Poszukiwanie zamiennych źródeł energii

Nakazem chwili staje się umiejętne zarządzanie wykorzystaniem energii w procesach produkcyjnych.

Sprawy związane z energią nigdy nie stanowiły problemu dla Jamesa Knotta Seniora. Zbudował on zakłady Riverdale Mills Corporation w stanie Massachsetts (USA). W tych zakładach produkowane są wszelkiego rodzaju sieci spawane z drutu stalowego – od siatek ogrodzeniowych do siatkowych pułapek na homary. James Knott poświęca wiele czasu na poszukiwanie coraz lepszych sposobów wykorzystania energii  w procesach produkcyjnych.

Po zakupieniu opuszczonego zakładu nad rzeką Blackstone, J. Knott odbudował, podobnie jak zakład, opuszczoną wodną turbinę energetyczną  z 1901 roku i dzięki temu oszczędza 100 000 dolarów w ciągu roku na kosztach energii elektrycznej. Wykorzystanie energii strumienia rzeki i gazu ziemnego do napędu generatorów umożliwia mu nie tylko wytwarzanie energii elektrycznej o 50% taniej niż wydałby na jej zakup, ale również ciepło odzyskiwane z układu chłodzenia generatorów jest wykorzystywane do ogrzewania budynków.

Na uwagę zasługuje inny przykład, związany  z efektywnym wykorzystaniem energii w zakładach Riverdale Mills.

– W rozbudowie zakładu stosujemy bloki betonowe wypełniane materiałem izolacyjnym – powiedział J. Knott. – Zainstalowaliśmy również świetliki z podwójną izolacją termiczną, które zapewniają wystarczające oświetlenie pomieszczeń w słoneczne dni.

Wszystkie te działania pomagają zakładom Riverdale Mills i stu zatrudnionym w nich pracownikom być konkurencyjnymi na rynku wobec producentów zagranicznych. 

– Eksportujemy 25% naszych wyrobów – mówi J. Knott. – Postępując w ten sposób, możemy być konkurencyjni. Znajdujemy się teraz w strukturze ogólnoświatowej gospodarki. Naszymi materiałami są tylko stal, cynk i tworzywa sztuczne. Konkurujemy z Chinami, bo chociaż oni mają tanią siłę roboczą, to my mamy wysoko zautomatyzowane urządzenia produkcyjne. 

Zagadnienie efektywnego wykorzystania energii długo pozostawało niedoceniane przez większość producentów. Dzisiaj, gdy koszty energii są coraz wyższe, sprawa ta jest bardzo ważna. Cena benzyny podskoczyła ostatnio w USA do 2 dolarów za galon (tj. ~1,80 zł/litr – kiedy benzyna kosztowała tyle w Polsce… – przyp.red.). Koszty oleju opałowego wzrosły w tym roku o 34%. Ceny gazu ziemnego, który nadal pozostaje najtańszym paliwem, wzrosły o prawie 17% od sierpnia do grudnia 2004 roku. Koszty energii elektrycznej ocenia się na około 23 dolary za 1055 MJ (przyp. red. dane z rynku polskiego przedstawiono  w ramkach na str. 18 i 22).

Porównywanie tych wartości jest dosyć powierzchowne. Jednak bez względu na to, z jakiego źródła energii korzystamy, należy stwierdzić, że tego lata koszty energii są bardzo wysokie – i w tym okresie zyski  i wydajność nie będą oszałamiające.

Ale nie tylko wyższe ceny sprawiają, że tak wiele firm walczy o rozwiązanie problemu energetycznego. 

– Energetyczny problem dla odbiorców przemysłowych energii nie dotyczy tak bardzo poziomu cen, ale ich zmienności – powiedział Christoper Russell, dyrektor sektora przemysłu w stowarzyszeniu Alliance to Save Energy. – Jeżeli ceny paliw były wysokie, ale stałe, firmy mogły odpowiednio dostosować załogę, jednorazowo zrobić określone korekty w swojej technologii oraz w swoich procedurach zaopatrzenia. Firmy te mogły odpowiednio określić ceny swoich produktów i docelowe zyski, wynikające z wysokich, ale stabilnych cen energii.

Zmienność cen psuje całkowicie finansowy wizerunek firmy i marnuje jej siły na uporanie się z tym problemem. Firma może odpowiadać na takie skoki cen energii cięciem kosztów w innych dziedzinach, takich jak na przykład przeglądy i konserwacja urządzeń (utrzymanie ruchu). Następnie, gdy spadek cen stwarza możliwości nieplanowanych podwyżek wynagrodzeń, to wtedy zabezpieczenie finansowe firmy zmniejsza się i staje się ona podatna na następny skok cen energii.

Ch. Russell daje proste ostrzeżenie: Każdy producent pozbawiony strategii wykorzystywania energii – takiej, która obejmuje zarówno odpowiednie zaopatrzenie, jak  i jej wykorzystanie – w rzeczywistości prowadzi firmę krętą drogą, z zawiązanymi oczami.

Perspektywiczne myślenie, szeroki zasięg planowania i innowacyjne technologie – oto dzięki czemu firmy takie jak Riverdale Mills są stabilne. Energia jest, po ludziach, najbardziej wartościowym czynnikiem dla zakładu produkcyjnego. Producenci mogą przetrwać, a nawet dobrze prosperować w sytuacjach podwyżek i skoków kosztów energii rozumiejąc i poprawiając sposoby jej wykorzystania.

Informacja, potrzebne działania

Oto zalecenia zawarte w dwóch głównych publikacjach, przedstawionych na dorocznym zjeździe Krajowego Tygodnia Przemysłowego (National Manufacturing Week), który odbył się w Chicago w marcu br.

Krajowe Stowarzyszenie Producentów (The National Association of Manufacturers) wspólnie z Instytutem Przemysłowym (The Manufacturing Institute) i firmą Johnson Controls opublikowało poradnik dla producentów nt. efektywnego wykorzystania energii, wody i redukcji odpadów („Energy Efficiency, Water and Waste Reduction Guidebook for Manufacturers”).

Stowarzyszenie na rzecz Oszczędności Energii (The Alliance to Save Energy) – rządowo-biznesowa organizacja non profit, zaprezentowała swoją książkę „Energy Management Pathfinding” nt. rozpoznania nowych sposobów gospodarowania energią. Obie publikacje nie tylko podają obszernie opis działań strategicznych dla określenia i wprowadzenia możliwych do uzyskania oszczędności w kosztach zużycia energii w procesie produkcyjnym, ale również zawierają opisy praktycznych działań w tym zakresie w szeregu odmiennych firmach, jak Ford Motor Company i Mercury Marine, Kimberly-Clark i Vermeer Manufacturing Company, DuPont i Knoll Inc. Podane w tych opracowaniach zalecenia są jasne, a wielkość firmy nie ma znaczenia. Ważnym działaniem w Państwa firmie są wszystkie prace, wymagane do przeprowadzenia zmian w rodzaju i sposobach wykorzystania energii.

Decyzje dotyczące energii raczej nie powinny mieć najwyższego priorytetu, lecz w rzeczywistości powinny być częścią standardowej procedury działania firmy – powiedział Ch. Russell. – Najwyższym priorytetem powinno być zarabianie pieniędzy, a ludzie potrzebują wiedzy do zrozumienia, jak efektywne wykorzystanie energii pomaga w osiągnięciu tego celu. Te działania, w których zakładane jest efektywne wykorzystanie energii, przewidują również lepszy nadzór nad majątkiem zakładu i ilością zużywanej energii. Nadzór zapewnia niezawodność działania, a to z kolei mniej przestojów w pracy zakładu. Mniejsza liczba przestojów oznacza, że zamówienia mogą być szybciej realizowane, a to umożliwia przyjęcie większej liczby zamówień w ciągu roku, dając w rezultacie większe dochody. Efektywne wykorzystanie energii to nie tylko korzyść ze zmniejszenia rachunków opłat. Jest to również zwiększenie dochodów dzięki większej wydajności. 

Przykłady obliczonego zwrotu  poniesionych nakładów

Firma 3M stworzyła program zarządzania zasobami energii, do którego bazy danych wprowadzono najlepsze rozwiązania ze swoich zakładów na całym świecie. Polecono, aby w każdym zakładzie, w którym wydatki na energię przekroczyły 1 milion dolarów w ciągu roku, powołano zespół do spraw zarządzania wykorzystaniem energii i przeprowadzono odpowiednie postępowanie, obejmujące kontrole i samodzielne opodatkowanie się zakładu. Firma 3M zmniejszyła o 27% zużycie energii – ogłaszając ten fakt jako chwyt rynkowy przez pokazanie klientom swojego zaangażowania w utrzymaniu niskich kosztów produkcji. 

W 2001 roku rachunek za pobraną energię dla firmy Collins & Aikman Floorcoverings w Dalton (USA), produkującej wykładziny podłogowe, wyniósł 1,7 miliona dolarów i szacowano, że koszty te wzrosną do 2 milionów dolarów w 2004 roku – wzrost o 18%. W celu zmniejszenia kosztów stworzono system zarządzania, który powiązał efektywność wykorzystania energii z celami ekonomicznymi. Firma C & A zmniejszyła o 10% zużycie gazu ziemnego przez obniżenie temperatury w wielu procesach technologicznych. Na przykład nakłady 10 000 dolarów na modernizację urządzenia do utleniania termicznego i obniżenia temperatury pracy z 830^oC do 650^oC pozwoliły na zmniejszenie kosztów zużycia energii o 9500 dolarów rocznie, bez podwyższenia płatności z tytułu wzrostu emisji gazów.

Program racjonalizacji efektywności wykorzystania energii w firmie Kimberly-Clark przyczynił się do zmniejszenia jej zużycia o 11,7% w ciągu ostatnich pięciu lat i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla o 23% w okresie od 1990 roku.

Od 2001 roku oszczędności w kosztach energii firmy Merck wynoszą średnio 7 milionów rocznie.

W 2004 roku w firmie Mercury Marine został zainstalowany centralny system sprężonego powietrza, dając oszczędności do 10 milionów kWh w ciągu roku. Ponadto firma zaoszczędziła dalsze 50 000 dolarów dzięki wykorzystaniu strumienia ciepła odzyskiwanego z zainstalowanych sprężarek do ogrzewania pomieszczeń zakładu. 

Firma Unilever zmniejszyła zużycie energii  w okresie od 2000 roku o 16%.

Strategia wydajności

Korporacje przemysłowe nie reagują na chwilowe skoki cen, one budują strukturę opartą na solidniejszych podstawach.

Kimberly-Clark Corporation ma programy do śledzenia kosztów na przestrzeni lat, a także specjalistyczne programy racjonalizacji gospodarowania energią na 20 lat do przodu. – mówi Ken Strassner, wiceprezes działu Środowisko, Energia, Bezpieczeństwo i Jakość oraz Obsługa Klienta firmy Kimberly-Clark Corporation. – To obejmuje wszystkie elementy zespolonej struktury, która poszukuje sposobu efektywnego działania i wyodrębnia koszty w swojej sferze działania. Jest to przykład stosowania starej maksymy, że jeśli coś daje się zmierzyć, to da się też tym pokierować.

Częścią tych procedur jest znalezienie metody pomiaru.  Używamy metrycznej podstawy do pomiaru energochłonności tony (lub innej standardowej jednostki) wytworzonego wyrobu. Dla większości procesów produkcyjnych posiadamy liczne zestawienia parametrów odniesienia dotyczących energochłonności wyrobów. Bazowaliśmy przy tym na procesach najlepszych w swojej klasie i to zarówno w naszej korporacji, jak też w jej otoczeniu. Robiliśmy porównania energochłonności dla znalezienia docelowych poziomów odniesienia – mówi K. Strassner. – Przeprowadzaliśmy studia energetycznej efektywności we wszystkich naszych zakładach, w 3- lub 4-letnich cyklach. 

K. Strassner powiedział też, że firma K-C kontynuuje poszukiwania innowacyjnych sposobów powiększania ilości uzyskanego produktu z każdego dolara wydanego na energię.

Jednym z nowych celów jest powiązanie emisji dwutlenku węgla z naszym systemem kontroli zużycia energii, szczególnie dotyczy to Europy. Ma to związek z nowymi wymaganiami, ograniczającymi emisję dwutlenku węgla przez zakłady w krajach Europy. Ten element staje się nowym czynnikiem, który musimy brać pod uwagę we wprowadzanych przedsięwzięciach dotyczących zmniejszenia energochłonności produkcji.

Dla niektórych firm sprawa energetycznej efektywności to nowość, inne pracowały nad tym zagadnieniem przez dziesięciolecia, często w tym samym kierunku. 

Początkowo, kiedy w 1973 zaczynaliśmy się zajmować tym problemem, było to wymuszone gwałtownym skokiem cen energii – mówi Steven C. Schultz, kierownik programu gospodarowania energią w firmie 3M. – Z biegiem czasu motywacja przesuwała się w kierunku powiązania ogólniejszych parametrów, ujmujących też zagadnienia środowiska zarówno socjalnego, jak i fizycznego, mających swój wyraz w ekonomicznych wskaźnikach. 

Według S. C. Schultza jedna ze stref rozpoznawania efektów, jakie może dać opracowanie Planu Zarządzania Energią firmy 3M, ujawniła się w chwili, gdy została ona wyróżniona przez rządową agencję wsparcia dla środowiska (US Environmental Protection Agency) jako jedna z ośmiu uczestniczących w programie Energy Star. Celem tego programu było wyłonienie firm i rozwiązań wiodących w najlepszym, długotrwałym wykorzystaniu energii. Wymieniony tu program Energy Star wspierał wydajne zużycie energii poprzez strategię gospodarowania energią, pomiary efektywności przetwarzania, ustalanie strategicznych celów, ujawnianie oszczędności i nagradzanie wdrażania nowych opracowań. – Sukces, jaki był udziałem firmy 3M, wynikał ze wsparcia i zaangażowania wyższego kierownictwa firmy oraz wkroczenia na wyższy poziom racjonalizacji gospodarowania energią. A to z kolei było impulsem i nadawało ton w stałym postępie, ustalaniu celów i odpowiedzialności za ich realizację.

Tego typu lub zbliżone postępowanie jest obserwowane także w innych korporacjach. – Niektóre firmy, jak na przykład Merck & Co, lokują nadzorowanie kosztów zużywanej energii w sferze ogólnego zarządzania, a szacowane wartości umieszczane są jako koszty przetwarzania – mówi Ch. Russel. – Ich dyrektorzy generalni mają 100-punktową skalę, według której ustala się odpowiedzialność. Sprawa zużycia energii zajmuje na tej skali 3 do 5 punktów, ale ta marginalna wielkość może decydować o tym, czy dyrektor otrzyma bonus, czy też nie. Czy to mobilizuje? Nie, bo oni  z reguły przekazują ten temat wewnętrznej służbie gospodarki energetycznej.

Kiedy Ch. Russel przeanalizował ostatni wyścig w produkcji (po napięciach ostatnich lat) zrozumiał, że nadszedł czas spadku zysków i twardego współzawodnictwa z zamorskimi krajami. Zasugerował więc potrzebę działania w tej sprawie.  – My wszyscy wiemy, że zarówno produkcja, jak też wypłaty były obcinane „do żywego” – zauważył. – Dotąd priorytetami w działaniu inżynierów produkcji było wykonanie wyrobu i wysłanie go „za bramę”, a nie oszczędzanie energii. Ale nie zaoszczędzi się ani jednego centa, jeśli jako pierwszego celu nie postawi się dolara.

Dokonany przegląd przemysłu pokazuje, że średni zakład może zmniejszyć koszty zużycia energii w granicach 10 – 20%, a przy tym wiele z tych oszczędności można uzyskać przez zmiany proceduralne. Ponieważ całkowity koszt realizacji długofalowego programu racjonalizacji zużycia energii (łącznie z wydatkami na niezbędne inwestycje) wynosi około 1 do 2% kosztów zużywanej energii, widać wyraźnie, że ten nakład zwraca się 10- lub nawet 20-krotnie.

Ch. Russel zwrócił uwagę, że zakład przemysłu drzewnego – oddział firmy Berkshire Hathaway, który produkuje dywany i wykładziny podłogowe, wdrożył swój program racjonalizacji gospodarowania energią w połowie 2004 roku. – To była praca zespołu złożonego z 6 osób, które dotychczas zajmowały się problematyką dostaw energii, uzgadnianiem zestawień rachunków, nadzorowaniem sieci energetycznych i usprawnieniami technicznymi. Przedmiotem ich uwagi były 53 urządzenia energetyczne – powiedział Ch. Russel. – Wszystkie prace, łącznie z wzorcowaniem energii, były wykonane bezpłatnie. W każdym miesiącu drugiej połowy 2004 roku ten zespół pozyskiwał kolejny milion dolarów oszczędności w kosztach zużycia energii w skali roku.

Znajdywanie zasobów

Inna skuteczna droga do sukcesu w sektorze prywatnym to pomoc zewnętrzna: w zarządzaniu, przeprowadzaniu szkoleń i konsultacjach u specjalistów. Firma C&A Floorcoverings zwróciła się o poradę do usytuowanej w pobliżu uczelni technicznej Georgia Tech, w jaki sposób rozpocząć pracę nad programem racjonalizacji gospodarowania energią. 

– Ta firma była jedną z pierwszych, która wdrożyła rozwiązanie pod nazwą Georgia Tech’s Management Standard for Energy (MSE) 2005. Ten standard, akceptowany przez państwową jednostkę standaryzującą ANSI, jest niejako przedłużeniem grupy rozwiązań znanych jako ISO 9000. Protokoły tego standardu ustalają role i odpowiedzialność osób: za działania, utrzymanie sprzętu, inżynierię i finanse oraz nadają wiodącą rolę zespołowemu przygotowaniu systemu racjonalnego zużywania energii – opowiada Ch. Russel. – Taki interdyscyplinarny zespół potrafi ujawnić i uporządkować (pod względem priorytetów i zastosowań) rozwiązania i procedury nadzorowania energetycznych potrzeb i zużywania energii, zapewniając istotne korzyści ekonomiczne. Program racjonalizacji zużycia energii to cały zestaw działań, służący głównie do pokonywania zaskorupiałych poglądów, które zbyt często umożliwiały wyciekanie pieniędzy. 

W wielkich organizacjach przemysłowych, takich jak Unilever Home and Personal Care, ten proces racjonalizacji jest zarówno odpowiednio wdrażany, jak też jest przedmiotem konkursu. – Sukces na tym polu mierzy się za pomocą zestawień ilościowych oraz analizy kosztów – stwierdza Jim Pease, kierownik w firmie Unilever HPC. Dodaje też, że ta organizacja osiągnęła faktyczny postęp w racjonalizacji zużycia energii podczas okresu „szalejących cen” w 2001 roku. – Już wcześniej, zanim sektor energetyczny ustabilizował się, rozpoczęliśmy benchmarking kosztów energii, czyli zestawianie zużycia ilościowego oraz analizy kosztowe. Kluczowe informacje na ten temat były przekazywane do zakładów kierownikom zespołów inżynierskich. Urządzenia o niekorzystnych lub najwyższych wskaźnikach zużycia energii były wskazywane i zalecane personelowi jako obiekty do bliższej obserwacji. Rezultaty podjętej akcji były wręcz znakomite. Samo ujawnienie i opublikowanie informacji z pojedynczych arkuszy spowodowało, że jeden z działów był w stanie obniżyć zużycie energii o ponad 5%. Obecnie w firmie Unilever zwrócono uwagę na obsługę produkcji. Następnym wielkim pomysłem jest uświadomienie załodze potrzeby obniżania zużycia energii  i sprowadzenie tej świadomości do poziomu stanowiska pracy. – Zrobiliśmy to poprzez upowszechnienie wizerunku kampanii oszczędzania energii. – wyjaśnia J. Pease. – Program ten jest połączony z ogólnozakładowym programem pod nazwą Inicjatywa na rzecz Bezpieczeństwa, Zdrowia i Środowiska. Audycje o tym programie są nadawane przez głośniki w pomieszczeniach przeznaczonych na spędzanie czasu podczas przerw śniadaniowych. Przez utworzenie działu odpowiedzialnego za racjonalizację zużycia energii chcemy zmienić tradycyjne konserwatywne zachowania i nastawienie pracowników do tego problemu.

Co powinniśmy osiągnąć teraz, a co już możemy odrzucić?

Raport ASE (Alliance to Save Energy) z 2003 r. pod tytułem „Strategic Industrial Energy Efficiency: Reduce Expenses, Build Revenues, and Control Pisk”, stawiający jako cel obniżenie kosztów, podnoszenie przychodów i szacowanie ryzyka, ujmuje wiele problemów obserwowanych przez producentów, a dotyczących ujawniania i rozwiązywania podstawowych problemów efektywności zużycia energii w ich zakładach. Główne tezy tego raportu przedstawione są poniżej.

• Niektórzy rzecznicy efektywności mają historycznie zakodowany obraz efektywności energetycznej dla „ludzi przemysłu”, którzy w większości przypadków ani nie poszukują, ani nie rozumieją sensu tego problemu. Przecież pełne zapotrzebowanie na energię jest, jak dotąd, całkowicie zaspokajane – typowy pogląd dostawcy energii. Niemniej wysiłki lansujące wyższy poziom energetycznej efektywności w przemyśle byłyby z pewnością uwieńczone sukcesem, gdyby jako priorytet ekonomiczny zostało uznane zastosowanie obecnych poważnych rozwiązań w tej dziedzinie. 
• Kontakt z energetyczną efektywnością w produkcji nie tylko ogranicza się do rachunku za paliwo. Wdrożenie programu poprawy efektywności energetycznej wymusza wizualizację bieżącego zapotrzebowania, dokonywania pomiarów parametrów energii oraz weryfikację danych. Bieżące dane uwidaczniają nienormalne stany zużycia energii, które nie tylko mogą przynosić szkodę, ale też mogą być symptomami dotyczącymi bezpieczeństwa zakładu, niezawodności czy wydajności produkcji. 
• Promowanie, a następnie wdrażanie programu poprawy energetycznej efektywności może prowadzić do konieczności rozbudowania systemu komunikacji w obiekcie w stopniu wyższym niż tego wymaga technologia procesu. Środki techniczne do tego celu istnieją, są już nawet dobrze udokumentowane. Widać to wyraźnie w rządowym programie (U.S. Department of Energy’s Best Practices Program). Rzecznicy efektywności muszą być gotowi na sformułowanie szeregu wstępnych warunków odnoszących się do specyfiki swojej gałęzi przemysłu. Preferowane są tu informacje przydzielone pojedynczym korporacjom oraz wspierające kluczowe powiązania między korporacjami.

• Audytorium przemysłowe winno być złożone także z CEO, specjalistów od finansów, kierowników zakładów i przedstawicieli pozostałego personelu. Każdy powinien wnieść do dialogu swoje doświadczenia, obserwacje, które stwarzałyby możliwość przewidywania na przyszłość. Dopiero takie działania uwidocznią potrzebę sięgania po wyższą efektywność zużywania energii, która powinna być zrealizowana przez specjalistów w szeregu gałęziach przemysłu. Każdy specjalista potrzebuje zrozumienia wymagań przemysłu i przekonywujących rozwiązań, ukierunkowanych na racjonalizację zużycia energii. 

Artykuł pod redakcją Józefa Czarnula  i Janusza Pieńkowskiego

Autor: Bob Vavra, redaktor naczelny Plant Engineering