Виявлення втрат енергії на виробництві з Fluke

У контексті заходів з енергозбереження первинним є намір, а вже тоді – план. Промислові майданчики демонструють стійкий інтерес до керування енергоспоживанням або ж енергетичного менеджменту. Це і є намір: Суть полягає у тому, щоб скоротити загальне споживання енергії або ж, підтримуючи споживання на поточному рівні, збільшити кількість виробленої продукції на кожен спожитий кіловат.

Зміст

• Визначення профілю енергоспоживання у промисловості
• Енергетичні складові
• Відстеження енергоспоживання
• Розуміння точок втрати енергії
• Забезпечте рентабельність інвестицій
• Підвищення продуктивності чи скорочення накладних витрат?
• Поради щодо економії витрат

А як щодо плану? Доволі часто в ньому і полягає проблема.

В умовах виробництва план може бути реалізовано лише тоді, коли він спирається як на мудрий досвід, який визначає бачення, так і на показники ROI, які обґрунтовують відповідні заходи. Однак в енергетиці досі не існує достатнього масиву досліджень, якими міг би скористатися керівник промислового підприємства, щоб встановити базові показники "розумного" енергоспоживання на виробничому об'єкті. Тож як оцінити, яка частка поточного енергоспоживання є обґрунтованою, а яка – марнуванням ресурсів, або ж яка частка такої нераціонально витраченої електроенергії забезпечує достатньо високу ROI для вирішення проблеми?

ROI, про яку нам йдеться, – це вартість кіловат-години, яку ми сплачуємо постачальнику електроенергії. На цю одиницю споживання діє різний тариф залежно від часу доби та пори року. Зменшення цих витрат і є економією. Інвестиції – це основні засоби та робоча сила, необхідні для зміни споживання енергії. Окупність – це період часу, за який зниження сум у рахунках за комунальні послуги окупить інвестиції. Те, що залишається після того, як окупляться витрати, – це вже так званий "навар", тобто чиста вигода.

Повертаючись до питання плану, як нам скласти оцінку ROI за відсутності галузевого стандарту розумного використання енергії?

Визначення профілю енергоспоживання у промисловості

Енергоспоживання в промисловості залежить від низки факторів:

• вік промислового об’єкту
• тип та розмір навантаження
• графік роботи, як у годинах на тиждень, так і в плані інтенсивності завантаження
• кількість працівників
• клімат
• підхід до обслуговування
  

Якщо коротко, відповідь така: Не намагайтеся контролювати кожен кіловат, який споживає ваш об'єкт. "Мудрість досвіду" – частина рівняння. Розбийте об'єкт на електричну інфраструктуру, а потім на ключові системи.

Енергозбереження починається з двох основних тактик: (1) загального обстеження ключових систем та (2) цільового збору даних, включаючи реєстрацію споживання енергії на головних електричних входах та ключових навантаженнях.

Підрахуйте, скільки електроенергії номінально повинна споживати система та скільки фактично вона споживає в даний час, а тоді визначте практики нераціонального енергоспоживання, пов'язані як з графіком і характером роботи, так і з обладнанням та самою системою. Щоб досягти економії, необхідно ліквідувати нераціональне енергоспоживання на об'єкті шляхом змін в експлуатації, технічному обслуговуванні або ж в обладнанні та елементах керування.

Енергетичні складові

Перш ніж пояснити, як відстежувати споживання електроенергії, слід пригадати, яким чином ми визначаємо та вимірюємо електроенергію.

Енергія виражається в реальній, реактивній та повній потужності (мал. 1).

Малюнок 1. Енергія представлена реальною, реактивною та повною потужністю.

Потік електроенергії характеризується такими параметрами:

• реальна (P) або активна потужність у ватах (Вт)
• реактивна потужність (Q) у вольт-амперах реактивних (ВАр)
• комплексна потужність (S) у вольт-амперах (ВА)
• повна потужність або ж величина комплексної потужності (ВА)

Математичний зв'язок між реальною, реактивною та повною потужністю може бути представлений векторами або виражений за допомогою комплексних чисел: S = P + jQ (де j означає уявну одиницю).

Реактивна потужність не передає електроенергію, тобто, вона не виконує роботу, тому її зображують як уявну вісь векторної діаграми. Енергію передає реальна потужність, тож дійсною віссю є саме вона.

Швидкість потоку електроенергії у системі залежить від навантаження: є воно резистивним, реактивним або і тим, і іншим водночас.

При суто резистивному навантаженні напруга і струм одночасно мають зворотну полярність. В кожен окремо взятий момент добуток напруги та струму позитивний, тож передається тільки реальна потужність, тобто виконується робота.

Якщо навантаження суто реактивне, напруга та струм знаходяться в протифазі, а добуток напруги та струму може бути як додатним, так і від'ємним. Це означає, що певна частина електроенергії передається навантаженню, а інша частина повертається назад. Чиста передача енергії на навантаження дорівнює нулю, тобто робота не виконується.

Насправді всі навантаження демонструють поєднання опору, індуктивності та ємності, створюючи в системі як реальну, так і реактивну потужність. Тому електричні системи спроектовані таким чином, щоб витримувати певну реактивну потужність. Проблема виникає, коли такої реактивної потужності генерується занадто багато. У цьому випадку реальної потужності не те, що не вистачає для виконання необхідної роботи, а виникає загроза для здатності системи виконувати роботу загалом. Саме тому компанії-постачальники комунальних послуг штрафують клієнтів, якщо їхні навантаження виробляють занадто багато реактивної потужності: це непродуктивна енергія, яка коштує грошей, але не може бути використана.

У більшості рахунків за комунальні послуги міститься розрахунок вольт-ампер реактивних (реактивної потужності), а деякі постачальники навіть розраховують коефіцієнт потужності, який є оцінкою того, на скільки реальна потужність системи падає нижче 100 відсотків. Більшість комунальних підприємств вимагають від своїх клієнтів підтримувати коефіцієнт потужності на рівні понад 0,95.

Відстеження енергоспоживання

Малюнок 2. Встановіть обладнання для реєстрації енергоспоживання, щоб вимірювати загальний рівень і якість споживання та надалі відстежувати, коли споживається електроенергія.

Розуміння основних складових електроенергії дозволяє електрику налаштувати обладнання для реєстрації енергоспоживання таким чином, щоб виміряти загальний рівень та якість споживання, а тоді простежити, коли і на що витрачається електроенергія (мал. 2).

Реєструйте потужність на головних і допоміжних панелях, а також на основних навантаженнях. Фіксуйте кіловати, кіловат-години та коефіцієнт потужності впродовж репрезентативного часового проміжку

Це дасть вам дуже детальну картину реального енергоспоживання на трифазних колах і навантаженнях.

досягається завдяки визначенню пікових навантажень, оцінці коефіцієнта потужності та загального споживання електроенергії у порівнянні з сумами у рахунках за електроенергію, а також, можливо, за рахунок перебалансування навантажень. Навіть кілька хвилин пікового споживання можуть призвести до збільшення тарифу за електроенергію на кілька годин, днів, а то й тижнів.

Зміна графіку навантажень може дозволити компанії скористатися перевагами часу доби, коли електроенергія коштує дешевше. Перевірте, на скільки коефіцієнт потужності нижчий за одиницю, а також проаналізуйте рахунки за електроенергію, щоб з’ясувати, чи передбачені штрафи за низький коефіцієнт потужності.

Розуміння точок втрати енергії

Кожна система та виробництво може стати точкою втрат енергії, які можна скоротити або усунути. Можна розпочати з перевірки електричних підсистем, систем стисненого повітря, парогенерації та окремих електромеханічних систем, проте кожне виробництво має свої власні потенційні точки втрат, на яких слід проводити контрольні вимірювання.

Мета полягає в тому, щоб скласти карту енергоспоживання для конкретного обладнання та процесів, щоб побачити, де саме втрачається електроенергія, дати втратам кількісне вираження та визначити пріоритети в частині вдосконалення або заміни залежно від терміну служби обладнання, а також визначити, які модифікації можуть забезпечити найкращу рентабельність інвестицій.

Енергетичне картування також забезпечує базову лінію, відносно якої потрібно оцінювати ефективність проектів з енергозбереження у контексті обґрунтування витрат (мал. 3).

Малюнок 3. Енергетичне картування забезпечує базову лінію, відносно якої потрібно оцінювати ефективність проектів з енергозбереження у контексті обґрунтування витрат.

Типові точки втрат в електричних підсистемах:

• Навантаження, які часто залишають увімкненими після закінчення зміни або без потреби запускають у піковий час доби.
• Відсутність контролю над силовою установкою може призвести до створення більшої потужності, ніж потрібно.
• Перенапруга/перевантаження струмом призводить до надмірного споживання електроенергії для компенсації.
• Перекіс фаз призводить до того, що навантаження споживає електроенергію без змоги використовувати її.
  

Визначте та дайте кількісну оцінку результатам наступних заходів:

• Проведіть тепловізійне обстеження електропанелі та механічного навантаження на перегрів.
• Реєструйте споживання електроенергії в часі: скільки електроенергії споживається в той чи інший час доби та з якою часткою втрат.
  

Типові точки втрат та діагностики в електромеханічних системах:

• Надмірне тертя через вирівнювання, підшипники, розбалансування та нещільність з’єднань перевантажують силову установку, викликаючи надмірне споживання потужності.
• Навантаження, залишені увімкненими без контролю в позаробочий час, працюють у пікові моменти, створюють більше потужності, ніж потрібно, або ж потерпають від перенапруги/перевантаження струмом та перекосу фаз.
• Застарілі механічні пристрої споживають так багато електроенергії порівняно з новими високоефективними моделями, що зменшення споживання кіловат-годин саме собою виправдовує заміну.
  

Визначте та дайте кількісну оцінку результатам наступних заходів:

• Виконайте тепловізійне обстеження панелі приводу та механічного навантаження на перегрів, який свідчить про неефективне споживання електроенергії.
• Реєструйте потужність у часі; перевіряйте загальну кількість кіловат-годин, коефіцієнт потужності, пікове навантаження, перекіс фаз та гармоніки.
• Вимірюйте рівень вібрації на відповідність стандартам та визначте рішення для технічного обслуговування, наприклад, повторне балансування.
• Виконайте тепловізійне обстеження муфт, валів, ременів, підшипників та вентиляторів.
• Перевіряйте рівні струму та напруги.
• Виконайте тепловізійне обстеження клемної/розподільчої коробки та обмоток, а також перевіряйте опір ізоляції.

Типові точки втрат та діагностики в системах стисненого повітря:

• Надмірні витоки в лініях стисненого повітря, які призводять до надмірного спрацьовування для підтримання подачі.
• Споживання електроенергії компресорами, що залишаються увімкненими в позаробочий час.
  

Визначте та дайте кількісну оцінку результатам наступних заходів:

• Реєструйте потужність на компресорі та порівнюйте з базовим рівнем споживання.
• Проводьте вимірювання тиску на компресорі та в точці використання для визначення величини перепаду.
• Виконайте ультразвукове обстеження ліній для виявлення витоків.

Типові точки втрат та діагностики в системах парогенерації:

• Несправні конденсатовідвідники та недостатня ізоляція відпрацьованої пари, що призводить до перевиробництва для підтримання необхідної подачі.

Визначте та дайте кількісну оцінку результатам наступних заходів:

• Реєструйте потужність на котлі та порівнюйте з базовим рівнем споживання.
• Виконайте тепловізійне обстеження труб і сифонів для виявлення прогалин в ізоляції та засмічень.

Забезпечте рентабельність інвестицій

Враховуючи вже згадану відсутність галузевих стандартів, як дізнатись, які системи мають найбільшу потенційну рентабельність інвестицій в економію електроенергії? Наш найкращий матеріал для цього – це конкретні приклади, які відображають поширені ситуації. Ось декілька прикладів, що стосуються поширених промислових систем.

Електромеханічний контроль

Контроль системи стисненого повітря

Контроль конденсатовідвідників

Підвищення продуктивності чи скорочення накладних витрат?

Наступне питання, на яке варто відповісти: після визначення шляху до скорочення енергоспоживання ви спрямовуєте досягнуту економію на збільшення виробничої потужності (тобто, виробляєте більші обсяги при поточному споживанні кВт⋅год) чи на інші бізнес-стратегії (маржа прибутку, реалізація ціни)?

Скорочення енергоспоживання – це просто належна практика комерційної діяльності. Здійснюючи реєстрацію енергоспоживання кожної основної системи та співставляючи ці витрати з рахунками за комунальні послуги, щоб кількісно визначити, де і коли споживається електроенергія, компанії часто можуть досягти економії за рахунок простих операційних змін та змін у графіку роботи.

Виявляючи неефективне або застаріле обладнання, компанії можуть обґрунтувати та визначити пріоритетність його заміни. А скорочуючи загальне енергоспоживання, компанії знижують операційні витрати, що підвищує їхню конкурентоспроможність на ринку.

Поради щодо економії витрат

Внесіть зміни в операційну діяльність, щоб скористатися наступними перевагами:

• нижча вартість електроенергії в певний час доби
• час, коли обладнання можна вимкнути
• давачі та елементи керування, що дозволяють вимикати системи, коли вони не потрібні

Визначте графіки запуску/вимикання інфраструктурного обладнання для режимів роботи та простою.

Встановіть час запуску обладнання з високим споживанням електроенергії з інтервалом щонайменше 15 хвилин, щоб уникнути пікових навантажень.

Встановіть частотно-регульовані приводи (VFD) на великі силові установки та замініть існуючі неефективні силові установки на моделі з високим ККД.

Команда Masteram