Czytaj - Astor

 Ekonomia inwestycji
Jak obniżyć koszty
produkcji, zwiększając
efektywność
wykorzystania energii?
Każdy, kto zarządza procesem produkcyjnym, musi na bieżąco monitorować
koszty zużywanej przy tym energii – wyniki analiz i utrzymywanie wartości
konsumpcji mediów na określonym poziomie wpływają na wyniki ekonomiczne
działalności przedsiębiorstwa. Stale rosnące opłaty za nośniki energii nie nastrajają
optymistycznie, a obserwowane w ostatnim czasie nieznaczne spadki cen energii
elektrycznej są wynikiem spowolnienia gospodarczego i nie powinny być mylnie
interpretowane. Niestety, należy przewidywać, że w najbliższym okresie ceny
znów zaczną rosnąć…
ANDRZEJ JAROSZ
D
la urzeczywistnienia szeroko promowanego
terminu „efektywność energetyczna” wielu
przedsiębiorców stara się podejmować decyzje mające na celu dokładne określenie działań,
które doprowadzą do wymiernych oszczędności.
Nie jest to jednak proste, szczególnie jeśli w zakładzie wprowadzono już podstawowe zasady monitoringu mediów. Wymaga bowiem wnikliwej
znajomości stosowanych w przedsiębiorstwie procesów oraz dostępnych na rynku technologii pozwalających na wdrożenie strategii świadomego
korzystania z energii. Konieczne jest więc zaplanowanie i podjęcie działań z wykorzystaniem
wiadomości z wielu dyscyplin inżynierskich. Zatrudnione w firmie osoby nie zawsze mają wymaganą wiedzę techniczną i technologiczną, dlatego
często podejmuje się decyzję o zatrudnieniu inżyniera ds. efektywności energetycznej. Jego praca
zaczyna się zwykle od opomiarowania zużycia
nośników energii dla poszczególnych procesów
produkcyjnych. To znacząco ułatwia dokładną
kontrolę, prognozowanie kolejnych przedsięwzięć efektywnościowych oraz określenie rezultatów tych już wprowadzonych.
6
BIZNES I PRODUKCJA, nr 9 (2/2013)
Podnoszenie efektywności energetycznej, jak widać,
chociaż absolutnie konieczne, nie jest proste. Wymaga technicznych i kosztowych analiz dla każdego
planowanego działania, co jest możliwe tylko przy
znajomości rynkowych programów ich wsparcia.
Niezbędne jest także oszacowanie przyszłych
oszczędności oraz spodziewanego okresu zwrotu
wkładu finansowego.
Poniżej przedstawionych jest kilka przykładowych
stosowanych w praktyce metod zwiększających efektywność energetyczną, dzięki którym zmniejsza
się zużycie nośników energii. Ze względu na zainteresowania oraz profesję autora dotyczą one procesów cieplnych, jednak mogą stanowić inspirację
do podjęcia podobnych działań w innych obszarach.
Zmienne przepływy w układach wytwarzania
chłodu
Dostarczenie odpowiedniej ilości chłodu jest podstawową sprawą dla zrealizowania kluczowych zadań
systemu w wielu procesach technologicznych. Przedsiębiorstwa takie jak zakłady przetwórstwa tworzyw
sztucznych lub drukarnie mają odpowiednio dopasowane wydajnościowo do maksymalnego zapotrzebowania źródło chłodu, w którego skład często
wchodzi kilka agregatów chłodniczych. Po analizie
Ekonomia inwestycji 
12€
10€
8€
6€
dowolnie wybranego okresu pracy można zauważyć,
4€
że ilość chłodu wymagana chwilowo przez linie
technologiczne nie jest stała: zależy np. od przesunięcia cykli pracy wtryskarek lub liczby linii drukarskich wchodzących do pracy.
Mimo 2002
to większość
2004chłodu
2005pracuje
2006w tzw.
2007
2003 źródeł
reżimie
stałoprzepływowym
wody
chłodniczej,
6,15€ 5,59€ 4,26€ 5,30€ 6,77€ 7,54€
wymagającym niezmiennej ilości przetłaczanej
wody. W zależności od wielkości systemu chłodniczego i mocy zastosowanych silników elektrycznych pompy układu hydraulicznego mogą pobierać
mniej lub więcej energii elektrycznej. Wadą tego
rozwiązania jest ciągła praca pomp, ze stałymi obrotami, a zatem ze stałym zużyciem energii elektrycznej. Iloczyn mocy elektrycznej każdego włączonego silnika, liczba godzin jego pracy i opłaty za kWh
zużytej energii to cena płacona za wykorzystanie
energii. Co można zrobić, aby ją znacznie obniżyć?
Odpowiedź jest oczywista: wystarczy zmniejszyć
chwilową moc elektryczną pobieraną przez pompy!
Nie może to jednak być działanie pochopne. Do
zastosowania
takiego
rozwiązania
konieczna
jest
2008
2009
2010
2011
2012
2013
gruntowna
znajomość
prowadzonych
procesów
8,36€ 7,73€ 8,40€ 9,11€ 9,36€ 10,06€
technologicznych oraz zasad bezpiecznego funkcjonowania urządzeń chłodniczych w reżimie zmiennoprzepływowym. Zazwyczaj potrzebne jest też zbudowanie logicznego układu kontroli i nadzoru nad
pracą systemu. Skutki są jednak warte tych działań.
Wyniki dla wykonanych instalacji uzyskane przez
firmę Andra Sp. z o.o. pokazują, że oszczędności
mogą przekraczać nawet 15% kosztów energii pobieranej przez system wytwarzania chłodu przed
0,10€
RYS. K. ZALEWSKA – PRACOWNIA REGISTER
0,08€
0,06€
2002
2003
2004
2005
2006
2007
0,059€ 0,057€ 0,045€ 0,051€ 0,054€ 0,054€
2008
2009
2010
2011
2012
2013
0,081€ 0,086€ 0,093€ 0,096€ 0,087€ 0,088€
Ilustracja 1. Zmiana cen energii elektrycznej w Polsce (za 1 kWh) w czasie ostatnich 12 lat. Źródło: Eurostat.
BIZNES I PRODUKCJA, nr 9 (2/2013)
7
 Ekonomia inwestycji
modernizacją. Może to oznaczać, że okres zwrotu
inwestycji wyniesie poniżej 1,5 roku.
Wszystkie instalacje wytwarzania chłodu dla przemysłowych procesów technologicznych mają specyficzne uwarunkowania, więc każdy potencjalny
projekt wymaga dokładnej analizy technicznej i finansowej. Powinna ona być podstawowym dokumentem wykorzystywanym przez personel
zarządzający przy podejmowaniu decyzji o realizacji projektu zwiększającego efektywność energetyczną.
Wytwarzanie chłodu z ciepła
Efektywność energetyczna musi dotyczyć wszelkich
działań mających na celu zmniejszenie kosztów zużywanych nośników energii w zakładzie przemysłowym. Nie powinna się jednak ograniczać tylko do
energii elektrycznej, mimo że jest ona najpowszechniejsza. Warto przeanalizować także inne media
w przedsiębiorstwie, wykorzystywane do prawidłowego prowadzenia procesów technologicznych,
takie jak sprężone powietrze, para wodna lub kondensat pary wodnej. Na przykład często stosowane
sprężone powietrze wytwarzane jest przez energochłonne zespoły sprężarkowe zasilane energią elektryczną. Skutkiem ubocznym procesu jej wytwarzania jest jednak energia cieplna, która stanowi do
90% energii elektrycznej zużywanej przez silniki
napędzające sprężarki powietrzne. W zależności od
rozmiaru stacji sprężonego powietrza wielkość tej
energii cieplnej może wynieść nawet kilkaset kW.
Sprężarki często mają system chłodzenia powietrzem atmosferycznym, przez co energia cieplna
jest bezpowrotnie tracona. Dlatego coraz powszechniejsze jest wyposażanie sprężarek powietrznych
w wodne układy chłodzenia. Wówczas otrzymane
z nich ciepło odpadowe może być wykorzystywane
do ogrzewania pomieszczeń. Ten prosty zabieg pozwala na znaczące zmniejszenie zużycia gazu lub
węgla, co skutkuje zwiększeniem efektywności energetycznej zakładu w okresie sześciu miesięcy sezonu grzewczego.
Co jednak zrobić z tak pozyskanym ciepłem latem,
gdy ogrzewanie jest zbędne? Wykorzystać je do wytwarzania zimnej wody do celów klimatyzacyjnych
bądź technologicznych w okresie nadmiaru ciepła,
co umożliwia technologia absorpcji. Oczywiście połączenie tych praktyk nie jest możliwe w każdym
zakładzie przemysłowym. Ile jest jednak sytuacji,
gdy w wyniku jednego procesu technologicznego
uwalnia się ciepło (np. parę potechnologiczną lub parę
z rozprężenia kondensatu), a obok stoi stacja wytwarzania chłodu, napędzana energochłonnymi silnikami
elektrycznymi, z której zimna woda jest dostarczana
dla innego procesu technologicznego? Tak jest np.
w zakładach farmaceutycznych, petrochemicznych
lub dużych drukarniach. Podnoszenie efektywności
energetycznej rozumiane jako zmniejszenie kosztów
zużycia nośników energii to sekwencja działań mających na celu maksymalizację wykorzystania raz wytworzonej energii. Technologia absorpcji jest zatem
idealnym rozwiązaniem – ciepło jest formą energii
(techniczny lapsus), którą należy „zaprząc” do pracy
dla wytworzenia innej formy energii.
Określenie możliwości wykorzystania ciepła odpadowego do celów chłodniczych i wyeliminowanie
12€
10€
8€
6€
4€
2002
6,15€
2003
5,59€
2004
4,26€
2005
5,30€
2006
6,77€
2007
7,54€
2008
8,36€
2009
7,73€
2010
8,40€
2011
9,11€
2012
9,36€
Ilustracja 2. Zmiana cen gazu w Polsce (za 1 GJ) w czasie ostatnich 12 lat. Źródło: Eurostat.
8
BIZNES I PRODUKCJA, nr 9 (2/2013)
2013
10,06€
Ekonomia inwestycji 
Zazwyczaj potrzebne jest
zbudowanie logicznego układu
kontroli i nadzoru nad pracą
systemu. Skutki jednak są warte
tych działań. Oszczędności mogą
przekraczać nawet 15% kosztów
energii pobieranej przez system
wytwarzania chłodu przed
modernizacją.
RYS. K. ZALEWSKA – PRACOWNIA REGISTER
zużycia dużej ilości energii elektrycznej do tych samych celów wymaga znajomości zalet i ograniczeń
w stosowaniu technologii absorpcji. Warto także
nadmienić, że analiza wysokości nakładów inwestycyjnych z zastosowaniem technologii absorpcji oraz
określenie okresu ich zwrotu są znacznie bardziej
skomplikowane niż w przypadku klasycznej instalacji chłodniczej z zastosowaniem agregatów chłodniczych napędzanych energią elektryczną. Często
spotykane stwierdzenie, że rzadkie zastosowanie tej
technologii w Polsce w porównaniu np. z rynkiem
niemieckim wynika z braku powszechnej wiedzy
na ten temat wśród kadry technicznej, wydaje się
osądem trafnym. Należy jednak mieć nadzieję, że
dążenie do podnoszenia efektywności energetycznej
procesów technologicznych będzie najlepszą okazją
do zmiany tego stanu rzeczy.
Absorpcja w kogeneracjach gazowych
Kogeneracja to coraz powszechniej używana nazwa
technologii wytwarzania energii, oznaczająca równoczesne generowanie różnych form energii z nośników, jakimi są gaz ziemny, biogaz lub metan kopalniany. Może to być energia elektryczna (o różnym
napięciu) powstająca równolegle z energią cieplną
w postaci gorącej wody lub pary oraz energią
chłodniczą o minimalnej temperaturze wyjściowej
ok. 5°C. Energię chłodu uzyskuje się w wyniku zastosowania absorpcyjnych agregatów chłodniczych.
Promowanie tej technologii przez różne programy
wsparcia wynika przede wszystkim z bardzo wysokiej sprawności procesu wytwarzania energii. Zaletą
jest także, w większości zastosowań, wytwarzanie
energii elektrycznej w pobliżu miejsca jej utylizacji,
dzięki czemu unika się strat przesyłowych, które
występują w przypadku klasycznych sieci energetycznych.
Zadaniem niniejszego artykułu nie jest opis technologii kogeneracji gazowej, a jedynie zwrócenie
uwagi na korzyści wynikające z jej zastosowania
w wybranych gałęziach przemysłu. Przy wyborze
tej metody należy zwrócić szczególną uwagę na całoroczną potrzebę utylizacji wytwarzanych rodzajów
energii. Produkowana energia elektryczna zawsze
może być zużyta na wewnętrzne potrzeby technologiczne, jednak inwestorzy często zapominają,
że równolegle powstaje duża ilość energii cieplnej.
Stosowane w zakładzie technologie muszą umożliwić nieprzerwany jej odbiór przez cały rok. Tylko
wtedy efektywność systemu będzie wystarczająco
wysoka i będzie się można spodziewać osiągnięcia
zakładanych wyników ekonomicznych.
Warto rozważyć wdrożenie zwłaszcza kogeneracji
gazowej jako najsprawniejszego systemu wytwarzania energii, a zatem pozwalającego obniżyć koszty
zużycia nośników energii, ponieważ jest ona na liście priorytetów w programach wsparcia w ramach
perspektywy finansowej Unii Europejskiej na lata
2014–2020 (np. projekt „Priorytety Programu Operacyjnego Województwa Śląskiego na lata 2014–2020”).
Podsumowanie
Wydaje się, że nieustanna walka o obniżenie kosztów
produkcji wchodzi w nową fazę. Skończył się okres
redukcji przerostów zatrudnienia, a zaczyna czas
nowoczesnej technologii prowadzenia procesów
przemysłowych. Obniżanie kosztów zużycia nośników energii, a więc wszystkie działania zwiększające efektywność energetyczną procesów, są tego
najlepszym dowodem.
Powyższe wskazanie trzech metod, od najtańszej
i najszybszej do wymagającej znacznych inwestycji, dowodzi, że zwiększenie efektywności energetycznej, a co za tym idzie – obniżenie kosztów
produkcji, powinno być rozpatrywane na wszystkich możliwych poziomach. 
ANDRZEJ
JAROSZ
Autor jest
Kierownikiem
Technicznym
w Dziale
Technologii
Chłodniczych firmy
Andra Sp. z o.o.
Można się z nim
skontaktować pod
adresem a.jarosz@
andra.com.pl.
BIZNES I PRODUKCJA, nr 9 (2/2013)
9