Διαχείριση Ενέργειας στη Βιομηχανία

Transcript

1 Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών ΔΠΜΣ: «Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας» Διαχείριση Ενέργειας στη Βιομηχανία Δρ. Γιώργος Αναστασόπουλος, Χάρης Δούκας, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ, Ιωάννης Ψαρράς, Καθηγητής ΕΜΠ Εργαστήριο Συστημάτων Αποφάσεων & Διοίκησης Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Γρ ος Όροφος Σχολής Ηλεκτρολόγων Τηλέφωνο: E mail: h_doukas@epu.ntua.gr Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ Μάθημα: Χρήσεις και Εξοικονόμηση Ενέργειας στη Βιομηχανία

2 Ευρωπαϊκό νομοθετικό πλαίσιο [1] Οδηγία 2012/27/ΕΚ (Energy Efficiency Directive) 1,5% μείωση της τελικής κατανάλωσης ετησίως Υπεύθυνοι είναι οι διανομείς ενέργειας, στο σύνολό τους Διάρκεια εξοικονόμησης Στόχος συνολική εξοικονόμηση 10,5 % στην 7ετία

3 Ευρωπαϊκό νομοθετικό πλαίσιο [2] Οδηγία 2012/27/ΕΚ (Energy Efficiency Directive) Στο Άρθρο 8 αναφέρονται αναλυτικά οι ενεργειακοί έλεγχοι: Πραγματοποιούνται από εσωτερικούς εμπειρογνώμονες ή από ενεργειακούς ελεγκτές. Τα κράτη μέλη καταρτίζουν προγράμματα που θα ενθαρρύνουν τις μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις να υποβάλλονται σε ενεργειακούς ελέγχους. Μέχρι το Δεκέμβριο του 2015 θα πρέπει όλες οι επιχειρήσεις να έχουν υποβληθεί σε ενεργειακό έλεγχο. Υποχρεωτικός έλεγχος ανά 4ετία από τον πρώτο έλεγχο σε κάθε επιχείρηση. Από τον έλεγχο αυτό εξαιρούνται επιχειρήσεις που έχουν πιστοποιημένο σύστημα ενεργειακής περιβαλλοντικής διαχείρισης (ISO 50001).

4 Ελληνικό νομοθετικό πλαίσιο [1] Η ενσωμάτωση της οδηγίας 2012/27/ΕΚ έγινε στο Ελληνικό δίκαιο το Όσον αφορά τα δημόσια κτήρια: Πρέπει να βελτιώνουν την ενεργειακή τους κατανάλωση σε ποσοστό 3% κάθε χρόνο με ευθύνη του δημοσίου αν είναι μεγαλύτερα από 500 τ.μ. Ορίζεται για κάθε κτήριο ενεργειακός υπεύθυνος (τουλάχιστον ένας) για την καταγραφή των καταναλώσεων σε ετήσια βάση, την τήρηση αρχείου και την σύνταξη ενεργειακής έκθεσης, καθώς και τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας. (ΚΥΑ 14826/ΦΕΚ 1122/2008) Καθορίζεται ο τρόπος διεξαγωγής ενεργειακών επιθεωρήσεων από το τεύχος ΦΕΚ 1526/1999

5 Ελληνικό νομοθετικό πλαίσιο [2] Για την ενεργειακή επιθεώρηση στο βιομηχανικό τομέα καθορίζονται τρία επίπεδα ανάλυσης: Συνοπτική ενεργειακή επιθεώρηση Ήδη υπάρχοντα στοιχεία, μικρή χρονική διάρκεια, δε χρειάζεται καταγραφικό εξοπλισμό Εκτενής ενεργειακή επιθεώρηση Μετρήσεις εξοπλισμού με φορητά μέσα, καταγραφή ροών ενέργειας, ιεράρχηση προτεινόμενων επεμβάσεων, κοστολόγηση Λεπτομερής ενεργειακή μελέτη Γίνεται στην περίπτωση που πρέπει η ενεργειακή επιθεώρηση να γίνει σε επίπεδο εξοπλισμού με λεπτομερείς μετρήσεις.

6 Η σημασία της εξοικονόμησης [1] Η εξοικονόμηση σε επίπεδο τελικού καταναλωτή είναι εξαιρετικά σημαντική, καθώς σε πρωτογενές επίπεδο η εξοικονόμηση πολλαπλασιάζεται. Ακαθάριστη εγχώρια κατανάλωση ενέργειας Ενέργεια προς τελική κατανάλωση Τελική κατανάλωση ενέργειας Τελική κατανάλωση ενέργειας Οικιακός τομέας

7 Η σημασία της εξοικονόμησης [2] Κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε διαδικασίας βιομηχανικής παραγωγής υπάρχουν απώλειες από μετατροπές ενέργειας, διανομή ενέργειας κλπ. Διάχυτες απώλειες μετατροπής Τελική ενέργεια Μετατροπή ενέργειας Ενέργεια τελικής χρήσης Τελική χρήση Απώλειες διανομής Ωφέλιμη ενέργεια Απώλειες χρήσης Συγκεντρωμένες απώλειες μετατροπής Τυπική αλυσίδα μετατροπών ενέργειας σε βιομηχανικό συγκρότημα

8 Energy Performance Indicators [1] Στο επίπεδο της βιομηχανίας αξιοποιούνται δείκτες ενεργειακής αποδοτικότητας. Κάθε βιομηχανία θέτει ένα έτος βάσης για τη μέτρηση των εξοικονομήσεων. (Baselining) Η σύγκριση με άλλες βιομηχανίες του ίδιου κλάδου γίνεται με κλαδικούς μέσους όρους (Benchmarking) Η αξιολόγηση των βιομηχανιών μπορεί να γίνει με μία από τις παραπάνω μεθόδους, ή συνδυασμό των δύο.

9 Energy Performance Indicators [2] Οι δείκτες ενεργειακής αποδοτικότητας μπορεί να περιλαμβάνουν: Κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανά μονάδα παραγόμενου προϊόντος Κατανάλωση καυσίμου ανά μονάδα παραγόμενου προϊόντος Κατανάλωση ενέργειας ανά κλάδο της παραγωγής Συσκευασία, Παραγωγή, Φόρτωση, Επεξεργασία πρώτων υλών κλπ. Η γενική μορφή ενός Δείκτη Ενεργειακής Αποδοτικότητας είναι:

10 Energy Performance Indicators [3] Στην Αμερική έχουν καθιερωθεί πρότυπα αξιολόγησης ανά κλάδο, σύμφωνα με το EnergyStar. Υπάρχουν διαθέσιμες τυποποιημένες φόρμες για διάφορους κλάδους Από τις φόρμες αυτές προκύπτουν στοιχεία τόσο με βάση το Baselining για κάθε επιχείρηση, όσο και με Benchmarking με άλλες επιχειρήσεις. Στην Ευρώπη δεν υπάρχει πρότυπο σύστημα στο οποίο να συγκεντρώνονται Benchmarks, και επομένως η αξιολόγηση των βιομηχανιών γίνεται με βάση τις ίδιες (Baselining).

11 Monitoring & Targeting Η διαδικασία του Monitoring μπορεί να διαιρεθεί σε 5 σκέλη: Μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας Μέτρηση του «προϊόντος» Σχέση κατανάλωσης ενέργειας και εξαγόμενου προϊόντος Αναφορά της ενεργειακής απόδοσης Ανάληψη ενεργειών Το Targeting ακολουθεί το monitoring και είναι η επισταμένη εξέταση και παρακολούθηση της τρέχουσας κατανάλωσης ενέργειας και η προσπάθεια βελτίωσης με στοιχειώσεις αλλαγές. Κατά τη διαδικασία του Targeting μπορεί να γίνει επαναπροσδιορισμός των στόχων της βιομηχανίας.

12 Ενεργειακό ισοζύγιο εργοστασίου [1] Σε ένα εργοστάσιο που περιλαμβάνει τρείς γραμμές παραγωγής, αποθήκη και γραφεία έγινε καταγραφή των καταναλώσεων για ένα μήνα. Η κατανομή της ενέργειας ανά τμήμα του εργοστασίου ήταν: Ποσοστιαία κατανομή καταναλώσεων ανά τμήμα του εργοστασίου 95000,00 kwh 90000,00 kwh 85000,00 kwh 80000,00 kwh 75000,00 kwh Κατανάλωση ανά τμήμα του εργοστασίου Offices 22% Production A 16% 70000,00 kwh 65000,00 kwh 60000,00 kwh 55000,00 kwh 50000,00 kwh Production A Production B Production C Warehouse Offices Warehouse 19% Production B 22% Production C 21%

13 Ενεργειακό ισοζύγιο εργοστασίου [2] Η κατανομή των καταναλώσεων κατά τη διάρκεια μίας εβδομάδας είναι: Εβδομαδιαία κατανομή καταναλώσεων 70 Production A [kwh] Production B [kwh] Production C [kwh] Warehouse [kwh] Offices [kwh] Σαββατοκύριακο /12/01 00:00: /12/01 03:15: /12/01 06:30: /12/01 09:45: /12/01 13:00: /12/01 16:15: /12/01 19:30: /12/01 22:45: /12/02 02:00: /12/02 05:15: /12/02 08:30: /12/02 11:45: /12/02 15:00: /12/02 18:15: /12/02 21:30: /12/03 00:45: /12/03 04:00: /12/03 07:15: /12/03 10:30: /12/03 13:45: /12/03 17:00: /12/03 20:15: /12/03 23:30: /12/04 02:45: /12/04 06:00: /12/04 09:15: /12/04 12:30: /12/04 15:45: /12/04 19:00: /12/04 22:15: /12/05 01:30: /12/05 04:45: /12/05 08:00: /12/05 11:15: /12/05 14:30: /12/05 17:45: /12/05 21:00: /12/06 00:15: /12/06 03:30: /12/06 06:45: /12/06 10:00: /12/06 13:15: /12/06 16:30: /12/06 19:45: /12/06 23:00: /12/07 02:15: /12/07 05:30: /12/07 08:45: /12/07 12:00: /12/07 15:15: /12/07 18:30: /12/07 21:45:00

14 Ενεργειακό ισοζύγιο εργοστασίου [3] Δείκτες ενεργειακής αποδοτικότητας: Γνωρίζουμε ότι: Η γραμμή παραγωγής Production A παράγει τόνους ακατέργαστου σιδήρου/μήνα Η γραμμή παραγωγής Production Β παράγει τετραγωνικά μέτρα λαμαρίνας/μήνα Η γραμμή παραγωγής Production C παράγει μέτρα σιδηρόβεργας φ10/μήνα Τα γραφεία έχουν εμβαδό 600 τετραγωνικά μέτρα, και σε αυτά απασχολούνται 250 εργαζόμενοι. Μπορούμε, ενδεικτικά, να υπολογίσουμε τους παρακάτω δείκτες αποδοτικότητας: ΔΕΑ ΔΕΑ ΔΕΑ Μηνιαία κατανάλωση kwh Παραχθέντες τόνοι σιδήρου Μηνιαία κατανάλωση kwh τ. μ. λαμαρίνας Μηνιαία κατανάλωση kwh μέτρα σιδηρόβεργας ΔΕΑ. ΔΕΑ. Μηνιαία κατανάλωση kwh τ. μ. Γραφείων Μηνιαία κατανάλωση kwh εργαζόμενοι

15 Συνήθεις δράσεις εξοικονόμησης Οι παρεμβάσεις ποικίλουν ανά βιομηχανική μονάδα και μπορεί να είναι παρεμβάσεις: Στο κτηριακό κέλυφος (θερμομόνωση, σκίαση κλπ.) Στο φωτισμό (αλλαγή λαμπτήρων, φυσικός φωτισμός κλπ.) Στα ηλεκτρικά φορτία (αναβάθμιση συστημάτων, βελτίωση ΣΙ κλπ.) Στη θέρμανση Στην ψύξη Βελτίωση των συστημάτων ή αντικατάσταση τους Στον αερισμό Στο Ζεστό Νερό Χρήσης (μείωση σπατάλης νερού κλπ.) Στους αυτοματισμούς (Συστήματα διαχείρισης ενέργειας ΒΕΜS κλπ.) Εγκατάστασης ΑΠΕ (εισαγωγή ΑΠΕ στο ενεργειακό ισοζύγιο της επιχείρησης)

16 Παράδειγμα εξοικονόμησης σε βιομηχανία [1] Σε μία βιομηχανία κατεργασίας και παραγωγής προϊόντων σιδήρου, η οποία επιθυμούσε τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειάς της, έγινε καταγραφή των καταναλώσεων του έτους 2013 και του έτους Στα τέλη του 2013 έγιναν κάποιες παρεμβάσεις στην κατεύθυνση της εξοικονόμησης ενέργειας και τα αποτελέσματα των καταγραφών φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

17 Παράδειγμα εξοικονόμησης σε βιομηχανία [2] Έτος Βάσης Months Energy Consumption (kwh) Units Produced (tn) Energy Consumption (kwh) Units Produced (tn) Δράσεις εξοικονόμησης ενέργειας

18 Παράδειγμα δράσεων σε βιομηχανία [3] Από τις ετήσιες καταναλώσεις του 2013 μπορούμε να προσδιορίσουμε τη σχέση παραγωγής κατανάλωσης ενέργειας Σχέση παραγωγής και καταναλισκόμενης ενέργειας y = 933,76x R² = 0, Με βάση τη σχέση που προκύπτει με τη βοήθεια του Excel μπορούμε να υπολογίσουμε (προσεγγιστικά) τις καταναλώσεις που θα είχαμε το 2014, αν δεν είχε γίνει κάποια παρέμβαση στην παραγωγική διαδικασία.

19 Παράδειγμα δράσεων σε βιομηχανία [4] Προκύπτει ο παρακάτω πίνακας με τις καταναλώσεις με βάση το 2013 και τις πραγματικές το Energy Consumption (kwh) Units Produced (tn) Energy Prediction based on 2013 ΔEnergyCons Παρατηρούμε ότι οι δράσεις έχουν πράγματι επιτύχει εξοικονόμηση ενέργειας, η οποία ανέρχεται συνολικά σε kwh, ή αλλιώς 14,68 % της συνολικής κατανάλωσης με βάση το 2013.

20 Παράδειγμα δράσεων σε βιομηχανία [5] Γραφική απεικόνιση της εξοικονομούμενης ενέργειας Έτος Βάσης Προβλεπόμενες καταναλώσεις 2014 Πραγματικές καταναλώσεις 2014