Ograniczanie kosztów energii staje się dla zakładu produkcyjnego coraz większym wyzwaniem. Służby utrzymania ruchu nie mają wpływu na zużycie energii i mediów wynikające bezpośrednio ze stosowanych technologii, ale mogą znacząco wpłynąć na obniżenie zużycia energii (i mediów) w napędach maszyn i urządzeń oraz w procesie przesyłu i dostarczania mediów.
W wielu zakładach produkcyjnych to właśnie maszyny i urządzenia zużywają najwięcej energii. Dlatego tak ważne jest, by pracowały z optymalną wydajnością, a to bezpośrednio zależy od regularnej konserwacji i badań kontrolnych. Warto systematycznie modernizować park maszynowy, o ile jest taka możliwość. Ważne jest, aby stale obserwować rzeczywiste koszty eksploatacji, bo może się okazać, że wymiana starego urządzenia na urządzenie nowej generacji będzie uzasadniona i zwróci się w krótkim czasie. Sam temat jest szeroki i obejmuje wiele zagadnień, począwszy od prac projektowych związanych z budową obiektów produkcyjnych lub ich modernizacją po wybór wykorzystywanych technologii.
Silniki elektryczne klasy EFF1
Należy wykorzystywać silniki klasy EFF1, które są bardziej wydajne (nawet do 26%) od tradycyjnych silników elektrycznych. Silniki te są droższe niż tradycyjne, ale wydatek amortyzuje się już w okresie 1–2 lat eksploatacji. Oczywiście korzystnie jest sprzęgać sprawne silniki z równie sprawnymi przetwornicami częstotliwości. Firma FIN radzi zwracać uwagę na sprzęgła i osiowanie agregatów. Nieprawidłowo dobrane lub zużyte sprzęgło może generować nawet do 4% straty energii. Równie ważne jest prawidłowe osiowanie agregatów. Niewspółosiowość wałów maszyny napędzającej i napędzanej może doprowadzić do 12-proc. zwiększonego zużycia energii, a dodatkowo ma destrukcyjny wpływ na łożyskowanie tych maszyn i sprzęgła oraz generuje zwiększony poziom drgań i hałasu.
Napędy pasowe wymagają szczególnej uwagi. Oszczędność energii uzyskuje się przez właściwe napięcie pasów – zarówno zbyt małe. jak i zbyt duże napięcie prowadzi do strat energii oraz przyspieszonego zużycia pasów, a w drugim przypadku również zwiększone zużycie łożyskowania. Równie ważne jest ustawienie współpłaszczyznowości kół pasowych – niewłaściwe oznacza straty energii i szybsze zużywanie pasów. Oszczędność energii można również osiągnąć poprzez użycie wysokowydajnych pasów nowej generacji, co pozwala na zmniejszenie liczby pasów w napędzie wielopasowym i 2–4% oszczędności energii. Tam, gdzie jest to możliwe, należy zastępować pasy klinowe pasami zębatymi (synchronicznymi), co pozwala na dalsze oszczędności.
Łożyska i smarowanie
Smarowanie ma duży wpływ na oszczędność energii. Zbyt skąpe powoduje uszkodzenie powierzchni elementów tocznych i bieżni łożyska i w konsekwencji zwiększone opory ruchu, zbyt obfite z kolei powoduje zwiększone opory ruchu z powodu ugniatania smaru. W ostatnim czasie koncern SKF wprowadził do sprzedaży łożyska energooszczędne. Zostały one zaprojektowane specjalnie w celu zmniejszenia zużycia energii. Dzięki nowej konstrukcji wewnętrznej o zoptymalizowanej geometrii z koszykiem polimerowym o specjalnej konstrukcji i przy użyciu specjalnego smaru o 30% zmniejszone zostało tarcie w łożysku. Łożyska SKF mają też podwojoną trwałość eksploatacyjną, mogą uzyskiwać wyższe prędkości maksymalne +15% i mniejszą temperaturę pracy oraz lepiej pracują w warunkach niewspółosiowości.
Układy pneumatyczne
Powodem strat energii są przecieki z sieci pneumatycznej. Na ogół są niezauważane i ignorowane, ponieważ nie stwarza to zagrożeń i nie zanieczyszcza środowiska. Praktyka pokazuje, że likwidacja przecieków, wymiana zespołów przygotowania powietrza na odpowiednio dobrane i wysokiej jakości, użycie złączek i przewodów o małych oporach przepływu, optymalizacja układu sieci sprężonego powietrza pozwala zaoszczędzić nawet do 10% energii.
Jak podaje w swoich materiałach Polsko-Japońskie Centrum Efektywności Energetycznej (PJCEE), sprężone powietrze zużywa ok. 10–20% energii elektrycznej pobieranej w zakładzie i średnio 20–25% tego zużycia to straty wynikające z nieszczelności w rozległych, starszych instalacjach.
PJCEE wskazuje takie główne metody oszczędzania energii w instalacji sprężonego powietrza, jak odpowiednia identyfikacja zapotrzebowania w sprężone powietrze i odpowiedni dobór sprężarki, odpowiedni dobór ciśnienia roboczego, zmiana prędkości obrotowej, zapobieganie nieszczelnościom i stratom przesyłu, stosowanie energooszczędnych dysz, centralna kontrola i monitorowanie, odpowiednia eksploatacja i odpowiednio wykwalifikowana kadra.
Warto też zadbać o odzyskiwanie energii cieplnej powstającej przy pracy sprężarek. Można je wykorzystać do podgrzewania wody przemysłowej i użytkowej, podgrzewania wody centralnego ogrzewania. Niestety często dość rozrzutnie korzysta się ze sprężonego powietrza do wykonywania prac, w których lepiej (pod względem energetycznym) wypadają inne urządzenia i metody. Na pewno nie opłaca się używać sprężonego powietrza do czyszczenia, sortowania, suszenia (można zastąpić dmuchawą). Według ocen specjalistów dysze powietrzne energooszczędne to możliwość zaoszczędzenia energii na poziomie 30–50%, a przy okazji obniżenie poziomu hałasu o nawet o 8–10 dB. Poprawia to komfort pracy na stanowisku.
Przy okazji warto zwrócić uwagę na wydajność i pracę sprężarek. Tu na przykład znaczenie ma eksploatacja olejów sprężarkowych, w których tworzą się osady, między innymi na łożyskach, powodując wzrost tarcia, a co za tym idzie, wzrost temperatury. To jeszcze przyspiesza proces starzenia się oleju, równocześnie powodując wzrost w oleju ilości cząstek zanieczyszczeń stałych pochodzących ze ścieru materiału, z którego zrobione są łożyska.
Dotychczas jedynym rozwiązaniem było stosowanie dość krótkiego okresu eksploatacji olejów sprężarkowych, czyli częsta ich wymiana na nowy olej, ponieważ ani filtry mechaniczne (bez względu na porowatość), ani tzw. wirówki nie są w stanie usunąć z oleju produktów starzenia. Jak mówi Janusz Toman z firmy „EKSPERT”, w ofercie której są urządzenia do elektrostatycznego oczyszczania olejów (ELC), rozwiązaniem tego problemu jest bocznikowe podłączenie takich właśnie urządzeń, które nie tylko usuwają z olejów wszelkie cząsteczki zanieczyszczeń, bez względu na wielkość, nawet o wielkości submikrometrycznej, ale, co w tym przypadku jest szczególnie ważne, usuwają z olejów produkty starzenia się oleju. Usunięcie tych produktów powoduje, że tak oczyszczony olej najpierw wypłukuje nagromadzone dotychczas osady, a dalsze stosowanie w ogóle zapobiega ich tworzeniu. Czyste, dobrze smarowane łożyska pracują prawidłowo, nie grzeją się ponad przewidziany przez konstruktorów poziom. Ponieważ elektrostatyczne oczyszczanie usuwa z olejów praktycznie wszystkie zanieczyszczenia, czas eksploatacji filtrów mechanicznych zainstalowanych w sprężarkach wydłuża się ponad pięciokrotnie.
Układy hydrauliczne
Tu straty są związane głównie z oporami przepływu oleju hydraulicznego. Straty powodowane są przez złej jakości lub złe ustawienie zaworów przelewowych, a głównie opory przepływu w filtrach. Warto stosować filtry nowej generacji, o niskich oporach przepływu, np. filtry z wkładami z włókna szklanego lub siatki metalowej. Dodatkową korzyścią jest lepsza jakość filtracji oleju i zdolność pochłaniania zanieczyszczeń niż w filtrach z wkładem papierowym. Obecnie zaleca się stosowanie w układach hydraulicznych filtrowania przy wykorzystaniu filtrów absolutnych, na przykład 3 µm, o zdolności zatrzymywania bardzo małych cząstek. Dziś układy hydrauliczne cechuje duża wrażliwość na zanieczyszczenia. Wynika to z dokładnych pasowań elementów roboczych, dla których bardzo małe zanieczyszczenia są szczególnie groźne. Współczesne urządzenia hydrauliczne wymagają wysokiej jakości wykorzystywanych cieczy hydraulicznych, dlatego też tak ważne jest dokładne kontrolowanie i monitorowanie ich klasy czystości. Przydaje się tu korzystać ze wskaźników zanieczyszczeń, które upraszczają obsługę filtra. Dzięki temu w pełni wykorzystujemy filtr do maksymalnego ładunku zanieczyszczeń i oszczędzamy na przedwczesnych wymianach.
Efektywność energetyczna
Przy wymianie elementów maszyn należy dążyć, by nowe elementy (maszyny, urządzenia) były bardziej energooszczędne niż aktualnie używane. Oczywiście szybciej i łatwiej jest zastępować uszkodzony element takim samym, ale tracimy szansę na zmniejszenie użycia energii przez nasz zakład. Firma FIN zaleca tu, by poświęcić czas na poszukiwanie nowych rozwiązań i sprawdzenie możliwości ich zastosowania, aby w razie konieczności wymiany części zastosować energooszczędne.
Protokół z Kioto (uzupełnienie Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu), wynegocjowany na konferencji w Kioto w grudniu 1997 r., wszedł w życie 16 lutego 2005 r. W wyniku porozumień przyjęto system klasyfikacji efektywności energetycznej. Indeks sprawności energetycznej EEI określa sprawność urządzenia i im mniejszy indeks EEI, tym mniej energii elektrycznej zużywa urządzenie. Wprowadzono oznaczenie klas od A (najlepsza) do G (najgorsza). Dla niektórych urządzeń wyróżnia się też klasy A+ oraz A++. Klasy energetyczne wyznacza się ze stosunku rocznego zużycia energii przez dane urządzenie do standardowego zużycia energii przez tego typu urządzenia określonego odpowiednimi przepisami. Kupując jakiekolwiek wyposażenie, warto zwracać uwagę, jakie ma parametry pod względem zużycia energii. Wiele nowych urządzeń spełnia wymagania co najmniej klasy A, a różnica pomiędzy dwiema sąsiednimi klasami energetycznymi wynosi około 22%. Oszczędzaniu energii elektrycznej sprzyja nowa generacja silników synchronicznych z elektroniczną komutacją. W silnikach EC (Electronically Commutated) wirujące pole magnetyczne stojana wytwarzane jest przez komutację elektroniczną, co w porównaniu z silnikiem asynchronicznym pozwala na zmniejszenie strat komutacji.
Tekst przygotowany przy współpracy z firmą FIN
Autor: Bohdan Szafrański
