Выявление потерь энергии на производстве с Fluke

В контексте мероприятий по энергосбережению первичным является намерение, а уже потом – план. Промышленные площадки демонстрируют устойчивый интерес к управлению энергопотреблением или энергетическому менеджменту. Это и есть намерение: Суть заключается в том, чтобы сократить общее потребление энергии или же, поддерживая потребление на текущем уровне, увеличить количество произведенной продукции на каждый потребленный киловатт.

Содержание

• Определение профиля использования энергии в промышленности
• Энергетические составляющие
• Отслеживание энергопотребления
• Понимание точек потерь энергии
• Обеспечьте рентабельность инвестиций
• Повышение производительности или сокращение накладных расходов?
• Советы относительно экономии расходов

А как насчет плана? Довольно часто в нем и заключается проблема.

В условиях производства план может быть реализован только тогда, когда он опирается как на разумный опыт, который определяет видение, так и на показатели ROI, которые обосновывают соответствующие мероприятия. Однако в энергетике до сих пор не существует достаточного массива исследований, которыми мог бы воспользоваться руководитель промышленного предприятия, чтобы установить базовые показатели "разумного" энергопотребления на производственном объекте. Поэтому как оценить, какая доля текущего энергопотребления является обоснованной, а какая – тратой ресурсов, или же какая доля такой нерационально потраченной электроэнергии обеспечивает достаточно высокую ROI для решения проблемы?

ROI, о которой идет речь, – это стоимость киловатт-часа, которую мы платим поставщику электроэнергии. На эту единицу потребления действует разный тариф в зависимости от времени суток и времени года. Сокращение этих затрат и является экономией. Инвестиции – это основные средства и рабочая сила, необходимые для изменения потребления энергии. Окупаемость – это период времени, за который снижение сумм в счетах за коммунальные услуги окупит инвестиции. То, что остается после того, как окупятся расходы, – это уже так называемый "навар", то есть, чистая выгода.

Возвращаясь к вопросу плана, как нам составить оценку ROI при отсутствии отраслевого стандарта разумного использования энергии?

Определение профиля использования энергии в промышленности

Энергопотребление в промышленности зависит от ряда факторов:

• возраст промышленного объекта
• тип и размер нагрузок
• график работы, как в часах в неделю, так и в плане интенсивности загрузки
• количество работников
• климат
• подход к обслуживанию

Если коротко, ответ таков: Не пытайтесь контролировать каждый киловатт, который потребляет ваш объект. "Мудрость опыта" является частью уравнения. Разбейте объект на электрическую инфраструктуру, а затем на ключевые системы.

Энергосбережение начинается с двух основных тактик: (1) общего обследования ключевых систем и (2) целевого сбора данных, включая регистрацию потребления энергии на главных электрических входах и ключевых нагрузках.

Подсчитайте, сколько электроэнергии номинально должна потреблять система и сколько фактически она потребляет в настоящее время, а затем определите практики нерационального энергопотребления, связанные как с графиком и характером работы, так и с оборудованием и самой системой. Чтобы достичь экономии, необходимо ликвидировать нерациональное энергопотребление на объекте путем изменений в эксплуатации, техническом обслуживании или же в оборудовании и элементах управления.

Энергетические составляющие

Прежде чем объяснить, как отслеживать потребление электроэнергии, следует вспомнить, каким образом мы определяем и измеряем электроэнергию.

Энергия выражается в реальной, реактивной и полной мощности (рис. 1).

Рисунок 1. Энергия представлена реальной, реактивной и полной мощностью.

Поток электроэнергии характеризуется следующими параметрами:

• реальная (P) или активная мощность в ваттах (Вт)
• реактивная мощность (Q) в вольт-амперах реактивных (ВАр)
• комплексная мощность (S) в вольт-амперах (ВА)
• полная мощность или же величина комплексной мощности (ВА)

Математическая связь между реальной, реактивной и полной мощностью может быть представлена векторами или выражена с помощью комплексных чисел: S = P + jQ (где j означает мнимую единицу).

Реактивная мощность не передает электроэнергию, то есть, она не выполняет работу, поэтому ее изображают как мнимую ось векторной диаграммы. Энергию передает реальная мощность, поэтому действительной осью является именно она.

Скорость потока электроэнергии в системе зависит от нагрузки: является ли она резистивной, реактивной или и той, и другой одновременно.

При сугубо резистивной нагрузке напряжение и ток одновременно имеют обратную полярность. В каждый отдельно взятый момент произведение напряжения и тока положительное, поэтому передается только реальная мощность, то есть выполняется работа.

Если нагрузка сугубо реактивная, напряжение и ток находятся в противофазе, а произведение напряжения и тока может быть как положительным, так и отрицательным. Это значит, что определенная часть электроэнергии передается нагрузке, а другая часть возвращается обратно. Чистая передача энергии на нагрузку равна нулю, то есть работа не выполняется.

На самом деле все нагрузки демонстрируют сочетание сопротивления, индуктивности и емкости, создавая в системе как реальную, так и реактивную мощность. Поэтому электрические системы спроектированы таким образом, чтобы выдерживать определенную реактивную мощность. Проблема возникает, когда такой реактивной мощности генерируется слишком много. В этом случае реальной мощности не то, что не хватает для выполнения необходимой работы, а возникает угроза для способности системы выполнять работу в целом. Именно поэтому компании-поставщики коммунальных услуг штрафуют клиентов, если их нагрузки производят слишком много реактивной мощности: это непроизводительная энергия, которая стоит денег, но не может быть использована.

В большинстве счетов за коммунальные услуги содержится расчет вольт-ампер реактивных (реактивной мощности), а некоторые поставщики даже рассчитывают коэффициент мощности, который является оценкой того, на сколько реальная мощность системы падает ниже 100 процентов. Большинство коммунальных предприятий требуют от своих клиентов поддерживать коэффициент мощности на уровне свыше 0,95.

Отслеживание энергопотребления

Рисунок 2. Установите оборудование для регистрации энергопотребления, чтобы измерять общий уровень и качество потребления и в дальнейшем отслеживать, когда потребляется электроэнергия.

Понимание основных составляющих электроэнергии позволяет электрику настроить оборудование для регистрации энергопотребления таким образом, чтобы измерить общий уровень и качество потребления, а затем проследить, когда и на что расходуется электроэнергия (рис. 2).

Регистрируйте мощность на главных и вспомогательных панелях, а также на основных нагрузках. Фиксируйте киловатты, киловатт-часы и коэффициент мощности в течение репрезентативного временного промежутка.

Это даст вам очень подробную картину реального энергопотребления на трехфазных цепях и нагрузках.

Наибольшая экономия электроэнергии достигается благодаря определению пиковых нагрузок, оценке коэффициента мощности и общего потребления электроэнергии по сравнению с суммами в счетах за электроэнергию, а также, возможно, за счет перебалансировки нагрузок. Даже несколько минут пикового потребления могут привести к увеличению тарифа за электроэнергию на несколько часов, дней, а то и недель.

Изменение графика нагрузок может позволить компании воспользоваться преимуществами времени суток, когда электроэнергия стоит дешевле. Проверьте, на сколько коэффициент мощности ниже единицы, а также проанализируйте счета за электроэнергию, чтобы выяснить, предусмотрены ли штрафы за низкий коэффициент мощности.

Понимание точек потерь энергии

Каждая система и производство может стать точкой потерь энергии, которые можно сократить или устранить. Можно начать с проверки электрических подсистем, систем сжатого воздуха, парогенерации и отдельных электромеханических систем, однако каждое производство имеет свои собственные потенциальные точки потерь, на которых следует проводить контрольные измерения.

Цель состоит в составлении карты энергопотребления для конкретного оборудования и процессов, чтобы увидеть, где именно утрачивается электроэнергия, дать потерям количественное выражение и определить приоритеты в части совершенствования или замены в зависимости от срока службы оборудования, а также определить, какие модификации могут обеспечить наилучшую рентабельность инвестиций.

Энергетическое картирование также обеспечивает базовую линию, относительно которой следует оценивать эффективность проектов по энергосбережению в части обоснования затрат (рис. 3).

Рисунок 3. Энергетическое картирование обеспечивает базовую линию, относительно которой следует оценивать эффективность проектов по энергосбережению в части обоснования затрат.

Типичные точки потерь в электрических подсистемах:

• Нагрузки, которые часто оставляют включенными после окончания смены или без надобности запускают в пиковое время суток.
• Отсутствие контроля над силовой установкой может привести к генерации большей мощности, чем требуется.
• Перенапряжение/перегрузка током приводит к чрезмерному потреблению электроэнергии для компенсации.
• Перекос фаз приводит к тому, что нагрузка потребляет электроэнергию без возможности ее использования.
  

Определите и дайте количественную оценку результатам следующих мероприятий:

• Проведите тепловизионное обследование электропанели и механической нагрузки на предмет перегрева.
• Регистрируйте потребление электроэнергии по времени: сколько электроэнергии потребляется в то или иное время суток и с какой долей потерь.

Типичные точки потерь и диагностики в электромеханических системах:

• Чрезмерное трение от выравнивания, подшипников, разбалансировки и неплотных соединений перегружают силовую установку, вызывая чрезмерное потребление мощности.
• Нагрузки, оставленные включенными без контроля во внерабочее время, работают в пиковые моменты, создавая больше мощности, чем нужно, или же подвергаясь перенапряжению/перегрузке током и перекосу фаз.
• Устаревшие механические устройства потребляют так много электроэнергии по сравнению с новыми высокоэффективными моделями, что уменьшение потребления киловатт-часов само по себе оправдывает замену.

Определите и дайте количественную оценку результатам следующих мероприятий:

• Проведите тепловизионное обследование панели привода и механической нагрузки на предмет перегрева, который свидетельствует о неэффективном потреблении электроэнергии.
• Регистрируйте мощность по времени; проверяйте общее количество киловатт-часов, коэффициент мощности, пиковую нагрузку, перекос фаз и гармоники.
• Измеряйте уровень вибрации на соответствие стандартам и определите решение для технического обслуживания, например, повторную балансировку.
• Проведите тепловизионное обследование муфт, валов, ремней, подшипников и вентиляторов.
• Проверяйте уровни тока и напряжения.
• Проведите тепловизионное обследование клеммной/распределительной коробки и обмоток, а также проверяйте сопротивление изоляции.

Типичные точки потерь и диагностики в системах сжатого воздуха:

• Чрезмерные утечки в линиях сжатого воздуха, которые приводят к избыточной эксплуатации для поддержания подачи.
• Потребление электроэнергии компрессорами, которые остаются включенными в нерабочее время.
  

Определите и дайте количественную оценку результатам следующих мероприятий:

• Регистрируйте мощность на компрессоре и сравнивайте с базовым уровнем потребления.
• Проводите измерения давления на компрессоре и в точке использования для определения величины перепада.
• Проведите ультразвуковое обследование линий для выявления утечек.

Типичные точки потерь и диагностики в системах парогенерации:

• Неисправные конденсатоотводчики и недостаточная изоляция отработанного пара, что приводит к перепроизводству для поддержания необходимой подачи.

Определите и дайте количественную оценку результатам следующих мероприятий:

• Регистрируйте мощность на котле и сравнивайте с базовым уровнем потребления.
• Проведите тепловизионное обследование труб и сифонов для выявления пробелов в изоляции и засорений.

Обеспечьте рентабельность инвестиций

Учитывая уже упомянутое отсутствие отраслевых стандартов, как узнать, какие системы имеют наибольшую потенциальную рентабельность инвестиций в экономию электроэнергии? Лучший материал для этого – это конкретные примеры, которые отражают распространенные ситуации. Вот несколько примеров, касающихся распространенных промышленных систем.

Электромеханический контроль

Контроль системы сжатого воздуха

Контроль конденсатоотводчиков

Повышение производительности или сокращение накладных расходов?

Следующий вопрос, на который стоит ответить: после определения пути к сокращению энергопотребления вы направляете достигнутую экономию на увеличение производственной мощности (то есть, производите большие объемы при текущем потреблении кВт⋅ч) или на другие бизнес-стратегии (маржа прибыли, реализация цены)?

Сокращение энергопотребления – это просто надлежащая практика коммерческой деятельности. Регистрируя энергопотребление по каждой основной системе и сопоставляя эти расходы со счетами за коммунальные услуги, чтобы количественно определить, где и когда потребляется электроэнергия, компании часто могут достичь экономии за счет простых операционных изменений и изменений в графике работы.

Выявляя неэффективное или устаревшее оборудование, компании могут обосновать и определить приоритетность его замены. А сокращая общее энергопотребление, компании снижают операционные расходы, что повышает их конкурентоспособность на рынке.

Советы относительно экономии расходов

Внесите изменения в операционную деятельность, чтобы воспользоваться следующими преимуществами:

• более низкая стоимость электроэнергии в определенное время суток
• время, когда оборудование можно выключить
• датчики и элементы управления, позволяющие выключать системы, когда они не нужны

Установите графики запуска/выключения инфраструктурного оборудования для режимов работы и простоя.

Установите время запуска энергоемкого оборудования с интервалом не менее 15 минут, чтобы избежать пиковых нагрузок.

Установите частотно-регулируемые приводы (VFD) на крупные силовые установки и замените существующие неэффективные силовые установки на модели с высоким КПД.

Команда Masteram