyły i dostarczyć do miejsca wykorzystania. Jeżeli instalacja jest rozległa, oznacza to z reguły duże straty na wyciekach sprężonego powietrza.

Powstaje zatem problem, jak zmniejszyć energochłonność systemu. Po pierwsze, można w zakładzie obniżyć ciśnienie tłoczenia. Im jest ono wyższe, tym większe zużycie energii. Taka nadwyżka ciśnienia tłoczącego (np. sprężarki ustawione na 8 barów, gdy wystarczające jest 5 lub 6) związana jest ze spadkami ciśnienia, które mają często miejsce w zakładzie. Spadek ciśnienia występuje np. w momencie wyłączenia się pojedynczej sprężarki. Firma powinna zbadać przyczynę spadku ciśnienia (w przypadku wyłączenia się sprężarki może to być np. problem ze sterowaniem sprężarkami) i usunąć ją a nie zwiększać ciśnienie w pozostałych – odbywa się to bowiem kosztem większego zużycia energii.

Po drugie, jeśli w zakładzie występuje grupa sprężarek, to można poprawić sterowanie ich pracą. Powinny one być tak zaprogramowana, aby jak najmniejsza liczba sprężarek pracowała w stanie biegu jałowego (Sprężarki dopasowują swoje działanie do zapotrzebowania. Jeśli zapotrzebowanie na sprężone powietrze spada – przechodzą w stan jałowy – nie tłoczą sprężonego powietrza, ale pobierają wtedy 30 – 40% energii).

Następnym posunięciem może być usunięcie wycieków sprężonego powietrza z instalacji i urządzeń. W niektórych instalacjach te straty wynoszą nawet kilkadziesiąt procent.

Istotne jest też bardziej oszczędne korzystanie ze sprężonego powietrza i wykorzystanie powietrza z dmuchaw. Jeżeli do procesu produkcji potrzebujemy sprężonego powietrza o mniejszym ciśnieniu – np. do 1 bara, wtedy opłaca się zastąpić sprężarki dmuchawami. Doświadczenia japońskie pokazują, że oszczędności związane z wprowadzeniem dmuchaw zamiast sprężonego powietrza ze sprężarek wynoszą nawet 80 – 90 %.

Innym posunięciem jest też obniżenie temperatury w sprężarkowi (lub zasysanie chłodniejszego powietrza – z zewnątrz). Im bowiem wyższa temperatura powietrza zasysanego przez sprężarki, tym niższa sprawność sprężania.

Oszczędności przyniesie też wykorzystanie ciepła generowanego przez sprężarki. Jest to ciepło niskotemperaturowe – może być użyte do ogrzewania hali lub też do podgrzewania wody (co wymaga już większych inwestycji).

Dr inż. Jacek Szymczyk objaśnia w laboratorium PJCEE optymalną pracę sprężarek – krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.
Dr inż. Jacek Szymczyk objaśnia w laboratorium PJCEE optymalną pracę sprężarek – krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.

Stanowisko sprężarki

Przy zastosowaniu sprężarek można uzyskać ciśnienie równe kilkuset barom i więcej. Proces zachodzący w sprężarkach wygląda następująco: najpierw powietrze zasysane jest z zewnątrz; następnie jest osuszane i eliminuje się z niego parę wodną (przy użyciu osuszacza). Jest także oczyszczane. W instalacji zaprezentowanej w Laboratorium takie odpowiednio przygotowane powietrze jest następnie pompowane przez dwie sprężarki do zbiornika wyrównawczego. Następnie przez układ pomiarowy może być tłoczone do innych zbiorników. Przed jednym z nich zastosowane są układy redukcyjne, pozwalające na ustawienie ciśnienia na nie wyższe niż o wartości zadanej. Na koniec powietrze jest wydmuchiwane na zewnątrz.

Instalacja, dzięki utworzonym w niej otworom, pozwala przeprowadzić symulacje wycieków sprężonego powietrza. W zakładach jest to zjawisko powszechne i mimo objawu głośnego "gwizdania" – niesłyszalne często w głośnej hali produkcyjnej. Rozwiązaniem pozwalającym na wykrycie takich wycieków jest specjalny czujnik ultradźwiękowy.

Podobnie jak przy pompach i wentylatorze, tak i na tej instalacji zademonstrować można korzyści wynikające z zastosowania falownika. Sprężarki pracują bowiem cyklicznie: pompują powietrze aż do uzyskania zadanego poziomu ciśnienia tłoczonego powietrza; wówczas wchodzą w tzw. tryb unload – wyłączenia. W tym trybie pracują one nadal, pobierają energię, ale nie tłoczą powietrza, aż do momentu, kiedy ciśnienie spadnie do zadanego poziomu minimalnego – wtedy automatycznie się załączają. Taka praca sprężarek powoduje duże straty energii. Przy zastosowaniu falownika można wyeliminować włączanie i wyłączanie się sprężarek – ustawiając stałą wartość ciśnienia tłoczonego powietrza. Z badań Centrum wynika, że przy współpracy sprężarek z falownikiem zużywanych jest p 30% energii mniej niż w sytuacji, gdy nie korzysta się z falownika.

Kotłownie i instalacje pary oraz gorącej wody

W takich instalacjach często traci się sporo energii lub paliw. Zapobiegać tym stratom można poprzez różne działania. Po pierwsze – przez obniżenie ilości powietrza do spalania paliwa w kotłach. Zbyt duża ilość powietrza daje w efekcie nadmierne ilości spalin. Są one ogrzane i ulatują z komina, przez co traci się niepotrzebnie energię.

Drugim działaniem zmniejszającym straty energii jest poprawienie stanu izolacji termicznej rur, armatury i zaworów.

Kolejnym posunięciem może być dopasowanie wydajności kotłów do zapotrzebowania na ciepło. Należy dążyć do tego, aby kotły pracowały przy jak największym obciążeniu, zbliżonym do nominalnego.

Należy także usprawnić działanie odwadniaczy instalacji parowych. Często zdarza się, że odwadniacze przepuszczają zarówno parę jak i kondensat. Według statystyk w zakładach, w których nie przeprowadza się systematycznie konserwacji odwadniaczy, p. 30% z nich jest niesprawnych. Tam natomiast, gdzie wprowadzono program konserwacji, niesprawność wynosi jedynie kilka procent.

Sprawą oczywistą jest także usunięcie wszelkich wycieków pary z instalacji – będących czystą stratą energii.

Trzeba też pamiętać o dostosowaniu sieci przesyłu pary do zapotrzebowania, ew. usunąć niepotrzebne fragmenty instalacji. Taka potrzeba pojawia się p. gdy z biegiem lat zmienia się profil produkcji zakładu lub technologia. Często rezygnuje się wtedy ze stosowania pary w pewnych obszarach i za tym powinno pójść usunięcie niepotrzebnych fragmentów instalacji parowych lub dostosowanie instalacji do nowych potrzeb.

Można także zastosować odzysk ciepła gazów wylotowych, przy założeniu, że mają one odpowiednio wysoką temperaturę. Wymaga to jednak pewnych inwestycji. Można zastosować odbiór kondensatu – wykorzystać ciepło w nim zawarte i zawrócić gorącą wodę do instalacji zasilającej kocioł – przy założeniu, że jest ona czysta i w niewielkiej odległości od kotła. Możliwe jest także wprowadzenie automatyzacji odsalania i odmulania kotła, która również pozwala ograniczyć straty energii w kotle.

Mgr ok. Jerzy Tumiłowocz demonstruje w laboratorium PJCEE optymalną pracę palnika gazowego – krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.
Mgr ok. Jerzy Tumiłowocz demonstruje w laboratorium PJCEE optymalną pracę palnika gazowego – krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.

Stanowisko kotła parowego i palnika gazowego

Urządzenia te są powszechnie stosowane do wytwarzania pary i gorącej wody. Zużywają przez to dużą ilość energii w postaci paliw. Stanowisko palnika w laboratorium pozwala praktycznie sprawdzić, jak wpływa ilość powietrza dostarczanego do spalania na efektywność energetyczną (a dokładnie: na ilość spalanego paliwa) – umożliwia przeprowadzenie próby z różną ilością powietrza do spalania. Pomiary przeprowadzone w Centrum wskazują, że oszczędności wynikające z odpowiednio wyregulowanej ilości powietrza wynoszą w kotłach 3% paliwa. Palniki są stosowane także i w innych instalacjach (ok. różnego rodzaju piecach). Korzyści energetyczne wynikające z odpowiedniej regulacji tlenu dostarczanego do spalania są w nich analogiczne – dzięki temu energia nie jest tracona w postaci ciepła ze spalin.

Drugą możliwością racjonalizacji energii, którą można zademonstrować na stanowisku kotła to zastosowanie tzw. ekonomizatora (wymiennika ciepła). Dzięki niemu możliwy jest odzysk ciepła ze spalin. Odbywa się to w tzw. wężownicy, znajdującej się w wymienniku ciepła. Do tej właśnie wężownicy kieruje się wodę zasilającą. Jest ona następnie "omywana" strumieniem gorącego gazu ze spalania paliwa. Wypływając z wymiennika ciepła, woda zasilająca jest cieplejsza o ok.12 stopni. Tak podgrzana woda wraca do kotła, który, dzięki ekonomizatorowi potrzebuje mniej energii na jej dalsze ogrzanie.

Mgr inż. Marek Pawełoszek  objaśnia rolę prawidłowej pracy odwadniaczy w instalacjach parowych ( w tle stanowisko odwadniaczy w laboratorium PJCEE) - krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.
Mgr inż. Marek Pawełoszek objaśnia rolę prawidłowej pracy odwadniaczy w instalacjach parowych ( w tle stanowisko odwadniaczy w laboratorium PJCEE) - krajowe szkolenie kadr izbowych, 3 marca 2009r.

Stanowisko odwadniaczy

Odwadniacze – czyli zawory selektywne, których zadaniem jest odwadnianie – zrzucanie kondensatu z rurociągów pary. W takim rurociągu, wraz z parą przenosi się zwykle brud, pęcherzyki powietrza oraz kondensat – skroplona para wodna. Pogarsza to parametry pary, a także może doprowadzić do powstania tzw. momentów hydraulicznych i zniszczenia rurociągu. W związku z tym wszystkie te zaburzenia muszą zostać wyeliminowane. Służą temu właśnie odwadniacze.

Istnieje bardzo wiele rodzajów odwadniaczy. Najbardziej popularne ich rodzaje, które zostały zainstalowane w Laboratorium PJCEE to odwadniacze: dzwonkowe, pływakowe, termodynamiczne i bimetaliczne. Odwadniacz nie spełnia swojego zadania, jeśli: jest zużyty (działa wtedy jak wyciek w instalacji - przepuszcza wszystko – wodę, parę i brud – jest to czysta strata energii) lub jeśli zostanie zapchany, zabrudzony (nie spełnia wtedy swojego zadania, bowiem stanowi zamknięty zawór nie przepuszczający kondensatu – ta sytuacja mniej wpływa na efektywność energetyczną, ale może stanowić zagrożenie bezpieczeństwa systemu). Stanowisko w Laboratorium pozwala puścić parę do instalacji i zaobserwować działanie odwadniaczy, także tych z usterką. Przeglądów odwadniaczy, w celu wyeliminowania tych usterek, należy dokonywać co najmniej raz na pół roku, tymczasem jak pokazują doświadczenia ekspertów Centrum, serwisowanie odwadniaczy jest w firmach bagatelizowane.

Uczestnicy dowiedzieli się też, w jaki sposób audytorzy badają odwadniacze w zakładach. Zwykle polega to na wybraniu próbki np. ok. 40 odwadniaczy i na podstawie danych z nich zebranych szacuje się, ile pary jest tracone w całym zakładzie. Przelicza się to następnie na straty paliwa potrzebne do jej wytworzenia.

Pompy i wentylatory

Wymienione zostały czynności, jakie należy podjąć, żeby zaoszczędzić energię w układach pomp i wentylatorów. Ważne jest po pierwsze dostosowanie ich wydajności do potrzeb danego procesu. Często działają one z wartością nominalną, przez co przepływ powietrza, wody, czy innego płynu jest zbyt duży w stosunku do potrzeb. W przypadku pomp można dobrze regulować wydajność za pomocą falownika; podobny sposób regulacji można zastosować w wentylatorowni (wykorzystując przemiennik częstotliwości).

Trzeba też pamiętać o wyeliminowaniu pracy urządzeń, gdy nie jest ona niezbędna. Warto też zastanowić się nad zastosowaniem energooszczędnych silników. Silniki nowej konstrukcji zużywają o 1% do kilku % mniej energii. Przy wymianie starego silnika na nowy należy rozważyć, czy nie opłaca się wymienić go na bardziej energooszczędny, aby po określonym czasie koszt zakupu zwrócił się w kosztach zaoszczędzonej energii.

Stanowisko pompy

Kolejna zaprezentowana instalacja składała się z silników i pomp – skonstruowana została na kształt niewielkiej przepompowni. Specjalista PJCEE pokazał, iż zamykając odpowiednie zawory, pompy te ustawić można szeregowo lub równolegle. W instalacji zamontowano też różne przepływomierze pozwalające dokonywać pomiarów. Zamykając zawory można regulować przepływ cieczy w instalacji. Na przykład, można zawracać jej część w jakimś miejscu lub zatrzymać jej przepływ. Te rozwiązania nie są jednak ekonomicznie zalecane z punktu widzenia efektywności energetycznej. Ekspert wyjaśnił, że najlepiej dla regulacji przepływu w instalacjach jest dostosować przepływ pompowanej cieczy do potrzeb. Do tego służy falownik. Przy jego zastosowaniu częstotliwość obrotów pompy automatycznie dostosowuje się do potrzeb w zakładzie. Oznacza to, że pompa przepuszcza różną ilość cieczy – w zależności od zapotrzebowania. Na stanowisku pomp zainstalowany jest także nowoczesny system pomiarowy, który pozwala na rejestrację oraz śledzenie i wizualizację pomiarów na wykresach.

Stanowisko wentylatora

Celem wentylatora jest pobieranie powietrza z zewnątrz i wydmuchiwanie go za pomocą różnych przewodów - czy to do celów chłodzenia, klimatyzacji czy też do celów produkcyjnych.

Zwracać należy uwagę na zależność mocy wydmuchiwanego powietrza od średnicy przewodów: im szerszy przewód tym opór jest mniejszy i mniejsze tym samym są straty energii.

W przewodach wentylacyjnych następują spadki ciśnienia w zależności od stosowanych zaworów. Najczęściej w zakładach, mimo całkowicie otwartych zaworów, i tak następuje spadek ciśnienia powietrza – jakieś światło czy część zaworu pozostaje zasłonięta lub występuje jakieś zaburzenie przepływu. Wyjątkiem jest zawór zwany zasuwą – nie wprowadza ona żadnych zaburzeń w przewodzie a to wpływa na mniejsze spadki ciśnienia i większą energooszczędność.

Podobnie jak przy instalacji pomp i na tym stanowisku można analizować wpływ różnych sposobów regulacji działania wentylatora na pobór mocy pobieranej przez urządzenie. Dzięki zainstalowanemu falownikowi można regulować płynnie prędkość obrotową wentylatora – a więc i ilość przepływającego powietrza. Dla porównania można na stanowisku zaprezentować inny - mało efektywny energetycznie sposób regulacji, jakim jest zamknięcie zaworu (zarówno w części ssawnej – przed wentylatorem, jak i za wentylatorem).

Oświetlenie

Działania pod kątem oświetlenia prowadzące do wzrostu efektywności energetycznej to odpowiednio:
  • racjonalizacja czasu załączania oświetlenia
  • wprowadzenie sekcji oświetleniowych
  • instalowanie oświetlenia bezpośrednio nad stanowiskami pracy
  • zastosowanie energooszczędnych źródeł światła.
Stanowisko oświetlenia

Na przykładzie energooszczędnych rozwiązań w oświetlaniu ulic: taki system regulacji oświetlenia sterowany jest komputerem i uwzględnia różne czynniki, np. warunki panujące w otoczeniu. System zaopatrzony jest w czujnik, mierzący natężenie ruchu samochodów na drodze. Pozwala to przykładowo na zmniejszanie ostrości oświetlenia przy mniejszym ruchu, a zwiększanie - w razie wystąpienia wypadku drogowego. Inny czujnik powoduje, iż natężenie oświetlenia zwiększone zostaje w czasie deszczu.

W Laboratorium znajduje się także drugie stanowisko oświetleniowe – tzw. LED. Do tej pory ta technologia wykorzystywana była jedynie do celów oświetlenia „artystycznego” (oświetlania np. fasad budynków), obecnie coraz częściej stosuje się ją także na skalę użytkową – w budynkach mieszkalnych i w oświetleniu ulicznym. Ceny tej techniki szybko spadają. Specjalista Centrum podkreślił, że ze względu na energooszczędność jest to niewątpliwie technika przyszłości, np. tzw. dynamiczne oświetlenie, które może być wykorzystywane w domu i pozwalać dostosowywać natężenie i barwę światła do potrzeb.
Projekt realizowany przy wsparciu:
Intelligent Energy Europe
Wyłączną odpowiedzialność za zawartość tej strony internetowej ponoszą jej autorzy. Niekoniecznie odzwierciedla ona opinię Wspólnot Europejskich. Komisja Europejska nie jest odpowiedzialna za jakikolwiek użytek poczyniony z zawartych tu treści.
wykonanie: ERYDIUM Strona główna | Europejska strona projektu | Strona Krajowej Izby Gospodarczej