Energie. 2 Energetická účinnost. 10 Šetřit na tisíc způsobů. 14 Mazací prostředky a účty za proud

Transkript

1 Energie Speciální příloha časopisu ŘÍZENÍ & ÚDRŽBA Možnosti úspor energie v průmyslových podnicích 2 Energetická účinnost 10 Šetřit na tisíc způsobů 14 Mazací prostředky a účty za proud 18 Výpočet prostých nákladů na vlastnictví transformátorů 21 Ekonomicky návratná komprese 7 SEW-EURODRIVE Koncepce úspory energie pod taktovkou SEW-EURODRIVE 8 SCHNEIDER ELECTRIC Kdo šetří, má za tři. Minimálně. 13 INTERFLON Je možné šetřit náklady na energii pouhou výměnou maziv? ANO! 16 SPIRAX Úspory energie v parních systémech ŘÍZENÍ A ÚDRŽBA Říjen

2 Energetická účinnost Nezávisle na druhu a rozsahu prováděné hospodářské činnosti je jedním ze základních úkolů souvisejících s vedením podniku stále zvětšovat tržní konkurenceschopnost. V souvislosti s tímto faktem získává od určité doby popularitu pojem energetická účinnost, a to nejen v centrech, která mají něco společného s energetikou. V tomto článku uvedeme několik způsobů, jak dosáhnout pokud možno nejlepších výsledků v této oblasti. Jedná se o obzvlášť důležitý problém, vzhledem k slabší hospodářské konjunktuře, kdy jsou firmy donuceny vyhledávat stále nové a nové zdroje šetření, a v rámci toho díky činnostem zaměřeným na zlepšení účinnosti. Účinnost je obvykle pojímána jako výsledek provedených činností, které je možné popsat jako vztah získaných definitivních efektů těchto činností k celkově vloženým nákladům. Tato definice popisuje nejlepší efekty činnosti v úseku produkce, distribuce, prodeje, podpory, reklamy atd. Naproti tomu energetická účinnost představuje velikost spotřeby energie ve vztahu k získávané velikosti využitelného efektu. Svět a celá současná Evropa, jak ty nejrozvinutější země, tak i země zaostávající za vyspělými státy, se musí utkat s výzvami, které byly doposud v takovém měřítku neznámé. Mezi těmito výzvami je možno uvést například měnící se ceny paliv a energetických surovin (a to těžko předvídatelným způsobem) stejně jako reálně se opakující jevy narušování zásobování energiemi. Energetický deficit a klimatické změny, které vyvolávají zpomalení, nebo dokonce recesi ve všech oblastech hospodářství, představují skutečnosti, se kterými má málokdo odvahu vážně polemizovat. Nicméně je možné vyzkoušet některé způsoby, jak si s nimi poradit. Elektro-energetické audity Pro identifikaci rozsahu činnosti podniků, ve kterých existují možnosti zlepšení energetické účinnosti, je třeba se pokusit o realizaci elektro-energetického auditu. Profesionálně prováděný audit skýtá možnost získat důkladné a věrohodné MW Okamžité hodnoty v 15minutových intervalech ze dne Nákres 1. Požadavky na výkon KSE 2 Říjen 2009 ENERGIE

3 zpracování, které charakterizuje rozsah a technické parametry stejně jako ekonomické záměry zlepšovatele. Velmi důležité je také doporučení optimálního řešení, jehož realizace bude mít za následek snížení nákladů na spotřebu elektrické energie v auditovaných objektech. Elektroenergetický audit musí zahrnovat zejména: analýzu obchodních dokumentů souvisejících s nákupem elektrické energie a v rámci toho také faktury za elektrickou energii, smlouvy o prodeji elektrické energie a platbách za distribuční služby (přenosové sítě), závazné tarify a ceníky za elektrickou energii a její distribuci (zasílání). Neméně důležitá je analýza technických dokumentů souvisejících s dodávkami elektrické energie, jejím vnitřním rozdělením a spotřebiči.to se týká zejména: jednoduchých schémat soustav pro zasílání a rozvod energie, výběru elektrických a elektro-energetických zařízení a jejich napojení na rozvodny a dílčí rozvodny, režimů práce těchto i jiných zařízení, které vyplývají ze specifik objektu. Hlavní částí auditu je lokální sledování objektů z hlediska technické infrastruktury související s: dodáváním elektrické energie, jejím vnitřním dělením a spotřebiči, seznámením s umístěním rozvoden, stroji a zařízeními, které jsou v objektu použity, poznáním používaných technologií z hlediska jejich vlivu na využití elektrické energie. K celku je třeba doplnit konečný protokol, který obsahuje závěry učiněné po dokončení kontroly a doporučení, jež se týkají činností podporujících optimalizaci nákladů při nákupu elektrické energie využívané pro potřeby průmyslového objektu. O provedení auditu by měli v budoucnu uvažovat všichni uživatelé elektrické energie, kteří jsou v nomenklatuře energetických podniků nazýváni uživateli nebo koncovými klienty. Trh s elektrickou energií Následující oblastí, která si zaslouží pozornost uživatelů elektrické energie a jež umožňuje optimalizaci nákladů, je možnost faktického snížení cen nákupu energií. Z elektrické energie se dnes stalo zboží jako každé jiné. Nicméně má jisté neobvyklé vlastnosti, kterými se rozhodně liší od všeobecně známého zboží. V reálu našeho trhu s elektrickou energií mají jen málokteří odběratelé fakticky plné vědomí o tom, že když užívají elektrickou energii, jsou vlastně plnoprávnými účastníky na trhu s elektrickou energií, a to nezávisle na tom, zda využívají principu TPA (Third Party Access), nebo také zůstávají tzv. tarifními klienty svého dosavadního dodavatele. Kolísání prodejních cen elektrické energie nebo jejich velká diferenciace v různých segmentech trhu způsobují, že v průběhu času je těžké najít racionální argumenty hovořící ve prospěch změny dodavatele elektrické energie. Principiální využití TPA bude mít šanci na úspěch pouze tehdy, pokud bude tento krok proveden ve správnou chvíli a při plném povědomí o jeho následcích. Svědomitá účast na trhu vyžaduje provedení technicko-organizačních Smluvní výkon [kw] 150 Odebraný výkon [kw] (suma v objektu) :15 01:15 02:15 03:15 04:15 05:15 06:15 07:15 08:15 09:15 10:15 11:15 12:15 13:15 14:15 15:15 16:15 17:15 18:15 19:15 20:15 21:15 22:15 23:15 Nákres 2. Průběh křivky zatížení ENERGIE Říjen

4 činností popsaných v první části článku. Na druhé straně se musí opírat o hluboké a pevné vědomosti o samotném trhu, o zásadách činnosti, možnostech a omezeních. Tvůrci trhu s elektrickou energií (TEE) měli na jedné straně v úmyslu vytvořit konkurenci, která by způsobila snížení cen pro konečné odběratele, na druhé straně bylo záměrem zajistit energetickým podnikům příjmy nezbytné pro vytvoření a rozvoj technicko-organizační infrastruktury. Zásady fungování TEE se opírají o tři základní teze: volný pohyb zboží (jakým je elektrická energie) mezi producenty a odběrateli, rovnoprávný přístup každého účastníka trhu k elektro-energetické síti (tzv. princip TPA), právo každého odběratele energie na individuální výběr dodavatele energie. Nejdůležitější vlastnosti, které jsou charakteristické pro TEE, jsou vyrovnání poptávky s nabídkou v každém okamžiku, a to při současné absenci praktické možnosti skladování elektrické energie, proměnlivost poptávky po energii v reálném čase a její závislost na vnějších činitelích, jakož i absence možnosti definování zdroje její tvorby. Účastníci TEE, ať už uvědomělí, či nikoliv, jsou vyjmenováni v tomto pořadí: výrobci elektrické energie: systémové elektrárny, lokální elektrárny s teplárnami, průmyslové elektrárny a elektrárny s teplárnami, vodní, větrné, sluneční elektrárny, elektrárny na biomasu, bioplyn atd., provozovatel přenosové sítě (PPS); správci sítí: 220 kv, 400 kv, 750 kv; provozovatelé distribučních sítí (PDS), kteří spravují vedení: 110 kv a nižšího napětí. Dalšími účastníky, které je nutno uvést, jsou: místní obchodní společnosti vydělené z organizačních struktur bývalých distribučních společností, nezávislé obchodní společnosti, jako je například JES Energy, odběratelé elektrické energie: tarifní, mimotarifní. Pořadí, v jakém byli uvedeni jednotliví účastníci trhu, je dáno výlučně obvyklými kritérii, která určují jejich umístění v řetězci výrobce konzument. Avšak z pohledu zásad fungování TEE jsou na prvním místě rozhodně odběratelé energie, bez nichž by jeho fungování nemělo smysl. Odběratelům elektrické energie přísluší v souladu se zásadami fungování výše uvedeného TEE volba, zda zůstanou tarifními odběrateli, tj. budou využívat služeb místní obchodní společnosti, nebo využijí na vlastní riziko principu TPA, tzn. práva na využívání sítě lokálního distributora s možností nákupu elektrické energie u libovolného producenta nebo jiného subjektu, který se zabývá obchodováním s energií. Zobrazení naměřených údajů Vzhledem k již uvedené důležité vlast :00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Nákres 3. Rozdělení časových pásem v tarifní skupině B 22 na pozadí křivky zatížení 622 Kulminace 4 Říjen 2009 ENERGIE

5 nosti elektrické energie, jakou je nedostatek technických možností jejího skladování v průmyslovém měřítku, musí množství vyrobené energie odpovídat množství energie odebírané odběrateli v každé časové jednotce. Za tímto účelem vznikl trh pro bilancování energie. Jedná se o tržní mechanismus, jehož úkolem je běžné bilancování požadavků na elektrickou energii a tvorby této energie v KSE. Za bilancování systému odpovídá provozovatel průmyslové sítě. Na nákresu č. 1 je názorně zobrazen ukázkový diagram poptávky výkonu KSE v jednom z posledních březnových dnů roku Odběratel elektrické energie, který se chce vědomě a úmyslně účastnit tohoto trhu a využívat principů TPA, musí nejen znát práva a principy, jimiž se řídí trh s elektrickou energií, ale také dovedně využívat vědomosti a zkušenosti jeho ostatních účastníků. Aby bylo možné provádět optimální nákup energie, je třeba mít určité vědomosti týkající se její racionální spotřeby. Kromě toho je nezbytné bilancování nabídky této energie v souvislosti s poptávkou v energetické síti vlastního podniku. Podstatou využívání principu TPA je realizace nákupů energie v časové jednotce s možností diferenciace v jednotlivých obdobích. Optimalizace nákupů se musí opírat o prognózu poptávky na základě historických údajů, informací o předvídatelných potřebách a na základě přesných znalostí o tvorbě cen. K tomuto účelu slouží vizualizace naměřených údajů získaných z kontrolně-měřicí soustavy, kterou obyčejně používají ostatní účastníci trhu. Základní měřicí soustava v podnikové síti je počítací měřič nainstalovaný na energetické přípojce. Současné měřiče spotřeby elektrické energie jsou komplikovaná mikroprocesorová zařízení s řídicím budíkem, která jsou vybavena pamětí naměřené velikosti a profilu zatížení. Tato počítadla realizují vícepásmové měření výkonu a elektrické energie. Díky zabudovaným komunikačním rozhraním mohou být s úspěchem používána jako prvky systémů správy energií. Umístění měřiče do komunikačního rozhraní nebo do rádiové vysílačky přináší další možnosti neustálého monitorování, archivování údajů, vizualizace a podávání zpráv. Na nákresu č. 2 je názorně zobrazen ukázkový průběh křivky zatížení, která je získaná z měřicí a počítací soustavy elektrické energie nainstalované na přípojce. Pro provedení vyhodnocení odběru výkonu spravovaným objektem postačují údaje z nákresu č. 2. Zobrazují výši odebraného výkonu v jednotlivých hodinách během dne. I při zběžném pohledu je možné zjistit, zda byl překročen objednaný výkon a jak se formuje odběr energie v jednotlivých dnech týdne a měsících roku. Na základě jednotlivých odběrových křivek je rovněž možná realizace optimálního výběru tarifní skupiny ze skupin, které dodavatel nabízí odběrateli. Rovněž rozvrstvení do časových pásem diferencuje zásadním způsobem konečnou průměrnou cenu spotřebované elektrické energie. Proto je důležité, aby existovala možnost uvědomělého přenesení největšího zatížení do těch částí dne, ve kterých je nabízena energie za nejnižší cenu. Na nákresu č. 3. je zobrazen plán časových pásem v tarifní skupině B Smluvní výkon [kw] 150 Odebraný výkon [kw] (suma v objektu) Odebraný výkon [kw] (suma v objektu č. 3) Odebraný výkon [kw] (suma v objektu č. 2) Odebraný výkon [kw] (suma v objektu č. 1) 0 00:15 01:15 02:15 03:15 04:15 05:15 06:15 07:15 08:15 09:15 10:15 11:15 12:15 13:15 14:15 15:15 16:15 17:15 18:15 19:15 20:15 21:15 22:15 23:15 Nákres 4. Ukázkové průběhy základní a dílčích křivek zatížení ENERGIE Říjen

6 Alternativní zdroje energie V posledních letech existuje snaha o vypracování efektivních metod pro získávání elektrické energie z obnovitelných zdrojů, jako jsou slunce, voda nebo přirozené zemské teplo. Atraktivnost a nesporné přednosti obnovitelných zdrojů ve spojitosti s neustálým zlepšováním získaných výsledků stále důrazněji odůvodňují financování těchto činností. Mezi hlavní přednosti nesporně patří omezený vliv na životní prostředí, šetření těžených paliv vytěsněním uhlí, ropy a plynu z výroby elektrické energie, velké a stále se obnovující zásoby energie, stálé jednotkové náklady na získanou elektrickou energii, možnost práce v dané síti. Stojí za to zmínit rovněž rozptýlení po celém území země, což řeší problém přenosu energie, kdy tato energie může být získávána téměř na libovolném místě. V důsledku toho jsou eliminovány ztráty související s její distribucí. Avšak stále jsou, kromě velkého technického pokroku umožňujícího použití nejrozvinutějších technologií, alternativní zdroje schopny pokrýt sotva část všeobecné poptávky. Proto se také zdá, že racionalizace využití energie je nejrychlejším, nejlevnějším a nejjednodušším způsobem přeměny popisovaných výzev na reálně dosažitelné možnosti. Má se za to, že technologie, které jsou dnes dostupné, umožňují dosažení úspornosti energie na úrovni 30 %. Zavádění energetické účinnosti by mohlo snížit emise skleníkových plynů v EU přibližně o 20 %. Avšak značná část členských zemí EU pořád nedokáže využít tuto možnost a nezavádí jednoznačné transparentní kroky směrem k racionalizaci využití energie, čímž je míněna i elektrická energie. Směrnice týkající se účinnosti koncového využití energie a energetických služeb (ESD, 2006/32/WE) vybízí členské země ke snížení spotřeby energie koncovými odběrateli o 9 %, a to do roku Doporučuje zavedení mechanismů, pobídek a institucionálních, právních a finančních rámců, které slouží k dosažení tohoto cíle. Odhadní souhrnná spotřeba světové produkce energie členskými zeměmi EU činí 17 %. Využití energie záleží hlavně na stupni průmyslového rozvoje a počtu obyvatel v dané zemi. V souladu s informacemi, které byly publikovány Ministerstvem hospodářství, došlo v v průběhu posledních 10 let k velkému pokroku v oblasti energetické účinnosti. Energetická spotřeba hrubého domácího produktu klesla téměř o 1/3. Výsledky místních trhů, to jsou především termo-modernizační podniky realizované v rámci zákona o podpoře termo-modernizačních podniků, modernizace uličního osvětlení nebo také optimalizace průmyslových procesů. Dále je však energetická účinnost místního hospodářství asi třikrát nižší než ve velmi rozvinutých evropských zemích a asi dvakrát nižší než průměr v zemích Evropské unie. Navíc využití primární energie je například v Polsku je ve vztahu k počtu obyvatel téměř o 40 % nižší než v zakládajících zemích EU. Výše uvedená data svědčí o obrovském potenciálu na poli úspor energie, což je charakteristické pro rychle se rozvíjející hospodářství. V Polsku se předpokládá rychlý proces vytváření prováděcích směrnic na základě rámcové směrnice 2005/32/WE, které stanovují všeobecné zásady určování požadavků týkajících se ekologických projektů pro výrobky využívající energie. Bude to velmi důležitý impulz pro snížení energetické spotřeby těchto zařízení. Stejně jako byly v Polsku zavedeny doposud všechny směrnice týkající se etiketování a požadavků na energetickou účinnost zařízení. Ve světle výše uvedených skutečností je třeba konstatovat, že o kolik si termo-modernizace zajistila příslušné místo v činnostech, které směřovaly k zlepšení účinnosti, o tolik vyšší intenzitu vyžaduje realizace jiných optimalizačních záměrů. 22 na pozadí křivky zatížení. Barevná pole na povrchu jsou proporcionální k množství energie odebrané v daném pásmu. Pro správné ovládání odběru energie v objektu je potřebné mít k dispozici údaje, které umožňují nejen jednoznačnou identifikaci jevů, ale také je nutné stanovit příčiny pozorovaných jevů a reakce sítě na provedené regulační úkony. Aby toho bylo možno dosáhnout, je třeba v první řadě rozeznat a následně změřit ty síťové prvky (vydělené obvody, skupiny spotřebičů atd.), které mají důležitý vliv na průběh křivky zatížení. Vizualizace získaných naměřených údajů v jedné časové jednotce ve spojení s údaji hlavní měřicí soustavy umožní pečlivé vyhodnocení situace a provedení optimalizačních kroků. Teprve stanovení bodů v odběratelské síti, v nichž dochází k jevům, které mají vliv na zbývající prvky sítě, umožňuje přesné plánování odběru elektrické energie ve zkoumaném období. Následně budeme moci provádět uvědomělé a cílené, tedy optimální nákupy elektrické energie na tržních principech. Na nákresu č. 4 je zobrazen průběh základní křivky a dílčích křivek zatížení. Menší nebo větší riziko je nerozlučným prvkem prakticky každé hospodářské činnosti. Účast na trhu s elektrickou energií, vzhledem k jeho výše uvedeným specifikům, výjimečným způsobem kombinuje různé druhy rizik. Snaha o optimalizaci nákladů na elektrickou energii v podniku musí vedle zlepšení energetické účinnosti v konkrétní etapě činností vést k rozhodnutí, že podstoupit toto riziko je nezbytné a oprávněné. Avšak dříve, než budou uskutečněny kroky směrem k aktivní účasti na trhu s energiemi, je třeba zvážit technickoorganizační činnosti, jejichž realizace ve spojitosti se širokými znalostmi a zkušenostmi zajistí správné vyhodnocení situace v podniku. Moudré plánování minimalizuje riziko prognózování na přijatelnou úroveň a umožní přijímání bezpečných a ekonomicky podložených rozhodnutí. Mirosław Kuczyński je vedoucí poradenské a investiční kanceláře ve firmě JES Energy. 6 Říjen 2009 ENERGIE

7 P L A C E N Á I N Z E R C E Koncepce úspory energie pod taktovkou SEW-EURODRIVE Zvyšující se náklady za energii a rostoucí vědomí důležitosti životního prostředí jsou hlavními důvody, proč se průmysl soustřeďuje stále více na energeticky účinnou hnací technologii. Odpovědí firmy SEW-EURODRIVE na otázku, jakého energeticky úsporného potenciálu lze dosáhnout modernizací elektrárny nebo vložením nových investic, je komplexní koncepce úspory energie. Energeticky úsporná řešení se také opírají o osvědčenou modulární koncepci firmy SEW-EURODRIVE. Tato energeticky úsporná modulární koncepce šetří elektrickou energii a chrání zdroje i životní prostředí. K dosažení kladné energetické bilance postačí pouhý jeden hnací komponent s náležitou energetickou účinností. Energeticky účinné hnací komponenty je však možné přetvořit na účinné spořiče energie pouze tehdy, přizpůsobíme-li je v dostupné kombinaci zákazníkově aplikaci. Tím se zajistí energeticky účinná aplikace. Do toho se zahrnuje i poradenství v otázkách energie poskytované firmou SEW-EURODRIVE, které vychází z komplexních zkušeností s veškerými komponenty hnací technologie a z přímého styku se zákazníky. Modulární řešení úspory energie Jak je možné po instalaci prokázat energeticky úsporný potenciál? Jakým způsobem lze zavést energeticky úsporná řešení hned od počátku? Odpověď firmy SEW-EURODRIVE na tento problém se skrývá v modulárním řešení úspory energie: jednotlivé hnací komponenty, z nichž každý se vyznačuje svou vlastní vysokou úrovní energetické účinnosti, se kombinují tak, aby společně tvořily dokonalé hnací řešení, které vyhovuje dané aplikaci a současně přispívá k nejlepší možné úspoře energie. Optimalizované komponenty od firmy SEW-EURODRIVE, tzn. motor, převodová jednotka, měnič a regulátor, výrazně snižují spotřebu energie. Toho je možné dosáhnout zohledněním specifických požadavků dané aplikace ve fázi vývoje. Vhodná koncepce vzájemné součinnosti mezi komponenty zajišťuje optimální výsledky v úspoře energie. Více informací o koncepci úspor energie od společnosti SEW-EURODRIVE CZ naleznete na webových stránkách index.html. SEW-EURODRIVE CZ s.r.o. Lužná Praha 6 Vokovice Tel.: Fax: ENERGIE Říjen

8 P L A C E N Á I N Z E R C E Kdo šetří, má za tři. Minimálně. Efektivní využívání energie patří mezi priority všech spotřebitelů, nejen podnikatelských subjektů, ale i terciární sféry a domácností. Třebaže je v rámci České republiky avizován pokles cenové hladiny některých energetických médií (např. elektrická energie pro velkoodběratele -15,4 %), jedná se jednoznačně o trend krátkodobý, vázaný na současný pokles výkonnosti globální ekonomiky. Prognózy budoucí spotřeby a s tím i očekávaný cenový vývoj je naopak alarmující. Můžeme sledovat dvě roviny, které jsou hnacím motorem seriózního přístupu k této problematice. První ekonomická je upřednostňována spotřebiteli všeho druhu. Za druhou ekologickou rovinu odpovídá vláda a další státní instituce, a to v souvislosti se závazky České republiky jako člena EU a signatáře kyotského protokolu. Obě roviny mají pak zhruba stejný dopad, v přímých či nepřímých výdajích domácností, státních institucí a podniků. Energie v rukou experta Společnost Schneider Electric se, jako světový expert na ovládání elektrické energie, na problematiku efektivního využití energie dlouhodobě zaměřuje. Chce v této oblasti dosáhnout dvou základních cílů: poskytovat svým obchodním partnerům optimální řešení pro efektivní hospodaření s energiemi a zároveň dostát své odpovědnosti k životnímu prostředí v rámci trvale udržitelného rozvoje. Strategie, kterou si Schneider Electric k dosažení obou cílů zvolil, je jasná a jednoduchá. Nabízená, aplikovaná a provozovaná řešení pak spolehlivá a efektivní. Důkazem může být například fakt, že zmíněná řešení primárně implementuje ve svých výrobních závodech a obchodních kancelářích. Na základě zkušeností a poznatků z realizovaných opatření lze definovat dva přístupy k efektivnímu využívání energií: pasivní a aktivní. Pasivní opatření + aktivní opatření = cyklus efektivního využívání energií Pasivní opatření jsou logicky nejrozšířenější oblastí. Jejich současný boom souvisí zejména s uplatněním zákonné regulace: například energetických auditů pro spotřebitele s ročním odběrem nad GJ/rok nebo s požadavkem energetických průkazů budov. Velký vliv mají bezesporu také státní subvenční programy. Ať již mluvíme o zelené energii či jiném dotačním programu z fondů EU. Pasivní opatření souvisejí zpravidla s obálkou objektu. Konkrétně lze zmínit například konstrukční zásahy nejčastěji v podobě zateplení budov nebo výměny oken. K oblíbeným patří také využívání spotřebičů s vyšší účinností nebo zajištění energie z obnovitelných zdrojů. Tato opatření jsou jednoznačně správná, nutná a můžeme říci základní. Jejich efekt je okamžitý a měl by být rovněž dlouhodobý a trvale udržitelný. Aktivní opatření tvoří, z pohledu společnosti Schneider Electric, nedílnou součást cyklu efektivního využívání energií, bez kterého nelze stanovit, verifikovat ani trvale zajistit patřičnou úroveň úspor. Jedná se o aplikaci monitoringu a řízení, neboť co neměřím, nevidím a co neřídím, nemohu měnit. Spolehlivý monitorovací systém prvotně poskytne informace o rozložení spotřeb, historii, trendech a potenciálních oblastech úspor. Bez těchto informací je rozhodnutí o investicích do pasivních opatření prostou věštbou ze skleněné koule. Díky kvalitnímu monitorovacímu systému si uživatel může dále ověřit, zda zrealizovaná pasivní opatření přinesla, resp. trvale přinášejí očekávanou úsporu projektovanou návratnost investovaných prostředků. V případě zjištění odchylek od plánovaných předpokladů (tzn. nebyl implementován technologicky a koncepčně správně zvolený BMS) lze díky monitoringu zasáhnout rychle, jednoduše a spolehlivě. Výrobní závod Schneider Electric v Písku aneb zameteno před vlastním prahem Příkladem smysluplného užití monitorovacího systému je vlastní výrobní podnik společnosti Schneider Electric v Písku. Po standardně provedeném zákonném energetickém auditu bylo rozhodnuto o transparentní identifikaci rozložení spotřeby v prvním kroku elektrické energie, a o instalací monitorovacího systému na bázi produktové řady Schneider Electric s energetickým management systémem ION Enterprise (obr. 1). 8 Říjen 2009 ENERGIE

9 P L A C E N Á I N Z E R C E Výsledná data v podobě přehledu o rozložení spotřeb jak z hlediska provozních souborů, tak z pohledu časové závislosti byla již po prvotní analýze jasným vodítkem pro další kroky. Obslužné provozy bezprostředně nesouvisející s výrobou kompresorovna, kuchyně a technologie osvětlení se okamžitě ocitly v hledáčku energetického experta podniku. Jako příklad metodiky řešení byl vybrán provoz kompresorové stanice. Neboť právě úniky v systému rozvodu stlačeného vzduchu reprezentují významnou část spotřeby elektrické energie. Průběh odběrové křivky elektrické energie zaznamenává špičky spotřeby v průběhu pěti dnů pracovního týdne (obr. 2) standardní spotřebu stlačeného vzduchu v průběhu výrobních operací a zároveň spotřebu elektrické energie mimo pracovní dobu (na úrovni 30 kw). A právě v mimopracovní době spínaný chod kompresoru kryje pouze úbytky tlaku, způsobené netěsnostmi rozvodu stlačeného vzduchu. Organizační opatření Provozní řád Vypnutí kompresoru noční směnou přineslo okamžitou úsporu (obr. 3). Rovněž identifikace největších netěsností rozvodu stlačeného vzduchu a jejich oprava znamenala významnou úsporu spotřeby elektrické energie, jak dokladuje průběh křivky na obrázku 4. Na příkladu jednoho provozního souboru byly demonstrovány široké možnosti užití optimálně zvoleného monitorovacího systému. Energetické úspory, dosažené na základě nasazení softwaru ION Enterprise, jsou jasně kvantifikovatelným vyjádřením návratnosti investovaných prostředků. Jeho funkcionalita se zakládá jak na technických možnostech systému, tak na správné analýze potřeb. ION Enterprise zajistí spolehlivý a kontinuální přehled o energetických tocích jakožto nezbytném předpokladu pro jejich efektivní využití. Systém je navíc jednoduše rozšiřitelný o další měřicí zařízení, samozřejmě nejen elektrické energie, ale všech relevantních technologických médií. Následovala analýza dalších provozů včetně samotné výroby. Celý projekt tak stále probíhá. Výrobní podnik je živý organizmus, kde je třeba stále reagovat a optimalizovat přímé výrobní náklady mezi něž energie jednoznačně patří. Cyklus efektivního využití energií funguje. Ing. Vladimír Janypka Schneider Electric CZ, s. r. o. Obrázek 1: topologie monitorovacího systému Obrázek 2: kompresory v hledáčku ION Enterprise Obrázek 3: organizační opatření Provozní řád Vypnutí kompresoru noční směnou přineslo okamžitou úsporu Obrázek 4: třicet hlavních úniků v rozvodu stlačeného vzduchu odhaleno a odstraněno ENERGIE Říjen

10 Šetřit na tisíc způsobů Optimalizace energetické účinnosti souvisí mimo jiné se získáváním energie a jejím obnoveným využitím. V tomto článku vám poskytneme informace, jak dosáhnout úspor tohoto typu v konkrétních průmyslových aplikacích. Základním zdrojem tepelné a elektrické energie pro velké množství výrobních procesů, především v průmyslových podnicích, jsou topné kotle. Proto je také velmi důležité řešit problém optimalizace procesů spalování, při níž bude zajištěna co největší vydatnost. Vždy je při tom třeba brát zřetel na stávající omezení ve vybavení a ochraně životního prostředí. Vylepšení řízení a monitorování spalovacích procesů v topných kotlích je jednou z nejjednodušších metod, jak zmenšit všeobecné výdaje související s udržením podniku a zvětšením úrovně bezpečnosti. Účinné řízení spalovacích procesů je možné díky algoritmům řízení s mnoha kritérii, která se zakládají na příslušných modelech a ukazatelích určených právě pro obsluhu zařízení regulace spalování v průmyslových kotelnách, konstatuje Ming Ge, vedoucí produktového oddělení společnosti Honeywell Process Solutions. Ge doplňuje: Zodpovědně zvolený systém řízení pomocí spalování musí především pečlivě kontrolovat poměry dodávek paliva do spalovacích komor, přičemž je brán ohled na měnící se vlastnosti samotného paliva a přerušení jeho proudu, úrovně dodávek atd. Podle představitele firmy Honeywell správně zvolený a ve správné úrovni udržovaný ukazatel poměru vzduchu a paliva dodávaného do spalovacích komor vydatně napomáhá omezit změny v produkci emisí a intenzity spalování. Nakonec probíhá tento proces mnohem stabilněji a vydatněji. Důležité však je, aby byl vždy zachován určitý kompromis mezi vydatností kotle a hladinou emisí jeho spalných plynů. Produktivita kotlů je v úzkém spojení s ukazatelem poměru vzduchu a paliva, ten musí být zase ustálený takovým způsobem, aby zajistil emisní hladinu kysličníku uhlíku (CO x ) a kysličníku dusíku (NO x ) na bezpečné úrovni, a to současně s maximální účinností spalovacích procesů, pokračuje Ming Ge. Tento ukazatel je současně vypočítáván takovým způsobem, aby byla zachována velmi vysoká úroveň pravděpodobnosti, že nebudou překročeny uvedené emisní limity vzpomínaných substancí. Po použití algoritmů řízení a monitorování ukazatele poměru vzduchu a paliva je možné dosáhnout následujících výhod: snížení spotřeby paliva o 2 5 %, snížení emisí skleníkových plynů o 2 4 %, zmenšení celkových nákladů na údržbu o 3 5 %. Bezdrátové technologie při detekci úniku vodní páry Není žádným překvapením, že úniky a netěsnosti instalace vodní páry v průmyslových podnicích mohou vést k velkým energetickým ztrátám, nárůstu nákladů a poklesu správného energetického fungování výrobních procesů. Takové úniky vznikají celkem často a je těžké je odstraňovat (obvykle kvůli nedostatku pracovní síly). Kromě toho není vždy možné použít metody jejich monitorování a odhalování na určitých místech, především vzhledem k obtížnému přístupu. Odtud pochází nápad využít v takových případech měřicí moduly s bezdrátovou komunikací, jež jsou osazeny např. na záklopkách, spojkách atd. Podle názoru specialistů firmy Honeywell monitoring zajišťuje bezdrátový přístup stálé pozorování vznikajících netěsností a úniků. Díky tomu může být rychle odhalena havárie a minimalizovány náklady na ztráty. 10 Říjen 2009 ENERGIE

11 Plánování dodávek a zásob surovin Někdy je nejjednodušší cestou k omezení nákladů na energii nákup za nižší ceny. Nejčastěji to není nic jiného než náležité prognózování jeho využití pomocí vybraných aplikací a plánování dodávek samotných surovin a paliv, jež jsou nezbytné pro pravidelné a účinné fungování těch samých aplikací, a to v souladu s jejich požadavky (více na toto téma v článku Energetická účinnost). Informace o dostupnosti a kvalitě uvedených surovin, rud a paliv jsou základem plánování průběhu výroby, volby parametrů pro práci kotlů, strojů a celých aplikací v podniku, jakož i dostupnosti materiálu ve skladech a nakonec jejich finální ceny, potvrzuje Pat Kelly, vedoucí manažer Honeywell Process Solutions. Aby bylo možno vypracovat vlastní schéma průtoku dodávek surovin, které bude optimalizovat produktivitu a fungování celého podniku, je nutné použít odpovídající nástroje s mnoha kritérii, jež zohledňují produkční a emisní limity, náklady na energii apod. Avšak je třeba pamatovat na to, že tyto nástroje, přestože mohou pomoci v množstevním vyhodnocení nezbytných surovin a jejich dodávek, nejsou zase tak speciální, aby bylo na jejich základě možné vygenerovat konkrétní úkoly, nastavení a instrukce související s fungováním vybraných procesů, aplikací, nebo dokonce celého podniku. Aby bylo možné zrealizovat vypracovaný plán, je třeba jej dříve aplikovat na řadu reálných činností a úkolů, které je nutné vykonat v krátkodobém termínu (několik nejbližších dnů nebo týdnů). Je to dost komplikovaná a odpovědná operace a mnozí manažeři při ní často využívají ustálená postupová schémata, zdůrazňuje Brendan Sheehan, manažer firmy Honeywell Process Solutions. Nakonec nejčastěji realizují první intuitivně a racionálně se nabízející úkol nebo řešení. Nicméně se zdá, že takové uvažování a postup je nedostačující, poněvadž rozhodnutí o využití schémat a modelů optimalizace využití surovin nebo průběhu výrobních procesů vyžaduje jejich větší a hlubší pochopení. Kromě toho musí být schémata a modely pokaždé modifikovány a aktualizovány, a to takovým způsobem, aby byly zohledněny změny, zlepšení, opravy atd., ke kterým došlo v těchto procesech. Podle názoru Pata Kellyho může optimalizace a plánování dodávek surovin vést k nárůstu účinnosti využití energie o přibližně 2 % a k omezení emisí CO 2 přibližně o 12 %. Opětovné využití energie Analýza energetické vydatnosti procesů v průmyslových podnicích vyžaduje také důkladné přezkoumání zdrojů tepelných ztrát v tepelném systému podniku. Rovněž je třeba prozkoumat stupeň využití procesů pro vstupní zahřívání tepelných úseků, obvykle s využitím pecí nebo kotlů na stálá paliva (důlní suroviny). Základní potíž v analýzách tohoto typu je přistoupit k definitivnímu rozhodnutí, které z tepelných úseků mají být zahřívány (a do jaké míry) nebo chlazeny (a do jaké míry) a ze kterých míst systému musí být uvolněno nadměrné teplo nebo chlad. Nejlepším způsobem, jak řešit uvedené problémy, je vypracovat velmi přesné schéma průtoku energie v rámci zvolených strojních jednotek a zavést možnost měření průtoku energie a materiálu (surovin) souvisejících s každým tepelným úsekem. Díky tomu je možné získat nezbytné údaje, které zobrazují tepelná proudění, vysvětluje Brendan Sheehan. Obvyklá proudění, která vyžadují ohřívání, jsou označována jako horká proudění. Proudění, která vyžadují chlazení, jsou studená proudění. Pro každé z nich jsou uvedeny počáteční teploty, index tepelné kapacity a cílová teplota. Tímto způsobem umožňují nashromážděné údaje zobrazení minimálních a cílových teplotních křivek, mezi kterými se na určitých místech objevuje nejmenší vzdálenost, tak zvané minimální teplotní zúžení (pinch point). Speciální analýza míst, kde dochází k těmto zúžením, je výstupní bod směrem k minimalizaci spotřeby energie nezbytné pro ohřev. V místech, v nichž dochází k mnoha tepelným prouděním, mohou být tato proudění graficky zobrazena v podobě spojených tahů, pro které jsou slože- Nezapomeňte na klimatizaci a větrání! V každém průmyslovém podniku v zemi s mnohem teplejším klimatem nemohou náklady související s fungováním klimatizace a větracích systémů ujít pozornosti a podrobným inženýrským a manažerským analýzám. Za účelem ochlazení příbytků s velkým objemem se obvykle používají klimatizační a větrací systémy, které se skládají z několika chladicích agregátů řídících teplotu dodáváním chladného vzduchu a odběrem teplého vzduchu. Americká firma CEMS Engineering vypracovala novátorskou technologii pro snížení spotřeby elektrické energie pomocí chladicích agregátů, které vytvářejí stálou teplotu chladného vzduchu. K tomuto účelu je použit programovatelný ovladač Compact FieldPoint firmy National Instruments. Toto zařízení shromažďuje (v reálném čase) údaje přímo z čidel rozmístěných v agregátu. Na základě toho jsou v řídicí jednotce generovány instrukce, které řídí jeho práci. Tyto instrukce vznikají jako výsledek výpočtů a algoritmů provedených v reálném čase, které přihlížejí k signálům ze smyček zpětných vazeb,z termodynamických zákonů, zásad proudění a rozptylu tepla a jiných pokročilých metod optimalizace. Ve výsledku je dosaženo snížení spotřeby energie a s tím souvisejících nákladů na údržbu klimatizační instalace na úrovni 30 %. ENERGIE Říjen

12 ny na základě získaných údajů teplotní křivky, pokračuje zástupce společnosti Honeywell. V takových případech mohou být teplotní křivky v určitém rozsahu přesouvány, čímž vytvářejí velmi úzké body Rozhraní HMI skrytý nárůst nákladů Všeobecně je známo, že populární nabíječky mobilních telefonů, které jsou ponechány v zásuvkách, stále spotřebovávají elektrickou energii, dokonce i když nenabíjejí baterii. Podobné to je v případě zespod osvětlených rozhraní HMI. U většiny moderních přenosných počítačů nebo panelů rozhraní HMI s obrazovkami typu TFT je možná taková konfigurace lamp pro osvětlení zespod, aby se po určitém období, kdy nejsou používány, vypnuly. To má zvláštní význam v zařízeních, ve kterých není osvětlení zespod založeno na technologiích LED. Takový zákrok nejen podporuje prodloužení životnosti prvků osvětlení zespod, ale rovněž umožňuje ušetřit od 2 W do 8 W elektrické energie, v závislosti na rozměrech osvětlení. Například populární osvětlení HMI středních rozměrů s lampou pro osvětlení zespod o výkonu 5 W využívá kolem 44 kwh energie za rok (pokud budeme počítat, že obvykle jsou tato rozhraní zapnuta 24 hodin denně 365 dní v roce), což je poměrně málo. Avšak pokud vezmeme v úvahu, že v mnoha podnicích může být takových osvětlení několik stovek, nebo dokonce víc než tisíc, pak dosažení i nevelkého snížení spotřeby energie u jednotlivých prvků může mít za následek značné úspory. řeba pamatovat na to, že rozhraní HMI (osvětlení plus elektronika: procesor, HDD, paměť Flash atd.) mají výkon od 20 W do 100 W. Uvedené úspory mohou dosáhnout dokonce 10 % 15 %. Kromě dodatečných nákladů souvisejících s dodávkami tohoto typu generují monitory také velké množství tepla, které musí být odváděno větracími a klimatizačními systémy. teplotního zúžení s malým teplotním rozdílem. Rovněž je možné nalézt nejteplejší a nejchladnější zařízení v podniku. Vzpomínaná teplotní analýza umožňuje rychle zjistit možné oblasti, kde lze dosáhnout úspor tepelné energie, například přímo po použití výměníků tepla s odpovídající infrastrukturou. Avšak stále je to pouze poloviční opatření, protože teplotní křivky získané z analýz jsou nositeli informací o všeobecném rozložení teplot v aplikacích. Nezohledňují speciální případy, v nichž několik zařízení může současně dodávat teplo i chlad na různých úrovních. Aby bylo možné si s tímto problémem poradit, vytváří se tzv. hlavní teplotní křivka, která vzniká přesunutím teplotní křivky chlazení s teplotním rozdílem nahoru a teplotní křivky ohřívání s teplotním rozdílem dolů. Tato křivka kopíruje skutečnou entalpii analyzované aplikační soustavy. Tímto způsobem je zachována celková energie soustavy a jednotlivá zařízení v aplikaci nevyvolávají poplach. Budoucí možná uvedení případných změn do aplikace a uvedení nových zdrojů tepla nebo chladu (vodní pára s vysokým nebo středním tlakem, chladicí vodní agregáty atd.) nezpůsobí radikální narušení teplotní kalibrace v celé soustavě. Body, ve kterých se teploty uvedených zařízení dotýkají s hlavní teplotní křivkou, se nazývají stykové body a narušení byť jen jediného z nich způsobuje tepelné zatížení systému a vyvolává dodatečnou spotřebu energie a také zvyšuje náklady na provoz podniku, zdůrazňuje Brendan Sheehan. Tímto způsobem se získává informace, o kolik je třeba zvětšit ohřívání v tepelném systému nebo jak moc je třeba zvětšit chlazení. Představitel společnosti Honeywell současně poznamenává, že nejlepším přístupem při projektování tepelného systému a výměny energie v podniku je kompromis mezi kvalitou a produktivitou zařízení a náklady na jeho nákup a údržbu. Zástupce Control Engineeringu zase klade důraz na to, že menší teplotní rozdíl v bodech zúžení a s tím související menší energetické náklady musí být nahrazeny nákupem lepších a dražších tepelných výměníků s infrastrukturou. Kromě toho hrají důležitou roli také následující okolnosti: zjištění všeobecného rozsahu tepelné výměny, lokalizace a druhy dostupných zařízení a počet používaných výměníků. 12 Říjen 2009 ENERGIE

13 P L A C E N Á I N Z E R C E Je možné šetřit náklady na energii pouhou výměnou maziv? ANO! Tak snadno, jako doma ušetříte energii výměnou starých spotřebičů za nízkoenergetické, můžete ve výrobním závodě velmi rychle snížit spotřebu energie přechodem na kvalitnější maziva. Nizozemská společnost INTERFLON provedla anketu mezi velkým počtem výrobních závodů a dospěla k závěru, že i když si přes 80 % podniků dělá starosti o kvalitu životního prostředí, hlavním důvodem, proč jsou firmy ochotny snižovat spotřebu energie, jsou ušetřené peníze. Samotným přechodem na kvalitnější maziva lze ušetřit v průměru až 15 % nákladů. Investice jsou minimální a zpravidla se zaplatí do 2 měsíců. Mazivo lze vyměnit prakticky ihned. Stejně je možné ihned změřit úspory nejlépe ampérmetrem, který bývá často součástí stroje. Každý druh maziva má své specifické vlastnosti. Syntetická maziva snižují tření lépe než maziva minerální. Jakmile je sníženo tření, dochází ke snížení provozní teploty a klesá i spotřeba energie potřebné pro vlastní pohon. Jak ušetřit s mazivy INTERFLON Chcete-li rychle ušetřit energii inteligentnějším mazáním, začněte u stroje, který spotřebovává nejvíce energie. Společnost INTERFLON nabízí maziva s inovativní technologií mazání Teflonem. Teflon je speciálně upraven (mikronizací a polarizací) a tato úprava je doposud v oblasti mazání jedinečná. Maziva INTERFLON mají díky Teflonu řadu vlastností, kterými se liší od běžně používaných maziv, včetně těch s teflonem. Jsou repelentní vůči vodě, kapalinám, neabsorbují ani nepřitahují nečistoty. Výrazně snižují tření, teplotu, opotřebení. Prodlužují mazací interval až na 10 násobek. Mají lepší startovací schopnosti a eliminují tzv. stick slip. Neméně důležitou vlastností pro uživatele je úspora energie, která se při používání maziv INTERFLON pohybuje až do 20 %. Na základě dlouhodobých testů má společnost INTERFLON k dispozici měřitelná a prokazatelná data o úsporách energie, která jsou populární formou podrobně zpracována ve studii o úsporách energií tzv. WHITE PAPER. Tato studie je navíc podpořena deseti praktickými studiemi z různých oborů. Výsledky jsou promítnuty i do uvedené tabulky. Chcete i ve vašem závodě šetřit energii? Studii vám rádi pošleme. Dáváte-li přednost návštěvě našeho technického poradce, kontaktujte nás. Přejeme vám hodně úspěchů na cestě ke snižováním výrobních nákladů, včetně snižování spotřeby energií, a těšíme se na možnou spolupráci. INTERFLON Czech, s.r.o. Jeremiášova Praha 5 Tel./fax: GSM: info@interflon.cz Nejvíce energie spotřebují převodovky, řetězové dopravníky, šroubové kompresory nebo hydraulické instalace, a proto jsou právě zde zdroje značných úspor. Ačkoli je oblasti úspor energie věnována stále větší pozornost, zdaleka není vyčerpán potenciál, jak uspořit peníze. Manažerům mnohdy chybí komplexní přehled o tom, kolik energie lze ušetřit. Nákupní oddělení se v mnoha podnicích zaměřují na nákup nejlevnějších produktů odpovídajících technickým parametrům a neřeší otázku celkových nejnižších konečných nákladů (náklady na údržbu, ztráty ve výrobě z důvodu zastavení stroje a ušlý zisk, častá výměna náhradních dílů apod.). Aplikace Typické úspory Kladné výjimky Použitelná maziva Převodovky 7-15 % 25 % Vysoce kvalitní, plně syntetický olej Teflon, přísady do oleje nebo polotekuté tuky Řetězy / dopravníkové pásy 25 % % Suché mazivo zabraňující zachycování nečistot Hydraulické systémy 7-10 % 15 % Vysoce kvalitní aditiva do olejů Čerpadla a ventilátory 4-5 % 6 % Vysoce kvalitní tuky s Teflonem Kompresory 5-9 % % Aditiva do olejů Spalovací motory 5-6 % 15 % při častém používání Aditiva do motorových olejů ENERGIE Říjen

14 Mazací prostředky a účty za proud Jelikož se již více než deset let věnuji školením o mazacím hospodářství, kladu často otázku, zda existuje souvislost mezi mazacími prostředky a účty za proud. První reakcí je Jakou to může mít souvislost? Stroje mažeme přece kvůli tomu, aby se nezadřely, a nikoliv kvůli tomu, abychom snižovali spotřebu energie. Nicméně po diskusi s jinými specialisty docházíme k závěru, že na tom něco bude. Jakou má tedy olej funkci? Základním bodem v mazacím hospodářství je odpověď na otázku, jakou funkci má mazací olej ve stroji. Obvykle slyším odpověď, že je to provozní kapalina s minimální hodnotou ve vztahu k hodnotě stroje. Za nákup nejlevnějšího oleje bývají obvykle odpovědné zásobovací služby. Jakmile se objeví potíže, olej se vymění častěji a je po problému. Přitom je mazací prostředek velmi důležitým prvkem konstrukce každého zařízení. K tomu se jedná o velmi specifický konstrukční prvek. Mazací prostředek je jakožto konstrukční prvek: velmi citlivý a podléhá poškození (ve všech fázích životnosti), nejrychleji opotřebovaný, nejvíce vystavený ničení způsobenému pracovními podmínkami, okolím, člověkem (obsluhou), nejčastěji vyměňovaný, nejlevnější, vystaven největšímu počtu pokusů, nejlepším informátorem o stavu stroje, či zařízení, měnící své vlastnosti v průběhu provozu zařízení. Z výše uvedených vlastností je možné vyvodit celou řadu praktických závěrů. Pokud je pravda, že o stabilnosti a odolnosti, stejně jako o spolehlivosti řetězu rozhoduje jeho nejslabší článek, vychází z toho jednoduchý závěr, že o stabilnosti a nezávadnosti stroje rozhoduje mazací prostředek jako nejslabší konstrukční prvek. Jedná se o skutečnost, která je velmi často podceňována. Obšírnější popis implikací, které vyplývají z tohoto konstatování, překračuje rámec tohoto článku. Funkce, jaké plní mazací prostředek v zařízení, jsou: 14 Říjen 2009 ENERGIE

15 kontrola tření oddělení pohybujících se povrchů, kontrola opotřebování zmenšení abrazivního opotřebování, kontrola koroze ochrana povrchu před korozními substancemi, kontrola teploty absorpce a výměna tepla, kontrola znečištění přeprava tuhých a jiných částeček znečištění do filtru / separátoru, přenos síly přenášení síly a pohybu v hydraulických soustavách. Kontrola tření je jednou ze základních funkcí mazacího prostředku. Základní vlastností mazacího prostředku, jež odpovídá za tuto funkci, je jeho viskozita. A právě viskozita představuje vlastnost, která v průběhu provozu podléhá největšímu kolísání. Málokterý uživatel si uvědomí, jak obrovské jsou změny ve viskozitě oleje. Například v automobilovém motoru činí viskozita oleje v uzlech tření během normálního provozu kolem 3 cst (mm 2 /s). Pokud automobil parkuje v zimním období na čerstvém vzduchu, pak viskozita oleje naroste na cst (mm 2 /s). Jaké to s sebou nese následky? Faktor, jenž rozhoduje o procesech, ke kterým dochází v uzlech tření (při velkém zjednodušení), je kvalita a tloušťka olejového filmu. Stav olejového filmu záleží na viskozitě oleje. A právě tento faktor podléhá velkému kolísání. Následkem toho je rovněž značné mechanické opotřebování, stejně jako i přílišná spotřeba energie; obzvláště energie spotřebované na uvedení zařízení do chodu. Každý uživatel automobilu sleduje zvýšenou spotřebu paliva v zimním období. Přesně ke stejnému jevu dochází ve strojích a zařízeních, které pracují ve změněných podmínkách okolního prostředí (provozované vně budov). Ve zařízeních a strojích, které jsou poháněny elektrickou energií, se to projevuje v podobě zvýšené spotřeby elektrické energie. Jak je možné si s tím poradit? Nejjednodušší odpověď zní použít olej, který nemění svoji viskozitu v závislosti na teplotě. Ale takové oleje neexistují. Parametr, jenž charakterizuje proměnlivost v závislosti na teplotě, je index viskozity (WL nebo VI nebo IV). Čím vyšší je tento index, tím menší jsou změny viskozity v závislosti na změnách teploty. Tento parametr je uváděn výrobcem oleje, avšak uživatelé ho velmi zřídka zohledňují při výběru oleje pro zařízení. V tabulce je uvedena ukázková viskozita olejů s různými indexy viskozity. Olej Index Jak je vidět, olej o téže viskozitě při 100 C má různou viskozitu při teplotě 40 C. Tyto rozdíly dramaticky narůstají při snižování teploty. Následkem je zvětšené opotřebování strojních prvků, jakož i zvětšená spotřeba energie; obzvlášť energie potřebné pro uvedení stroje do chodu. Jak ukazují zkoušky v technicky rozvinutých zemích, použití oleje s indexem viskozity vyšším než 5 jednotek zajistilo úspory elektrické energie v rozmezí 4-5 % (týká se to firem, v nichž většina čerpadel, strojů a zařízení byla provozována vně budov). Na druhé straně je třeba myslet na to, že každý mazací prostředek podléhá v průběhu provozu stárnoucím procesům. Následkem stárnutí oleje je nárůst jeho viskozity. Nárůst 100 C cst 40 C cst A 105 9,6 75,7 B 100 9,6 78,4 C 95 9,6 81,2 D 90 9,6 84,3 E 85 9,6 87,6 Viskozita olejů s různými indexy viskozity Kontrola tření je jednou ze základních funkcí mazacího prostředku. Základní vlastností mazacího prostředku, jež odpovídá za tuto funkci, je jeho viskozita. Uživatelské potíže: nevhodně zvolený olej (ne)vhodné používání stroje, nevhodné používání oleje. viskozity zase přímočaře vede k nárůstu tření, opotřebování strojů a k zvětšené spotřebě energie. Procesy stárnutí jsou katalyzovány znečištěním oleje, vody a teplotou. Pravidelné ošetření oleje během provozu vede ke značnému zpomalení těchto procesů (přičemž je úplně neeliminuje). Systematická kontrola stavu oleje, náležité odvzdušnění, manipulace s olejem, jeho filtrování to jsou všechno prvky pravidelného mazacího hospodářství, které se všeobecně nazývá olejový servis. Pokud k takovým činnostem nedochází, pak to má přímo za následek značný nárůst provozních nákladů, vyšší faktury za elektrickou energii a menší provozní spolehlivost strojů a zařízení. Tedy jak je vidět, mazací hospodářství může být rovněž zdrojem velkých úspor, ale také zdrojem ztrát. V provozní praxi odpovídá účet za náklady prakticky jen rozdílům cen za oleje (dokonce i bez zohlednění faktických nákladů na výměnu), bez započítání jiných souvisejících a odvozených nákladů (mezi nimiž hraje důležitou roli i spotřeba elektrické energie). Jak ukazuje praxe, správně naprogramovaný a uskutečněný plán olejového servisu umožňuje snížení nákladů na provoz až o 30 %. Autor je ředitel firmy TopOil ENERGIE Říjen

16 P L A C E N Á I N Z E R C E Úspory energie v parních systémech I dnes, v době moderních informačních technologií, nanotechnologií atd., je řada výrobních procesů nerealizovatelná bez použití páry. Abychom efektivně využívali energii u ní obsaženou, budeme se snažit používat kvalitní páru, tedy zbavenou mechanických nečistot (použití filtrů a mikrofiltrů), kondenzátu (odvaděče kondenzátu), vzduchu a jiných nezkondenzovatelných plynů (odvzdušňovače). Tento článek se zabývá základními myšlenkami možných úspor v parokondenzátních systémech. Toto téma považujeme obecně za velmi aktuální, ale v dnešní globálně ekonomicky neklidné době se jeví ještě zajímavější, naléhavější. Věříme, že v tomto článku najdete inspiraci. Chceme-li šetřit energií, je potřeba se zamyslet nad parním systémem jako celkem. Zjednodušeně lze říct, že k finančním úsporám povedou tři základní pravidla: zamezení únikům tepla snížení množství spotřebovávaného tepla zajištění zpětného využití odpadního tepla Tato pravidla bude nutné aplikovat při výrobě, rozvodech a spotřebě páry a dále pak při zacházení s kondenzátem. Výroba páry Je nutné, aby kapacita parního kotle odpovídala požadavkům na množství vyprodukované páry. Kotel, který musí pokrýt špičkové odběry páry přesahující maximální jmenovitý výkon, pracuje se sníženou účinností. Jestliže kotel pracuje pouze na % svého výkonu, pak je provozován mimo Příklad části parokondenzátního systému 16 Říjen 2009 E N E R G I E svůj optimální režim a měrné ztráty výrazně narůstají nastává další pokles účinnosti. Je samozřejmé, že není lehké sladit provoz kotle s neustále se měnící spotřebou páry. Dva nebo více kotlů je mnohem pružnějších než jedna velká jednotka. To vysvětluje běžné řešení používat větší kotel pro zimní provoz a menší pro letní potřebu. Základním úkolem kotle je dodávat kvalitní (suchou) páru v požadovaném množství a při požadovaném tlaku. Nemá význam snažit se o maximální spalovací účinnost, jestliže konečným výsledkem je pára obsahující značné množství vody, jejíž odstraňování je obtížné a nákladné. Kotle jsou konstruovány tak, že při jmenovitých parametrech páry a při ustáleném provozu ve zhruba horní třetině výkonového rozsahu pracují s optimální účinností a dodávají páru požadované kvality. To znamená, že se z hladiny vody uvolňují malé bublinky suché páry. Jestliže tlak v kotli z jakéhokoliv důvodu klesne, zvětšuje se velikost bublin výsledkem je víření, pěnění a unášení částeček vody do parního systému. Snížený tlak a mokrá pára vedou nepřímo ke zvýšení spotřeby páry, pěnění, s ním spojenému přestřiku a unášení chemikálií do rozvodů páry. Usazeniny vzniklé kvůli chemikáliím způsobí následně znečištění teplosměnných ploch a zanášení parního systému částicemi nečistot, které vede k poruchám regulačních ventilů, spotřebičů i odvaděčů kondenzátu. Výsledkem je snížení účinnosti zařízení a zvýšení nároků na údržbu. Měření jak výroby, tak spotřeby páry jsou nezbytná, jestliže chceme dosáhnout úspor a zefektivnění provozu. Většina měřičů vychází z měření objemu. Protože

17 P L A C E N Á I N Z E R C E u páry závisí objem na tlaku a teplotě, je důležité, aby měřič páry používal kompenzaci na teplotu a tlak, která umožňuje přesné měření průtočného množství či energie i při proměnlivých parametrech páry. Moderní měřiče jsou schopny, kromě měření celkového průtočného objemu a okamžitého průtoku, poskytovat informace o teplotě, tlaku, špičkovém průtoku a celkovém množství energie v páře obsaženém, zaznamenávat historii spotřeby a parametrů dodávané páry a spoustu dalších pro správné řízení parního systému důležitých informací. Ty jsou pak důležité pro řízení technologického celku, pro nějž je pára dodávána. Srdcem každé parní soustavy je NAPÁJECÍ NÁDRŽ. Na výrobu páry z teplé vody se spotřebuje méně paliva než na výrobu páry z vody studené. Proto je na místě otázka: vracíme do napájecí nádrže maximum kondenzátu? Napájecí nádrž je horká, proto je nutné zamezit tepelným ztrátám, hlavně z hladiny napájecí vody. Obsah nádrže se má udržovat na teplotě 90 C u beztlakých nádrží, běžně se také používá tlakových nádrží s přetlakem 0,2 0,5 bar a teplotou cca 105 C, aby bylo dosaženo maximálního odplynění napájecí vody. K udržení této teploty se standardně používá přímé vstřikování páry ovládané automatickým regulačním ventilem. Rozvody páry Rozvod páry je spojovacím článkem mezi kotli a parními spotřebiči. Jediným cílem rozvodu páry je dodávat páru kdykoliv jí je zapotřebí, ve správné kvalitě a správném množství. Nejkratší vzdáleností mezi dvěma body je a zřejmě i na věky zůstane přímka. Přesto se v řadě provozů setkáváme s nesmyslně dlouhými rozvody, což znamená vyšší ztráty. Další příčinou ztrát je nesprávná velikost potrubí. Je skutečností, že potrubí o průměru 80 mm způsobí o 50 % vyšší ztrátu tepla než vedení o průměru 50 mm. Přesto se ve spoustě průmyslových areálů často setkáváme s potrubími předimenzovanými o několik řádů, která přepravují pouze malé množství páry. A další otázkou zůstává kvalita a dostatečně účinná izolace parních rozvodů. Při rozumném uspořádání parních rozvodů, správně navržené dimenzi a dostatečné izolaci rozvodů by se mohlo zdát, že byly splněny všechny požadavky dobrého hospodaření s energií v přepravované páře. Jsou zde však další aspekty, které si uvedeme jen heslovitě: spolehlivé odvzdušnění rozvodů při najíždění i průběžně během provozu rychlé odstranění kondenzátu z parního rozvodu spádování rozvodů k dostatečně velkým a správně rozmístěným odvodňovacím jímkám přípojné potrubí se vyvádí z horní části hlavního vedení (kvalitní suchá pára) odstranění všech možných příčin vzniku vodního rázu odstranění či spolehlivé oddělení/ uzavření nepoužívaných částí rozvodů Je správně řešeno odvádění kondenzátu z parního rozvodu? Správné odvodnění je nejdůležitější z hlediska bezpečnosti a zdraví při práci, ale hraje taky podstatnou roli při snaze o šetření energií. Odvaděče poblíž kotle se musí poprat s usazujícími se chemikáliemi používanými pro úpravu napájecí vody, kdežto odvaděče na páteřních rozvodech si musí poradit s nečistotami a kotelním kamenem ze stárnoucího potrubí. Spotřeba páry Existuje celá řada parních spotřebičů, ale pro zjednodušení si je lze představit jako topný registr (jakékoliv konstrukce, tvaru, ). Položme si otázku, zda správně regulujeme teplotu. Z hlediska úspor energie je správná teplota ta nejnižší, která zaručí požadovaný tepelný výkon spotřebiče. Avšak tato teplota se často překračuje o koeficient jistoty. Je nutné mít na paměti skutečnost, že zvýšení teploty o 0,5 o C představuje přibližně 5% nárůst nákladů na palivo. I u spotřebičů páry hraje důležitou roli správné odvádění kondenzátu. Při nedostatečném nebo nesprávném odvádění kondenzátu dojde ke snížení výkonu a může dojít k nenávratnému poškození parního spotřebiče. A naopak pokud odvaděč propouští páru do kondenzátního systému, dochází ke snížení účinnosti přestupu tepla ve spotřebiči a navíc ještě ke ztrátám páry energie financí. Zacházení s kondenzátem Kondenzát je horká destilovaná voda, která se ideálně hodí k použití jako napájecí voda kotle. Vracení kondenzátu do napájecí nádrže ušetří hodně paliva. Jedním z důvodů, proč se někdy kondenzát nevrací, je nebezpečí kontaminace. Děravý topný registr v nádobě s kyselinou nebo naftou by umožnil těmto škodlivým látkám dostat se do kotle, kde by mohly způsobit značnou škodu. Je možno použít detektory, které okamžitě upozorní na přítomnost nežádoucí kontaminace a jsou schopné dát pokyn a automaticky přesměrovat tok kondenzátu na čisticí zařízení. Pokud je i přes to vypouštění kondenzátu nevyhnutelné, doporučujeme využít alespoň teplo v něm obsažené. Tepelná energie ve znečištěném kondenzátu je stejně cenná jako energie čistého kondenzátu. Oblaka zbytkové páry nad průmyslovými areály jsou často důkazem plýtvání energií a navíc mohou poškodit konstrukci budov. Řešení problému se zbytkovou parou může být velmi jednoduché. V případě sběrné nádrže může postačit zavedení vratného kondenzátního potrubí pod hladinu vody, aby jakákoliv zbytková pára zkondenzovala. Kondenzát z vysokotlakých spotřebičů páry lze odvést do expandéru, ze kterého se zbytková pára vede ke spotřebičům nízkotlaké páry. A mohli bychom pokračovat dále. Shrnutí Uvedené řádky jsou důkazem celé řady příležitostí, jak je možné šetřit energii obsaženou v páře, a tím i nemalé finanční prostředky. A pokud se na celou problematiku podíváme trochu s větším nadhledem, můžeme to brát jako návod, jak se chovat přátelštěji k životnímu prostředí a naší modré planetě vůbec. K odhalení viditelných i neviditelných závad na parokondenzátních zařízeních slouží tzv. systémové diagnostiky prováděné odborníky na parní systémy, které zmapují celý systém, aktuální nároky na něj kladené, jeho efektivitu, odhalí slabá místa a navrhnou způsoby nápravy. Zároveň stanoví cenu takovýchto úprav, vzniklé úspory a návratnost předpokládaných nákladů na uvedení do optimálního stavu. Ing. Marek Ledabyl SPIRAX SARCO, spol. s r.o. ENERGIE Říjen

18 Výpočet prostých nákladů na vlastnictví transformátorů Jednoduché matematické vzorce umožňují kalkulaci celkových nákladů na vlastnictví transformátorů pro dvě různé varianty. Volba příslušného transformátoru často znamená vyhledat zlatou střední cestu na jedné straně nám totiž záleží na tom, aby šetřil energii a aby byl ekonomicky účinný, na druhé straně zase musíme brát v úvahu rozpočet a celkové náklady na vlastnictví transformátoru s ohledem na celé období jeho používání. V posledních letech nastal na trhu jistý zmatek způsobený tím, že se objevily různé informace týkající se energeticky úsporných transformátorů a jejich životnosti vzhledem k průmyslovému uplatnění. V roce 1996 zformulovala Americká národní asociace výrobců energetických zařízení (National Electric Manufacturers Association NEMA) standardy energetické úspornosti pro transformátor TP1 se středním denním nabíjením na úrovni 35 %. Tyto normy byly posléze v roce 2005 přijaty Ministerstvem energetiky Spojených států ve formě zákona o energetické politice. Avšak v průvodci vypracovaném Americkou asociací inženýrů z oboru ohřívání, chlazení, ventilace a klimatizace (ASHRAE), který se týká projektových požadavků pro školní budovy K-12, je možné najít specifikace transformátorů, jež jsou charakterizovány o 30 % vyšší hladinou energetické úspornosti oproti výše uvedenému transformátoru TP1. Zařízení, která v něm byla uvedena, snižují jak ztráty energie v jádře (ztráty energie z magnetického pole způsobené nedostatkem nabití), tak i ztráty na vinutích (ztráty způsobené odporem souvisejícím s průtokem proudu). Vzorec pro výpočet uživatelských nákladů Kodex federálních regulací obsahuje aktuální požadavky týkající se úrovně energetické úspornosti pro rozvodné transformátory, včetně definicí, testovacích procesů i standardů energetické úspornosti a závazných termínů pro jejich platnost. Standardy v něm obsažené popisují nároky na minimální úrovni část expertů doporučuje pro určité aplikace raději použít zařízení s vyšší úrovní energetické úspornosti. Týká se to třeba výše zmiňovaného projektového průvodce ASHRAE pro školní budovy K-12, ve kterém je zapsáno, že výkaz zařízení, která jsou charakterizována o 30 % vyšší úrovní energetické úspornosti, jenž byl představen v dokumentu CSL-3 Ministerstva energetiky Spojených států, a výběr energeticky úsporných transformátorů musí být prováděn na základě standardu CSL-3, který je přijímán jako základní dokument. Podle úředníků Ministerstva energetiky USA není dokument CSL-3 (Candidate Standard Level 3) akceptován jako závazný standard energetické úspornosti, avšak popisuje doporučené vedlejší úrovně úspornosti využívané v procesu definování projektových zásad. Závazné požadavky týkající se energetické úspornosti pro rozvodné transformátory byly stanoveny předem v Kodexu federálních předpisů. Někteří výrobci transformátorů, kteří se opírají o průvodce ASHRAE, vyprojektovali zařízení 75 kva, které je charakterizováno 30% snížením ztrát energie při předpokladu středního nabití na úrovni 35 %. Úsporné vlastnosti těchto výrobků se zdají být velmi atraktivní, avšak jejich 18 Říjen 2009 ENERGIE

19 pořizovací cena může mnohanásobně převyšovat cenu transformátoru TP1. V mnoha případech jsou tyto transformátory vybaveny soupravou nástrojů pro ovládání počítačem a mají možnost výpočtu provozních nákladů na základě řady proměnných, přičemž zapojují publikovanou cenu zařízení, nikoliv však cenu nákupu. Specialista, který v zájmu klienta radí při výběru transformátoru, musí ověřit výsledky, jež uvádí výrobce zařízení, přičemž bude využívat jednoduché matematické vzorce pro výpočet celkových uživatelských nákladů s pomocí obyčejné kalkulačky. Jeden z takových vzorců umožňuje výpočet ztrát v jádru a vinutí v různých úrovních nabíjení v průběhu dne: ztráty na vinutích v dané úrovni nabíjení + ztráty v jádře transformátoru = celkové ztráty energie za hodinu Pozor! Ztráty na vinutích v dané úrovni nabíjení = ztráty při plném nabíjení x (úroveň nabíjení) 2. V posledních letech nastal na trhu jistý zmatek způsobený tím, že se objevily různé informace týkající se energeticky úsporných transformátorů a jejich životnosti vzhledem k průmyslovému uplatnění. Jako příklad si vezměme případ 24hodinového nabíjení pro třífázový transformátor 75 kva se ztrátami 258 W v jádře a ztrátami při plném nabití na úrovni W (tabulka 1) a porovnejme jej s třífázovým transformátorem 75 kva vyprojektovaným podle řešení, které umožňuje dosažení úspornosti energie na úrovni 30 % se ztrátami 170 W v jádře a ztrátami při plném nabití na úrovni W (tabulka 2). Roční provozní náklady mohou být snadno vypočítány provedením kalkulací uvedených v tabulkách 1 a 2 při aplikaci průměrné sazby na úrovni 9,21 centů/ kwh tabulka 3. Z provedené analýzy vyplývá, že při výše uvedených předpokladech byly roční provozní náklady o 95 USD nižší v případě energeticky šetrného transformátoru. Při výpočtu skutečných provozních nákladů je třeba brát v úvahu také jiné činitele související s délkou životnosti objektu, což je v tabulce 4 zobrazeno pro období 33 let. Po shrnutí provedené analýzy je zřejmé, že kromě skutečnosti, že energeticky šetrný transformátor má o 30 % nižší úroveň ztrát energie v porovnání se svým ekvivalentem TP1, budou celkové náklady na jeho provoz vyšší, bereme-li v potaz nákupní cenu a provozní dobu transformátoru. Z toho vyplývá, že roční úspora na úrovni 95 USD, ke které dojde v případě použití energeticky šetrného transformátoru, pokryje pouze kolem 62 % (3 100 USD) přebytků dříve uhrazených nákladů. Úroveň nabití Energetické ztráty za hodinu Denní energetické ztráty 0% úroveň (10 hodin) W = 0,258 kwh 0,258 kwh x 10 godz. = 2,58 kwh 10% úroveň (3 hodiny) 40% úroveň (9 hodin) 15% úroveň (2 hodiny) Suma denních energetických ztrát Ztráty za rok (365 dní) Tabulka 1 Třífázový transformátor 75 kva 2,467 x 0,1 x 0,1 = 24,67 W W = 0,2827 kwh 2,467 x 0,4 x 0,4 = 394,72 W W = 0,6527 kwh 2,467 x 0,15 x 0,15 = 55,51 W W = 0,3135 kwh 0,2827 x 3 godz. = 0,85 kwh 0,6527 x 9 godz. = 5,87 kwh 0,3135 x 2 godz. = 0,63 kwh 9,9 kwh 3 624,23 kwh Úroveň nabití Energetické ztráty za hodinu Denní energetické ztráty 0% úroveň (10 hodin) W = 0,170 kwh 0,170 kwh x 10 godz. = 1,70 kwh 10% úroveň (3 hodiny) 1,978 x 0,1 x 0,1 = 19,78 W W = 0,1898 kwh 0,1898 x 3 godz. = 0,57 kwh 40% úroveň (9 hodin) 1,978 x 0,4 x 0,4 = 316,48 W W = 0,4865 kwh 0,4865 x 9 godz. = 4,38 kwh 15% úroveň (2 hodiny) 1,978 x 0,15 x 0,15 = 44,50 W W = 0,2145 kwh 0,2145 x 2 godz. = 0,43 kwh Suma denních energetických ztrát 7,1 kwh Ztráty za rok (365 dní) 2 591,50 kwh Tabulka 2 Třífázový transformátor 75 kva (s úrovní energetické úspory o 30 % vyšším vzhledem k TP1) ENERGIE Říjen

20 Typ transformátoru 75 kva Denní energetické ztráty Roční energetické ztráty Pořizovací cena TP1 9,9 kwh 3 624,23 kwh 333,79 USD Energetický úsporný transformátor (úspora 30 %) 7,1 kwh 2 591,50 kwh 238,68 USD Rozdíl 2,8 Watt 1 032,73 kwh 95,11 USD Tabulka 3 TP1 Energetický úsporný transformátor (úspora 30 %) Pořizovací cena USD USD Náklady na ztráty energie transformátoru (za celou dobu životnosti) USD USD Náklady na údržbu USD USD Celkové náklady transformátoru (za celou dobu životnosti) Tabulka USD USD Rozhodování o výběru Ověřenou praktickou zásadou, kterou je třeba se řídit při výběru transformátoru s nízkým výkonem, je dopředu shromáždit pokud možno co největší množství informací týkajících se potřeb a možností, a to z různých zdrojů. Proto je třeba si popovídat na jedné straně s klientem budoucím uživatelem zařízení na téma jeho cílů a očekávání souvisejících s energetickou úsporností transformátoru, na druhé straně zase s výrobcem abyste zjistili, zda daný výrobek dokáže splnit očekávání klienta. Dalším zásadním argumentem při rozhodování o volbě budou výsledky výpočtu skutečných nákladů na provoz transformátoru po celou dobu jeho životnosti. Ve skutečnosti nebudou pro některé klienty překážkou celkové vysoké provozní náklady, které vycházejí z vyšší pořizovací ceny (charakteristické pro transformátory s vyšší úrovní energetické úspornosti ve vztahu k transformátoru TP1), neboť pro ně může být samotným cílem chuť vlastnit objekt s pokud možno nejvyššími ukazateli energetické úspornosti. Většina uživatelů však hledá možnosti, jak nejvíce omezit náklady, aby dosáhli přijatelné úrovně návratů z vložené investice. Úkolem expertů je pomoci při hledání zlaté střední cesty z pohledu energetické úspornosti a rozpočtu, který je k dispozici, a tím také při výběru nejlepšího výrobku. Thomas Patzner je specialista na výrobky v oboru transformátorů s nízkým výkonem. Již více než 15 let pracuje pro firmu Schneider Electric, přičemž se zabývá problematikou projektování a práce transformátorů. Wendell Leisinger je manažer klientského oddělení a poradní inženýr firmy Schneider Electric. mezinárodní odborná konference výstavba klasických a jaderných energetických zdrojů Clarion Congress Hotel Prague, Freyova 33, Praha 9 Záštita: Tomáš Hüner, první náměstek ministra, MPO ČR Oldřich Vojíř, poslanec, Parlament ČR Manažer konference: Norbert Tuša, norbert.tusa@afpower.cz, mobil: Říjen 2009 ENERGIE Další informace: