Zrównoważony plan zarządzania energią

Nie pozwól, aby niskie ceny zasobów naturalnych odwróciły twoją uwagę od potrzeby ich zachowania.

Zaskakujący i gwałtowny spadek cen energii w ostatnim kwartale 2008 r. może być tylko niewielkim światełkiem w ciemnej chmurze recesji na rynku produkcji. Koszty ropy naftowej, gazu ziemnego i innych paliw nieodnawialnych gwałtownie spadły, gdy nadeszła recesja. Menedżerowie fabryk mogli na krótko odetchnąć od kłopotów związanych z kosztami paliw.

Nie oznacza to jednak, że problem energii stracił rozpęd. Zrównoważony rozwój – efektywne wykorzystanie zasobów naturalnych w celu uniknięcia ich wyczerpania w przyszłości – jest ciągle, obok posiadania statusu modnego określenia, realną strategiczną inicjatywą. Powiązanie pomiędzy energią i zrównoważonym rozwojem pozostaje nadal silne, a teraz może być to najlepszy czas, aby się skupić na tym zagadnieniu.

– Skupienie się jedynie na oszczędności energii może zredukować koszty i emisję zanieczyszczeń. Jest to więc oczywisty punkt startowy – mówi Greg Gorbach, analityk z firmy ARC Advisory Group. ARC prowadzi obecnie badania na temat zużycia energii w przemyśle przetwórczym. Rezultaty będą znane na wiosnę. – Większość producentów zdaje sobie sprawę, że niskie ceny paliw są zjawiskiem krótkoterminowym i chociaż może to doprowadzić do niewielkich opóźnień, to zasadniczo nic to nie zmienia.

Ten pogląd podziela także John Murphy, dyrektor do spraw ogólnoświatowego przemysłu i marketingu w biznesie zarządzania zasobami przedsiębiorstwa w firmie Indor. – Faktem jest, że popyt na energię stale rośnie, a podaż podąża za potrzebami, bo w przeciwnym wypadku prowadzi to do wzrostu cen energii – stwierdza Murphy. Firmy, które nie potrafią zarządzać i kontrolować zużycia energii, nie będą w stanie konkurować. Zakłady, które będą robiły to efektywnie, będą miały nad nimi pewną przewagę.

– Widzimy, że producenci generalnie kładą większy nacisk na redukcję zużycia energii i związanych z tym kosztów, uwzględniając zrównoważony rozwój i redukcję emisji zanieczyszczeń, jako dodatkową korzyść – dodaje Murphy. – Gdy kładzie się większy nacisk na zrównoważony rozwój aniżeli redukcję kosztów, wówczas dąży się do tego, aby stosować się do istniejących przepisów lub podnosić wartość firmy.

Gorbach zauważa, że w czasie gdy ceny energii są niskie (ceny te nie są napędzane przez koszty energii, ale przez koszt systemów w miejscu pomiaru i zarządzania jej zużyciem), powinno się stosować strategię zrównoważonego rozwoju. – Odeszliśmy od epoki, w której energia była tania, a technologia jej nadzoru droga, a weszliśmy w epokę, w której energia jest droga, a technologia relatywnie tania – dodaje Gorbach.

Doświadczenie firmy Sasol

Sasol jest firmą z Południowej Afryki zajmującą się wydobyciem oraz paliwami chemicznymi i syntetycznymi. Efektywne wykorzystanie zasobów w produkcji paliwa jest nadrzędnym celem firmy. Firma pobiera wodę z pobliskiej rzeki, obrabia ją i miesza z odzyskanym kondensatem w celu wytworzenia pary. Gdy zapotrzebowanie na parę było wysokie, wówczas głównym celem było zmaksymalizowanie produkcji. Kiedy cała uwaga skupiała się na technologii przetworzenia gazu na ciecz, to popyt na parę spadł, a główny nacisk położono na efektywne wytwarzanie pary.

– Jedną z kluczowych potrzeb producentów pary jest lokalna produkcja energii elektrycznej. Jeśli produkcja energii nie może sprostać zapotrzebowaniu, wtedy należy zakupić energię z sieci, co może być bardzo kosztowne – mówi Russ Barr, dyrektor do spraw doradztwa w firmie Invensys Process Systems. Invensys opracował rozwiązanie systemu dla firmy Sasol. –Aby zoptymalizować swoją wydajność i wzmocnić procesy, Sasol rozpoczął szukanie nowej technologii, która pomogłaby kontrolować i zarządzać zużyciem energii w czasie rzeczywistym. Dałoby to odpowiednim służbom technicznym wiedzę o tym, jak dużo energii potrzebują na zaspokojenie potrzeb własnych, jak również, ile można sprzedać.

Sasol i Invensys pracowały nad rozwojem szeregu dynamicznych wskaźników pomiaru wydajności (DPM – Dynamic Performance Measures) oraz nad przesyłem tych danych do systemu sterowania.

– Modele wskaźników DPM zostały wykonane w rozproszonym systemie sterowania (DCS) i udostępnione dla każdego kotła i stacji wytwarzania pary. Zostały wykonane trzy stacyjne poziomy wskaźników. Pierwszy, który mierzył zmienny koszt pary; drugi dla pomiaru całkowitej wartości pary i tempa produkcji; trzeci zaś do pomiaru emisji zanieczyszczeń – mówi Barr. – Każdy z tych poziomów został dodatkowo podzielony. Zmienny koszt produkcji pary każdego kotła składał się z czterech głównych komponentów: kosztu węgla, kosztu energii elektrycznej, kosztu paliwa i kosztu wody. Algorytmy uruchomione w procesorze DCS przetwarzają razem te zmienne z częstotliwością bliską czasowi trwania cyklu procesu. Gromadzenie danych historycznych odbywa się z podobną częstotliwością.

Analiza danych pozwoliła operatorom na zapewnienie wytwarzania pary przy najniższych kosztach, w odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu, jednocześnie utrzymując ten sam poziom produkcji pary. Wraz ze zmianą zapotrzebowania, mogą ustawić wytwarzaną ilość za pomocą systemu i dostosować się do zmiany.

Wpływ na zyskowność i odpowiedzialność był znaczący. Koszty surowców potrzebnych do wytworzenia energii spadły o 6% w ciągu pierwszych dwóch miesięcy pracy systemu, a koszt energii elektrycznej potrzebnej do wytworzenia pary spadł o 4% już w pierwszym miesiącu. Sasol zaoszczędził ponad 400 tys. USD w ciągu dwóch miesięcy, czyli więcej niż spodziewane roczne oszczędności.

Szukanie oszczędności wszędzie

Gorbach zauważa, że w każdym programie dotyczącym oszczędności energii występuje kilka podobieństw. – Producenci, z którymi rozmawiałem, podeszli do zagadnienia zrównoważonego rozwoju na wiele różnych sposobów. Ci, którzy zainteresowali się tym poważnie, zaimplementowali całościowe podejście, uwzględniając wielkości i plan zarządzania w powiązaniu ze wspólnym planem gospodarowania – stwierdza. – Wiele z tych inicjatyw ma charakter indywidualny i oferuje mnóstwo możliwości do wykorzystania.

Wyliczanie tych oszczędności jest ważnym sposobem wyniesienia tego zagadnienia poza granice przedsiębiorstwa i bezpośredniego zwrócenia uwagi na problem. Weźmy generalnie przez nikogo niezauważany przykład synchronicznych napędów pasowych. Firma Gates Corp. z Denver przyjrzała się raportowi oszczędności energii i zanotowała znaczne obniżenie kosztów.

„Jako przykład: silnik o mocy ok. 30 kW, którego wydajność podczas pracy w reżimie 24/7 wynosi 89%, a koszty energii 10 centów za 1 kW/h, daje roczny koszt zużycia energii na poziomie 29 290 USD. Przekształcenie na napęd synchroniczny poprawia sprawność silnika o 5% co z kolei daje oszczędność w ciągu roku w kwocie 1464 USD. Inwestycja w napęd zwraca się w okresie krótszym niż kwartał” – dowiadujemy się z raportu. „Gdy roczne oszczędności zostaną pomnożone przez liczbę podobnych silników w fabryce i doda się do tego oszczędności z pozostałych typów silników, wówczas oszczędności stają się widoczne.”

– Innym obszarem utraty energii są doki załadunkowe. Mogą mieć one znaczący związek ze stratami, bezpieczeństwem i wydajnością operacyjną, które z kolei są ważnymi elementami certyfikatu LEED (Leadership in Energy and Enviromental Design) – mówi Michael Brittingham z firmy 4Front Engineered Solutions produkującej doki oraz inne rozwiązania do załadunków. – Nie tylko proces produkcyjny i operacje logistyczne rozpoczynają się i kończą w miejscu załadunkowym, ale jeśli wyposażenie doku nie jest odpowiednie i właściwie utrzymywane, wtedy energia może uciekać przez otwory w drzwiach doku, zawiasy drzwi naczepy i otwory wokół platformy wyrównawczej. Niezależnie od źródła, oszczędności mogą być znaczące, pod warunkiem że mamy plan.

– Widzimy zakres pomiędzy około 5% a 20% oszczędności pochodzących z programu zrównoważonego rozwoju, który skupia się na wydajności energii – stwierdza Murphy. –Pracujemy z klientami, aby zrozumieć, w jaki sposób uzyskują oszczędności lub jakich oszczędności oczekują od programu zrównoważonego zarządzania zasobami. Badania, takie jak te przeprowadzone przez Teras A&M na ciągłych rozruchach, które skupiały się na wydajności energii systemów wysokiego napięcia przemiennego w ponad 130 budynkach, wskazują możliwość uzyskania 20-proc. oszczędności.

Nacisk na ustanawianie planów oszczędności energii rozszerza się poza silniki, pompy i wyposażenie elektryczne na dział utrzymania ruchu. – Firmy kładą nacisk na rozwój technologii, aby śledzić i porównywać aktualne zużycie energii urządzeń w stosunku do założonego celu lub spodziewanych celów wydajnościowych. Ta praktyka jest po to, aby wykonać swoją pracę – dodaje Murphy. – Praktyki z utrzymania są zatem zastosowane do szczególnych „mało wydajnych zasobów” w celu powrotu sprawności do zaprojektowanej charakterystyki wydajności. Niektóre firmy idą krok dalej i analizują dane zużycia energii w czasie rzeczywistym. Tworzą również alarmy w celu zawiadomienia obsługi oraz napędzenia akcji korekcyjnych, aby zminimalizować zużycie nadmiaru energii.

Artykuł pod redakcją Marka Olszewika

Ustalanie globalnego standardu zarządzania energią

Eksperci do spraw energii i zrównoważonego rozwoju z Georgia Institute of Technology przejęli inicjatywę dotyczącą wkładu, jaki wnoszą Stany Zjednoczone w projekcie, w którym celem 36 państw jest rozwój międzynarodowego standardu ujednolicającego systemy zarządzania energią.

Praca ma wpływ zarówno na sektor publiczny, jak i prywatny, oferując proces służący zarządzaniu energią oraz wdrażanie praktyk zrównoważonego rozwoju, które pomogłyby obniżyć koszty i zminimalizować wpływ na środowisko. Ten pierwszy międzynarodowy standard dotyczący zarządzania energią – znany pod nazwą ISO 50001 – zrównoważyłby także obszar dla firm rywalizujących na rynku ogólnoświatowym.

– Efektywne wdrożenie standardu systemu zarządzania energią często przynosi oszczędności wykorzystywanych zasobów i kosztów, jak również pozwala na  uniknięcie ryzyka – mówi Bill Meffert, dyrektor serwisu ds. energii i zrównoważonego rozwoju w Georgia Tech’s Enterprise Innovation Institute. – Zmniejszenie wykorzystania paliw nieodnawialnych zapewnia korzyści dla środowiska, poprawia bezpieczeństwo i prowadzi do wykorzystywania bardziej zrównoważonych źródeł energii. Zmiany procesowe i zmiany postępowania w docelowych projektach zarządzania energią często mają  wpływ na zmniejszenie zużycia surowców, redukcję ilości odpadów i ich utylizację oraz niższy poziom emisji zanieczyszczeń do atmosfery.”

Georgia Tech był bardzo zaangażowany w rozwój istniejących norm American National Standards Institute (ANSI) MSE 2000:2008, dotyczących systemów zarządzania energią. Standard ten spotkał się z ograniczonym przyjęciem w Stanach Zjednoczonych, lecz jak powiedział Meffert, globalizacja rynku wymaga obecnie wdrożenia międzynarodowego standardu, który znajdzie szerokie uznanie.

Energia ze źródeł odnawialnych

Energię można pozyskiwać także w sposób nie szkodzący środowisku. Mogą to być zarówno siłownie wiatrowe, jak i kolektory słoneczne. Te ostatnie stanowią coraz bardziej atrakcyjną ofertę dla firm dbających o środowisko wobec coraz niższych kosztów instalacji. Ważne jest przy tym, że kolektory nie muszą zajmować dodatkowego miejsca (jak w przypadku wiatraków) – mogą z powodzeniem być instalowane na dachach hal fabrycznych. Co ciekawe – sprawdzają się nie tylko w miejscach o dużym nasłonecznieniu, ale także i w Europie Środkowej, gdzie dni słonecznych jest znacznie mniej.

Przykładem takich instalacji mogą być farmy kolektorów fabrykach Volkswagena w Wolfsburgu oraz Seata w Martorell. 

Energia słoneczna w fabryce Volkswagena w Wolfsburgu

Volkswagen uruchomił największą instalację fotogalwaniczną w północnych Niemczech. Instalacja znajduje się na dachu zakładu Volkswagena w Wolfsburgu i ma wielkość sześciu boisk piłkarskich. Zastosowanie energii odnawialnych jest przykładem zaangażowania Volkswagena w ochronę środowiska.

– Volkswagen od dawna opowiada się za stosowaniem energii odnawialnej. Nowa instalacja solarna w Wolfsburgu pozwoli na zmniejszenie emisji CO₂ o ponad 1600 ton rocznie – powiedział dyrektor zakładu Siegfried Fiebig. Łącznie zamontowanych zostało 21 400 modułów słonecznych o powierzchni 41,5 tys. m². Ich moc wynosi około 3,3 MW. Generowana przez baterie energia elektryczna mogłaby zasilać przez cały rok 740 czteroosobowych gospodarstw domowych.

Obok tradycyjnych kolektorów szklanych w instalacji zastosowano także innowacyjne moduły z folią. Ważąc tylko 2,2 kg/m², moduły te są wielokrotnie lżejsze niż tradycyjne kolektory. Ich elastyczność pozwala ponadto na montaż na zaokrąglonych dachach zakładu. Ponadto przy starszych panelach konieczne było dokładne zachowanie kąta pochylenia 30°, natomiast nowe absorbują całą energię słoneczną już przy kącie nachylenia wynoszącym 10°.

Fabryka w Martorell jednym z największych na świecie producentów ekologicznej energii z ogniw słonecznych

Z kolei SEAT wybrał fabrykę w Martorell na miejsce realizacji jednego z najambitniejszych projektów firmy w dziedzinie ochrony środowiska. Kolektory słoneczne zainstalowane w zakładzie umożliwią wytwarzanie czystej energii elektrycznej i tym samym obniżenie emisji CO₂ o ponad 11 700 t.

Panele ogniw fotoelektrycznych o mocy 8,5 MW zasilane energią słoneczną dostarczają prąd elektrycznego w ilości 11,2 GWh rocznie. Kolektory słoneczne zostały zainstalowane na dachu budynku biurowego SEAT-a w Martorell, a także na konstrukcji wsporczej jednego z parkingów pojazdów gotowych. Cała wytworzona czysta energia będzie kierowana do głównej sieci, do dalszej dystrybucji.

W celu pełnego wykorzystania największego zasobu naturalnego Hiszpanii, jakim jest słońce, oraz dużej liczby godzin nasłonecznienia w Martorell i okolicach, w kolejnym etapie zaplanowano pełne pokrycie dwóch innych stref dystrybucji o łącznej powierzchni ponad 66 tys. m² oraz dachów budynków montażowni, co stanowi kolejne 139 tys. m². W tej fazie energię będą produkowały kolektory słoneczne o łącznej powierzchni ponad 206 tys. m².

Autor: Bob Vavra