827) Vydání: Výstup D9, součást pracovního balíčku 5 Datum: 27. listopadu 2009

IEE/07/827 Vzdělávání chemických podniků v odpovědnějším využívání energie

Projekt: Vydání: Datum:

CARE+ (Grant Agreement IEE/07/827) Výstup D9, součást pracovního balíčku 5 27. listopadu 2009

Výhradní odpovědnost za obsah této publikace nesou její autoři. Obsah nemusí být nutně v souladu s názory Evropského společenství. Evropská komise nenese zodpovědnost za jakékoli užití, které může vycházet z informací zde obsažených.

Osvědčené postupy pro zlepšení energetické účinnosti v malých a středních podnicích


Co je to CARE+ Mezinárodní chemický průmysl podporuje již mnoho let odpovědný přístup k životnímu prostředí jako součást svých všeobecných provozních povinností. Cefic, Evropská rada chemického průmyslu, byla od začátku nejvýznamnějším zástupcem odvětví při prosazování tohoto úsilí prostřednictvím iniciativy "Responsible Care". Projekt CARE+ je komplementární iniciativa se zaměřením na efektivní využívání energie ve velkém počtu malých a středních chemických podniků v celé Evropě. CARE+ má za cíl:     

vyvinout, otestovat a nabízet zvyšování energetické efektivity pro malé a střední podniky v rámci evropského chemického průmyslu; šířit informace o energeticky účinných technologiích a systémech hospodaření s energií pro malé a střední podniky (např. osvědčené postupy); prostřednictvím školení a auditů pomáhat malým a středním podnikům odhalovat rezervy v energetické efektivity a zvyšování finanční efektivity za pomoci nových postupů a technologií; rozvíjet speciální investiční programy s cílem usnadnit realizaci identifikovaných opatření v oblasti energetické efektivity u malých a středních podniků; zvýšit úroveň energetické efektivity tohoto odvětví.

Vysoké ceny energií a nelítostná globální konkurence jsou stimulem ke zvyšování energetické efektivity v chemickém průmyslu, protože cena energie představuje významnou část struktury nákladů chemického průmyslu. Nicméně, potenciál pro zvyšování energetické efektivity zde zůstává, a to zejména v malých a středních podnicích, kde spotřeba energie není vždy vnímána jako hlavní nákladový faktor, ani identifikována jako prioritní. Proto je tento projekt navržen tak, aby překlenul propast mezi realizovatelnou a současnou praxí. Iniciativa CARE+ je financována a podporována Evropskou komisí jako součást rámce "Inteligentní energie pro Evropu". Tato příručka tvoří spolu s "Osvědčenými postupy pro dsoažení energetické efektivity" nezbytnou součást CARE+ jako hlavní nástroj pro malé a střední podniky ke zlepšování energetické efektivity.



OBSAH ČÁST B.

Úvod: jak používat příručku „Osvědčené postupy pro dosažení energetické efektivity“. ....................................................................... 7

Osvědčený postup 1 Jak využívat program na hospodaření s energií ................................... 7 OP 1 1. Proč hospodařit s energií? ............................................................................................ 7 OP 1 2. Jak nastavit program hospodaření s energií ................................................................. 9 OP 1 2.1. Krok A: vstupní energetický průzkum ................................................................... 9 OP 1 2.2. Krok B: Plán hospodaření s energií .................................................................... 10 OP 1 2.3. Krok C: Úloha managementu podniku ................................................................ 10 OP 1 2.4. Krok D: nastavení programu hospodaření s energií ........................................... 10 OP 1 3. Jak pracovat s programem hospodaření s energií ...................................................... 11 OP 1 3.1. Úvod.................................................................................................................... 11 OP 1 3.2. Krok 1: Posouzení Hospodaření s energií .......................................................... 12 OP 1 3.3. Krok 2: Stanovení cílů pro úsporu energie ......................................................... 13 OP 1 3.4. Krok 3: Příprava akčního plánu .......................................................................... 15 OP 1 3.5. Krok 4: Realizace akčního plánu ........................................................................ 16 OP 1 3.6. Krok 5: Monitorování a hodnocení výsledků....................................................... 16 OP 1 3.7. Krok 6: Vyhodnocení a komunikace výsledků .................................................... 16 OP 1 3.8. Krok 7: Přezkum hospodaření s energií ............................................................. 17 OP 1 4. Další informace............................................................................................................ 17 OP 1 4.1. Vnitřní návratnost ................................................................................................ 17 OP 1 4.2. Literatura ............................................................................................................. 18 Osvědčený postup 2 Jak účtovat a analyzovat spotřebu energie .......................................... 19 OP 2 1. Úvod ............................................................................................................................ 19 OP 2 2. Důležitá data a údaje ................................................................................................... 19 OP 2 3. Analýza nákladů na energii ......................................................................................... 19 OP 2 4. Vyšší výhřevnost (HHV) a nižší výhřevnost (LHV) ...................................................... 19 OP 2 5. Účtování spotřeby energie .......................................................................................... 20 OP 2 6. Standardizace různých forem energie ........................................................................ 23 OP 2 7. Energetické převodní součinitele ................................................................................ 24 OP 2 7.1. Převody jednotek ................................................................................................ 24 OP 2 8. Co má být analyzováno a jak? .................................................................................... 26 OP 2 8.1. Úvod.................................................................................................................... 26 OP 2 8.2. Měrná spotřeba energie na jednotku finálního produktu nebo produktového mixu ........................................................................................................................... 26 OP 2 8.3. Měrná spotřeba energie ve vztahu k referenční hodnotě v referenčním roce ... 26 OP 2 8.4. Zátěžové profily k identifikaci špiček odběrů ...................................................... 27 OP 2 8.5. Spotřeba energie budov ve vztahu k venkovní teplotě ....................................... 28 OP 2 9. Další informace............................................................................................................ 28 OP 2 9.1. Literatura ............................................................................................................. 28 Osvědčený postup 3 Provozování energetického informačního systému ............................ 29 OP 3 1. Úvod ............................................................................................................................ 29 OP 3 1.1. Hledání optimálního řešení ................................................................................. 29 OP 3 2. Výstupy ........................................................................................................................ 29 OP 3 3. Prvky energetického informačního systému ............................................................... 29 OP 3 4. Nedílná součást systému řízení výroby....................................................................... 30 OP 3 5. Kvalita a sběr dat ......................................................................................................... 30 OP 3 6. Které údaje mají být monitorovány? ............................................................................ 30 OP 3 7. Další informace............................................................................................................ 30 Osvědčený postup 4 Jak zlepšit výrobu páry ........................................................................... 31 OP 4 1. Úvod ............................................................................................................................ 31 OP 4 2. Hraniční limity, měření a definice ................................................................................ 31 OP 4 3. Úspory energie v oblasti výroby a distribuce páry ....................................................... 32



OP 4 3.1. Tlak, teplota a výroba páry ................................................................................. 32 OP 4 3.2. Tepelné ztráty zásobníků kotlů ........................................................................... 33 OP 4 3.3. Spotřeba energie v kotelně ................................................................................. 36 OP 4 3.4. Ztráty vyzařováním ............................................................................................. 36 OP 4 3.5. Provoz odplyňovače ........................................................................................... 36 OP 4 3.6. Odkalování kotle ................................................................................................. 36 OP 4 3.7. Sání spalovacího vzduchu .................................................................................. 37 OP 4 3.8. Distribuce páry .................................................................................................... 37 OP 4 3.9. Recyklace kondenzátu ........................................................................................ 37 OP 4 3.10. Inspekce a oprava parních ventilů ...................................................................... 39 OP 4 3.11. Využívání parního systému na výrobu elektrické energie. ................................. 39 OP 4 3.12. Optimalizace vodního hospodářství ................................................................... 40 OP 4 4. Seznam doporučených opatření ................................................................................. 41 OP 4 5. Další informace............................................................................................................ 42 OP 4 5.1. Literatura ............................................................................................................. 42 Osvědčený postup 5 Jak ušetřit energii pří výrobě stlačeného vzduchu .............................. 43 OP 5 1. Úvod ............................................................................................................................ 43 OP 5 2. Posouzení aktuální výroby a použití stlačeného vzduchu .......................................... 43 OP 5 2.1. Blokový diagram s hlavními komponenty systému ............................................. 43 OP 5 2.2. Určení spotřeby stlačeného vzduchu a elektrické energie ................................. 43 OP 5 2.3. Vypracování tlakového profilu............................................................................. 44 OP 5 2.4. Přehled výroby stlačeného vzduchu ................................................................... 44 OP 5 2.5. Úniky a ztráty ...................................................................................................... 45 OP 5 3. Stanovení spotřeby energie a nákladů na výrobu stlačeného vzduchu ...................... 45 OP 5 4. Příležitosti ke snižování spotřeby stlačeného vzduchu ............................................... 46 OP 5 4.1. Alternativy k používání stlačeného vzduchu ....................................................... 46 OP 5 4.2. Efektivnější vzduchová technika ......................................................................... 46 OP 5 4.3. Optimalizace dodávky stlačeného vzduchu ........................................................ 47 OP 5 4.4. Optimalizace provozu vzduchových kompresorů ............................................... 47 OP 5 4.5. Pravidelný servis a údržba komponentů systému stlačeného vzduchu ............. 47 OP 5 5. Další možnosti úspory stlačeného vzduchu ................................................................ 48 OP 5 6. Seznam doporučených opatření ................................................................................. 48 OP 5 7. Další informace............................................................................................................ 49 OP 5 7.1. Literatura ............................................................................................................. 49 Osvědčený postup 6 Jak snížit energetickou náročnost budov ............................................. 50 OP 6 1. Úvod ............................................................................................................................ 50 OP 6 2. Měření a trendy spotřeby energie v budovách ............................................................ 50 OP 6 3. Ovlivňující faktory a indikátory výkonu ........................................................................ 50 OP 6 4. Měření teploty .............................................................................................................. 50 OP 6 5. Topení, větráni a klimatizace (HVAC - heating, ventilating, air-conditioning) ............. 52 OP 6 5.1. Definujte a pokud možno snižujte nároky ........................................................... 52 OP 6 5.2. Problematika údržby ........................................................................................... 53 OP 6 5.3. Optimalizace provozu ......................................................................................... 53 OP 6 5.4. Minimalizace úniku tepla ..................................................................................... 53 OP 6 5.5. Minimalizace výroby tepla ................................................................................... 53 OP 6 5.6. Rekuperace tepla a další možnosti úspory energie ........................................... 53 OP 6 6. Seznam doporučených opatření ................................................................................. 54 OP 6 7. Další informace............................................................................................................ 56 OP 6 7.1. Literatura ............................................................................................................. 56 Osvědčený postup 7 Jak zlepšit energetickou efektivitu motorů a pohonů ........................ 57 OP 7 1. Úvod ............................................................................................................................ 57 OP 7 2. Provozní charakteristiky střídavých elektrických motorů ............................................. 57 OP 7 3. Třídy účinnosti motorů a zásady jejich používání v EU ............................................... 57 OP 7 4. Správa motorů ............................................................................................................. 58 OP 7 4.1. Seznam motorů .................................................................................................. 58 OP 7 4.2. Spouštěcí profily ................................................................................................. 59



OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7 OP 7

5. Hlavní oblasti zvyšování energetické efektivity ........................................................... 59 5.1. Příklad pro motory třídy EFF1............................................................................. 59 6. Jak zlepšit efektivitu naddimenzovaných pohonných systémů ................................... 60 6.1. Výměna oběžných kol naddimenzovaných čerpadel ......................................... 60 6.2. Výměna velkých nebo poddimenzovaných motorů ............................................ 61 7. Technologie regulovaných pohonů ............................................................................. 61 7.1. Mechanické a hydraulické regulované pohony................................................... 61 7.2. Pohon s proměnnými otáčkami na bázi vířivých proudů .................................... 61 7.3. Více rychlostní motory ........................................................................................ 61 7.4. Invertory .............................................................................................................. 62 8. Výhody a možnosti regulovaných pohonů .................................................................. 63 8.1. Využití točivého momentu................................................................................... 63 8.2. Pumpy ................................................................................................................. 63 8.3. Vzduchové ventilátory ......................................................................................... 63 8.4. (Vzduchové) kompresory .................................................................................... 64 9. Další informace............................................................................................................ 65 9.1. Literatura ............................................................................................................. 65

Osvědčený postup 8 Jak zlepšit energetickou efektivitu výrobní jednotky .......................... 66 OP 8 1. Úvod ............................................................................................................................ 66 OP 8 2. Výrobní oblasti s potenciálem ke zlepšení energetické efektivity. .............................. 66 OP 8 2.1. Destilace ............................................................................................................. 66 OP 8 2.2. Odpařování ......................................................................................................... 66 OP 8 2.3. Sušení ................................................................................................................. 66 OP 8 3. Úspory energie s využitím membránové technologie ................................................. 67 OP 8 4. Zařízení na rekuperaci tepla ........................................................................................ 67 OP 8 5. Analýza rekuperace tepla ............................................................................................ 68 OP 8 5.1. Analýza minimálního tepelného příkonu a požadavky na výkon chlazení ........ 68 OP 8 6. Seznam doporučených opatření ................................................................................. 71 OP 8 7. Další informace............................................................................................................ 72 OP 8 7.1. Literatura ............................................................................................................. 72



ČÁST B.

Úvod: jak používat příručku „Osvědčené postupy pro dosažení energetické efektivity“.

Osvědčené postupy pro zlepšení energetické efektivity jsou součástí příručky „Energetická efektivita“ a má dvě hlavní části, které mohou být používány samostatně:  Průvodce samohodnocením energetické efektivity, který vás provede krok za krokem hodnocením energetické efektivity;  Osvědené postupy, které se zaměřují na klíčové oblasti energetické efektivity v chemickém průmyslu - malých a středních podnicích a popisuje nejlepší aplikace v rámci energetické efektivity v různých oblastech. Vzhledem k rozmanitosti chemického průmyslu se osvědčené postupy zaměřují na obecnější opatření v oblasti energetické efektivity, spíše než na velmi specifická opatření ke zlepšení procesů. Toto zaměření je důležité, protože významné úspory energie, lze dosáhnout prostřednictvím opatření na zvýšení energetické efektivity u procesů jako výroba páry a výroba stlačeného vzduchu, cílené sledování, zlepšení izolací a opatření pro průmyslové budovy, jako je osvětlení a kontrola proudění vzduchu. Osvědčené postupy (OP) pokrývají následující oblasti: OP 1

Jak využívat program na hospodaření s energií

OP 2

Jak účtovat a analyzovat spotřebu energie

OP 3

Provozování energetického informačního systému

OP 4

Jak zlepšit výrobu páry

OP 5

Jak ušetřit energii při výrobě stlačeného vzduchu

OP 6

Jak snížit energetickou náročnost budov

OP 7

Jak zlepšit energetickou efektivitu motorů a pohonů

OP 8

Jak zlepšit energetickou efektivitu výrobní jednotky

Osvědčený postup 1

OP 1

Jak využívat program na hospodaření s energií

1. Proč hospodařit s energií?

Program na hospodaření s energií znamená systematickou a trvalou pozornost využití energie s cílem zvýšit energetickou efektivitu a snížit náklady. Proto by měl být plně začleněn do podnikání každé společnosti a být nedílnou součást každodenního řízení provozu. Nejlepší způsob, jak toho dosáhnout, je zavést program na hospodaření s energií. To je také důvod, proč je první Osvědčený postup věnován této problematice. Tabulka 1 představuje program hospodaření s energií:  Korky A, B, C, a D zahrnují přípravné kroky programu;  Krok 1 až 7 popisují jak program používat.



OBRÁZEK 1.

KROKY PROGRAMU HOSPODAŘENÍ S ENERGIÍ

Zdroj: EPA EnergyStar

Step A: Initial Energy Survey Step B: Business Case Step C: Management Commitment

Initial activities to set up an Energy Management Programme

Step D: Set up Energy Management Programme

Step 1: Assess current En Man performance

Steps in working with an Energy Management Programme

Step 2: Set Targets Step 7: Re-assess En Man Programme

Step 3: Develop an Action Plan

Step 6: Recognize & communicate Achievements

Step 4: Implement Action Plan

Step 5: Monitor & Evaluate Achievements



OP 1

OBRÁZEK 2.

2. Jak nastavit program hospodaření s energií

PROGRAM HOSPODAŘENÍ S ENERGIÍ

Activities to set up an Energy Management Programme

Step A: Initial Energy Survey

Step B: Business Case

Step C: Management Commitment

Step D: Set up Energy Management Programme

Set up of first stage Energy Information System

OP 1 2.1. Krok A: vstupní energetický průzkum Počáteční průzkum energetické situace je velmi podobný samohodnocení energetické efektivity, které je navrženo v CARE+.       

současná úroveň energetického managementu ve firmě; současná úroveň měření, záznamů a analýzy energetických údajů (více informací k tématu v kapitole Osvědčený postup 3); současná úroveň kontroly nákladů na energie; hlavní spotřebiče energie a energeticky náročné procesy; efekty právních předpisů a zdanění energetických výdajů; aktuální energetické údaje za poslední období (alespoň tři roky); výrobní údaje ze současných a minulých let (tři roky je minimum).

Příručka samohodnocení obsahuje vzory kontrolních seznamů a tabulek pro snazší zvládnutí vstupního energetického průzkumu. S těmito údaji můžete udělat první odhad možných úspor energie, snížení nákladů a výchozí body programu hospodaření s energií ve firmě. Měli byste být schopni sledovat průběh spotřeby minimálně 80% nakoupené energie, kde, kdy a jak je využívána. Navíc by počáteční průzkum měl poskytnout dostatek informací k dalšímu kroku, zavádění programu hospodaření s energií. Na základě výsledků můžete posoudit, zda měření energie a měřící zařízení, které je v současné době instalováno, je dostačující ke spuštění programu hospodaření s energií (podrobnosti o požadavcích týkajících se získávání energetických dat, viz Osvědčený postup 3).



OP 1 2.2. Krok B: Plán hospodaření s energií Na základě informací ze vstupního energetického auditu a návrhu na realizaci programu hospodaření s energií je nutné do plánování zainteresovat management. Měli byste zkoumat následující témata:  odhad možných úspor energie a (následně) úspor nákladů vyplývající z programu hospodaření s energií;  návrh programu hospodaření s energií, který je vhodný pro vaši organizaci;  požadovány na organizační opatření pro práci a hospodaření s energií;  hodnotící nástroje a datová infrastruktura, která je potřebná pro úspěšnost programu;  odhad požadovaných investic a ročních nákladů na implementaci a práci s programem;  odhad ekonomické návratnosti tohoto investičního programu;  odhad časové linky na realizaci;  míra angažovanosti managementu při realizaci programu. OP 1 2.3. Krok C: Úloha managementu podniku O implementaci programu na hospodaření s energií rozhoduje management. Rozhodnutí by mělo zahrnovat:      

definice energetické politiky a jasná strategie na dosažení úspor energie; jmenování energetického manažera, který je zodpovědný za fungování systému hospodaření s energií. V další části najdete popis úlohy a povinností; posílení postavení lidí, kteří se podílejí na realizaci hospodaření s energií; zajištění finančních prostředků na realizaci a provoz programu hospodaření s energií; podpora kultury energetické efektivity ve společnosti; pravidelná hlášení a posuzování dosažených výsledků v oblasti energetické efektivity a agendy hospodaření s energií.

OP 1 2.4. Krok D: nastavení programu hospodaření s energií Dalším krokem je nastavení programu hospodaření s energií a vybudování nezbytné organizační struktury. V tomto procesu má klíčovou úlohu energetický manažer. Mezi jeho hlavní činnosti a odpovědnosti patří:               

koordinace a řízení programu hospodaření s energií; podpora povědomí o energetické efektivity v organizaci; rozvoj energetické politiky; posouzení potenciálních přínosů hospodaření s energií; vytvoření a vedení týmů na samohodnocení; zajištění zodpovědnosti a plnění závazků vedoucích manažerů v organizaci; rozvoj energetického informačního systému; koordinace identifikace příležitostí ke zlepšení; koordinace definování ukazatelů výkonnosti a stanovení cílů; zajištění zavádění dohodnutých zlepšení; školení klíčového personálu; sledování a vyhodnocování spotřeby energie; hlášení managementu; systém odměňování; optimalizace systému hospodaření s energií.



Energetický manažer musí navíc organizovat následující aktivity:     



definovat priority řízení spotřeby energie s cílem zajistit systematický přístup k úsporám energie; stanovit rozsah řízení úspor energie napříč organizací, tedy včetně zařízení, procesy nebo vybavení; stanovit role a odpovědnosti klíčových aktérů v organizaci týkající se problematiky hospodaření s energií; vytvořit první stupeň informačního systému energie (viz Osvědčený postup 3), který vychází ze struktury dat, která je v současné době k dispozici; po úvodní fázi je nutné systém v rámci akčního plánu krok za krokem zlepšovat (viz kroky 3 a 4). Informační systém by měl poskytovat přesné a konzistentní informace umožňující spolehlivé řízení spotřeby a nákladů na energii. Měl by rovněž poskytovat analýzy výsledků energetické náročnosti; je třeba definovat časovou osu, detailní plánování a zdroje potřebné k provádění programu energetického řízení.

OP 1

3. Jak pracovat s programem hospodaření s energií

OP 1 3.1. Úvod Jakmile je program hospodaření s energií nastaven, bude nutné navázat dalšími činnostmi, stanovením cílů a vypracováním akčního plánu. Bude nutné sledovat a vyhodnocovat aktivity v oblasti energetické efektivity, komunikovat dosažené výsledky a optimalizovat cíle. Následující postup ukazuje, jak pracovat s programem řízení spotřeby energie na každodenní bázi. OBRÁZEK 3.

POSTUP PŘI ŘÍZENÍ SPOTŘEBY ENERGIE Steps in working with an advanced EnergyManagementProgramme

Step 1: Assess current En Man performance

Step 2: Set Targets

Step 7: Re-assess En Man Programme

Step 3: Develop an Action Plan

Step 6: Recognize & communicate Achievements

Step 4: Implement Action Plan

Step 5: Monitor & Evaluate Achievements


Extend the Energy Information System


OP 1 3.2. Krok 1: Posouzení Hospodaření s energií Vaším prvním krokem při hospodaření s energií je získání podrobnější o současném využívání energií a vývoj smysluplných ukazatelů energetické náročnosti.

znalostí

A) Sběr dat z aktuálního využití a nákladů na energie Sběr dat by měl poskytnout podrobné informace o tom, kde, kdy a jak se energie využívá. Měl by rovněž poskytovat informace o nákladech na energii. Sběr dat by měl být proveden ve formě energetického samohodnocení. Příručka nabízí návod, jak takový energetický audit realizovat a obsahuje detailní seznam položek, které byste měli prozkoumat. Jako minimum byste měli shromažďovat tyto informace: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

současná úroveň hospodaření s energií ve firmě; současná úroveň měření, zaznamenávání a analýzy energetických údajů; současná úroveň kontroly vyúčtování nákladů na energie; hlavní spotřebiče a energeticky náročné výrobní procesy; účinky právních předpisů a zdanění na energetiku; aktuální energetické údaje nejméně za poslední 3 roky; výrobní ukazatele za poslední 3 roky; všechny energetické vstupy (elektřina, pohonné hmoty, atd.) na měsíční bázi; veškerá energie pocházející z transformace energie (vlastní výroba elektřiny, páry, horké vody, atd.) na měsíční bázi; energie z hlavních procesů a zařízení na měsíční bázi; spotřeba energie ve špičkách; výrobní data a provozní hodiny hlavních zařízení a procesů na měsíční bázi; údaje využití výrobních a provozních zařízení jako jsou vzduchové kompresory, chladicí zařízení, chladicí věže, atd. na měsíční bázi; další faktory ovlivňující spotřebu energie, jako například okolní teploty.

B) Definice ukazatelů energetické náročnosti Monitorování a účtování pouze absolutní hodnoty spotřeby energie a nákladů na energii má pro program hospodaření s energií jen omezený význam. Spotřeba energie a náklady by měly být vždy dávány do souvislosti s hlavními faktory, které mají spotřebu energie vliv. MĚRNÁ SPOTŘEBA ENERGIE JAKO INDIKÁTOR VÝKONU Year Gas consumption Production volume Specific gas consumption

m3x1000/a tonnes/a m3/tonne prod

2005 4990 81000 61.6

2006 4790 75000 63.9

2007 4690 70000 67.0

2008 5200 85000 61.2

Z tabulky je vidět, že měrná spotřeba plynu je nižší s vyšším objemem výroby, takže energetická efektivita se zvyšuje s vyšším objemem výroby. Obrázek 4 ukazuje specifickou spotřebu plynu ve vztahu k objemu výroby.



OBRÁZEK 4. VZTAH MEZI SPECIFICKOU SPOTŘEBOU PLYNU A OBJEMEM VÝROBY Gas consumption per tonne of product 68

spec gas consumption (m3/tonne)

67 66 65 64 63 62 61 60 65000

70000

75000

80000

85000

90000

annual production (tonnes)

Je vhodné, kromě přímočarého sledování spotřeby energie, rozvíjet smysluplné ukazatele energetické náročnosti. Ty by měly být v souladu s rozsahem a prioritami programu řízení spotřeby energie. Musíte ovšem vědět, jaké faktory ovlivňují spotřebu energie a jaké jsou vztahy mezi různými částmi výrobních jednotek. Přehled nejčastěji používaných ukazatelů výkonnosti:  celková spotřeba energie (energie na jednotku výrobku nebo produktového mixu) na měsíční bázi;  měrná spotřeba energie hlavních spotřebičů energie na měsíční bázi;  odběrové křivky a spotřeba velkých spotřebičů ve špičkách;  spotřeba energie na vytápění, větrání a klimatizaci budov. C) Trendy spotřeby Ukazatele výkonnosti umožňují provádění hlubších analýz energetické efektivity. Na začátku je nutné definovat referenční rok a referenční hodnoty výkonnostních ukazatelů. Na základě historického referenčního bodu můžete snadno určit trend budoucích zlepšení. Referenční rok je rokem, ve kterém jste začali s realizací programu hospodaření s energií. OP 1 3.3. Krok 2: Stanovení cílů pro úsporu energie Chcete-li definovat realistické cíle, musíte odhadnout rozsah úspor energie:  Odhadněte potenciál pro zlepšení energetické efektivity v různých oblastech závodu;  Zjistěte, jaká technická zlepšení jsou možná na současných zařízeních a vybavení. Seznamte se s dalšími osvědčenými postupy;  Zvažte brainstorming s různými odděleními a lidmi v organizaci, zjistěte, jak mohou přispět k realizaci úspor energie;  Zkontrolujte, zda váš energetický informační systém je schopen poskytnout potřebné informace a analýzy. A) Cíle dobrého hospodaření Týkají se opatření, která se zaměřují na využití a provoz stávajících zařízení tak efektivně, jak je to možné. Patří sem také zlepšení nákupů a kontrola nákladů na energie.



MĚŘÍTKA DOBRÉHO HOSPODAŘENÍ

Oblast

Popis

Obecné

Na výrobních a energetických zařízeních je prováděna pravidelná údržba a postupy údržby jsou popsány v příručkách údržby Pravidelná kontrola výrobního procesu a nastavení výrobních zařízení. Kontroly spotřeby energie. Kontrola odběrových křivek s cílem zajistit stabilní odběr energie. Optimalizace dávkových výrobních procesů z pohledu dodávek a nákupu energii a kontroly nákladů při zvyšování energetické náročnosti. Kotle jsou kontrolovány a pravidelně servisovány nejméně jednou ročně. Nastaven správný režim preventivních kontrol a údržby podle typu kotle a druhu paliva, hořáků, řízení hořáků, vedení spalin, vody a páry. Tlak páry v kotli je nastaven na minimální úroveň přijatelnou pro rozvod páry ke spotřebičům. Spotřeba páry na maximální úrovni (pravidelná i nepravidelná) je pečlivě analyzována a je jí předcházeno tam, kde je to možné. Účinnost kotle je vykazována na měsíční bázi. Pokud více, než jeden kotel pracuje paralelně, pak se řízení zátěže provádí za účelem optimalizace celkové účinnosti. Komínové ztráty kotle jsou minimalizovány snižováním přebytku spalovacího vzduchu na minimální požadovanou úroveň (s dostatečnou rezervou O2 ve spalinách z kotle). Spalovací zabezpečovací systém je v souladu s bezpečnostními normami a je pravidelně testován, aby umožňoval optimální kontrolu minimálního přebytku spalovacího vzduchu. Izolace kotle, potrubí a ventily (odnímatelné izolace) jsou v dobrém stavu. Chemická úprava vody v kotli a kondenzátu je na takové úrovni, by se zabránilo korozi, usazování a nutnost čištění byla minimální. Odvzdušňovací tlak je nastaven na minimální přijatelnou úroveň pro odstranění nekondenzovatelných plynů z napájecí vody kotle. Fungování odplyňovače je pravidelně kontrolováno. Odvodnění parní distribuční soustavy je správně nainstalováno a fungování parních pastí je pravidelně kontrolováno. Kontrola úniku páry a opravy všech úniků. Pravidelné inspekce a opravy izolace potrubí. Pravidelná kontrola výměníku tepla, v případě potřeby čištění usazenin a znečištění.

Procesy

Pára

Stlačený vzduch

Chlazení

Těsnost systému je pravidelně kontrolována a úniky jsou opraveny. Nedochází ke zbytečné spotřebě stlačeného vzduchu, existuje kontrolní seznam uživatelů. Opotřebovaná vzduchová zařízení (například trysky) jsou vyměněny. Tlak v systému je nastaven na minimální úroveň s ohledem na profil spotřeby a objem tlakových nádob. Omezování nutnosti zvyšování tlaku kvůli malým spotřebičům tak, aby byl tlak v systému nižší. Kapacita tlakových nádob se kontroluje v závislosti na profilu spotřeby tak, aby spotřeba kompresoru byla optimální. Je vyráběn suchý stlačený vzduch bez oleje. Vysoušeče jsou nastaveny na příslušnou hodnotu rosného bodu, aby bylo dosaženo požadované kvality vzduchu. Tlak a objem vzduchu se měří. Spotřeba kompresoru a vzduchu se měří ve vztahu k produkovanému stlačenému vzduchu. Optimální řízení zátěže při provozu více kompresorů. Zkoumání možností využití chladící energie kompresoru. Zařízení na stlačený vzduch je pravidelně servisováno s pravidelnou výměnou filtrů. Chladicí jednotky pracují se správně nastavenou teplotou. Chladicí systém je pravidelně kontrolován na těsnost a případné netěsnosti jsou opraveny. Chladicí systém je pravidelně servisován. Výparníky jsou pravidelně odmrazovány.



Topení, větrání, klimatizace a osvětlení

Motory a pohony

Kondenzátory jsou udržovány v čistotě. Izolace potrubí je udržována v dobrém stavu. Ohřívače/ kotle jsou kontrolovány a pravidelně udržovány (nejméně jednou ročně). Je zajištěna pravidelná údržba zařízení. Například, ventilátory a vzduchové kanály jsou vyčištěny a filtry pravidelně měněny. Výparníky a kondenzátory klimatizačních jednotek, jsou čisté a dobře udržované. Kde je to vhodné, jsou na radiátorech namontované termostatické ventily. Jsou stanoveny minimální požadavky na vytápění jednotlivých částí budov a pokojové termostaty pracují se správně nastavenými body pro kontrolu klimatu (topení, chlazení, zvlhčování). Klimatizační jednotky pracují se správně nastavenými body, simultánní topení a chlazení je vyloučeno. Jsou zvažována opatření na úsporu energie, jako jsou izolace nebo venkovní zastínění. Nadbytečné topné prvky jsou uzavřeny. Rozbitá okna jsou opravena a okna s vlhkostí mezi skly jsou vyměněna. Osvětlení, které není potřeba, je vypnuto. Čidla detekce pohybu slouží k rozsvěcení a vypínání světel. V případě potřeby výměna standardních wolframových žárovek za účinnější kompaktní fluorescenční zářivky. Vysokofrekvenční zářivkové osvětlení je instalováno tam, kde je to vhodné. Vnější osvětlení funguje pouze za tmy. Vnější osvětlení na bezobslužných místech je využíváno na minimum, vhodná instalace pohybových čidel k zapnutí těchto světel. Instalace spínačů a rozdělní světelných těles na zónové osvětlení. Ventilátory, čerpadla, atd. jsou vypnuty, když nejsou potřeba. Použití měkkých startérů u často spouštěných zařízení, aby se zabránilo zbytečným energetickým špičkám. Ověření možnosti instalace vysoce účinných elektrických motorů. Frekvenční regulace elektromotorů při provozu v částečném zatížení pro zajištění úspory energie.

B) Návratnost Průvodce samohodnocením vám pomůže stanovit priority zajištění návratnosti, ale zaměřuje se pouze na dobu návratnosti. V případě, že chcete použít jako ukazatel návratnosti vnitřní výnosové procento (IRR), jeho výpočet najdete na konci této části. Zlepšení doby návratnosti může zahrnovat:  zlepšení účinnosti kotle instalací ekonomizéru;  montáž energeticky účinných motorů na klíčová zařízení. C) Strategické cíle Tato kategorie může zahrnovat:  Zlepšení celkové účinnosti instalací systému návratu kondenzátu;  Instalace kombinované výroby tepla a elektřiny. OP 1 3.4. Krok 3: Příprava akčního plánu Dalším krokem je realizace konkrétních opatření. Každý cíl by měl být doplněn seznamem akcí, které vedou k cíli. Činnosti by měly být zdokumentovány v akčním plánu. To vám umožní sledování a vyhodnocení činností v pozdější fázi a aktualizaci akčního plánu. Akční plán by měl obsahovat následující informace:  všeobecné energetické cíle a cíle, jichž má být dosaženo;  současná spotřeba energie společnosti;



     

referenční hodnoty ukazatelů výkonnosti; seznam všech plánovaných akcí a činností, které jsou součástí akčního plánu, s rolemi a povinnostmi, pokud jde o její realizaci; stručný popis každé akce se souvisejícími rozpočty a časovým horizontem pro realizaci; akce, které jsou naplánovány pro zlepšení nákupu energie; akce, které jsou plánovány pro školení personálu; studie a šetření, které jsou naplánovány ohledně dalších technických a technologických opatření.

OP 1 3.5. Krok 4: Realizace akčního plánu Po schválení akčního plánu může začít práce na projektech. Energetický manažer dohlíží na průběh plánovaných akcí a úkolů, podává pravidelné zprávy o realizaci. Kromě toho koordinuje tyto činnosti:  prosazuje zavádění energetické efektivity a šíření povědomí v organizaci;  seskupuje klíčové zaměstnance v oblasti energetické efektivity;  poskytuje informace o energetické efektivity a řízení klíčových procesů;  sledování vývoje akčního plánu na měsíční bázi;  sleduje klíčová data a ukazatele výkonnosti v požadovaných intervalech;  spoluvytváří nákupní politiku v oblasti energetiky. OP 1 3.6. Krok 5: Monitorování a hodnocení výsledků Monitoring a vyhodnocení se skládá z následujících kroků:  pravidelná analýza skutečného využití energie v závodě, například kontrolou spotřeby energie formou kontrol na místě;  vyhodnocení výsledků energetických opatření a fungování akčního plánu;  formální přezkum kvality stanovených cílů jednou za rok. Vývoj plnění akčního plánu je pravidelně monitorován na měsíční bázi zejména v těchto ohledech:  posoudit efektivitu akčního plánu (co se osvědčilo a co ne);  zaznamenávat osvědčené postupy, které mohou být sdíleny v celé organizaci;  učinit potřebná nápravná opatření;  získat zpětnou vazbu od klíčových zaměstnanců, kteří se účastní těchto akcí. Formální přezkoumání dosažených výsledků v oblasti energetické efektivity začíná analýzou naměřených výsledků. Analýza by měla poskytnout alespoň tyto výsledky:  měsíční trendy spotřeby a nákupu energie;  trendy ve vývoji ukazatelů energetické náročnosti;  důvody používání variabilní energie;  evidence úspěchů ve vztahu k cílům;  informace o spotřebě energie u hlavních spotřebičů;  kontrola výdajů na energii. Energetický manažer podá zprávu obsahující všechny relevantní informace z ročního hodnocení. Zpráva bude sloužit pro:  Budoucí rozhodnutí týkající se energetických projektů;  Stanovení nových cílů;  Aktualizace akčního plánu;  Doporučení ke zlepšení programu řízení energie. OP 1 3.7. Krok 6: Vyhodnocení a komunikace výsledků Zdůrazňování úspěchů má velký význam pro udržení kontinuálního procesu hospodaření s energií. Oceňováni mohou být v rámci organizace jednotlivci, týmy i management. Hospodaření s energií můžete využít také jako marketingový nástroj. Jakmile program hospodaření s energií dosáhne



přiměřené úrovně kultivovanosti, může být užitečné usilovat také o uznání od kvalifikovaných třetích stran. OP 1 3.8. Krok 7: Přezkum hospodaření s energií Energetický manažer vyhodnocuje spolu se svým týmem, program hospodaření s energií jednou ročně. Toto hodnocení zahrnuje přezkum a změnu energetické politiky a cílů, přezkum postupů na řízení energie, analýzu nástrojů a formáty zpráv, a v neposlední řadě, opětovné potvrzení závazku managementu jako základ pro nové kolo akcí na zajištění úspor energie.

OP 1

4. Další informace

Osvědčený postup - Program hospodaření s energií Tento program vyvinula jedna ze společností účastnících se programu CARE+. Nabízí správnou organizační strukturu a dlouhodobé plánování energetické efektivity.

PROGRAM HOSPODAŘENÍ S ENERGIÍ 1. Cíle a rozsah programu  Cíl – ne méně, než 6% úspor energie v příštích 3 letech  Rozsah – všechny druhy energie a nejvýznamnější spotřebiče 2. Organizační struktura  Zřízení funkce a role Energetického manažera  Definice rolí a úkolů pro další členy týmy programu 3. Akční plán Cíl: 6-7 % úspor energie do roku 2012: úspory energie in 2010 – 1,5%; úspory energie in 2011 – 2,0%; úspory energie in 2012 – 2,5%.

OP 1 4.1. Vnitřní návratnost V průvodci samohodnocení budeme používat jako součást zhodnocení dobu návratnosti, která je dalším důležitým faktorem při stanovování priorit realizace energeticky úsporných opatření. Srovnává ziskovost různých investičních projektů. Analyzovat peněžní toky v čase. Z tohoto důvodu je třeba sledovat posloupnost peněžních toků, včetně počáteční investice. Vzorový příklad: Year 1 Initial Investment Savings Total Cash Flow Internal rate of return

-3000 650 -2350

Year 2 650 550

Year 3 650 550

Year 4 650 550

Year 5 650 550

Year 6 650 550

14.1%


Year 7 650 550

Year 8 650 550


Použitý vzorec:

období, cash flow = n, CN, kde n je celé kladné číslo, celkový počet období N, a čistá současná hodnota NPV vnitřní míra návratnosti je dána r:

Excel vám nabízí jednoduchý nástroj na výpočet míry návratnosti, stačí zadat údaje, jak je uvedeno výše, a použít funkci "IRR" z nástrojů finančního výpočtu. OP 1 4.2. Literatura 1. Energy Management Fact Sheet, Carbon Trust publication GIL136 www.carbontrust.co.uk 2. Practical energy management, Carbon Trust publication CTV023, www.carbontrust.co.uk 3. Guideline for energy management, EPA EnergyStar publication, www.energystar.gov/index 4. Step by step guidance for the implementation of energy management, handbook Bess Project, www.bess-project.info 5. The European standard EN 16001.2009 – Energy Management Systems – requirements with guidance for use http://www.cen.eu



Osvědčený postup 2 OP 2

Jak účtovat a analyzovat spotřebu energie

1. Úvod

Informace o tom, kde a jak se energie používá, jsou pro řízení spotřeby energie nezbytné. Informace lze získat prostřednictvím pravidelných analýz využívání a nákladů na energii. Analýzy poskytují také údaje o výší dosažených úspor a době trvání. Analýza spotřeby energie by se neměla zabývat pouze prostou spotřebou energie, ale také vlivovými faktory.

OP 2

2. Důležitá data a údaje

Údaje o energii, které by měly být měřeny a zaznamenány jsou:  veškeré energetické vstupy za měsíc (elektřina, pohonné hmoty, apod.);  měsíční faktury za energie od dodavatelů;  přeměna energie (výroba vlastní elektřiny, pára, horká voda, atd.);  měsíční spotřeba energie hlavních procesů a zařízení;  údaje o spotřebě ve špičce (během příslušného časového intervalu);  měsíční údaje o výrobě, provozu technologických zařízení a největších strojů, jako jsou vzduchové kompresory, chladicí jednotky, chladící věže, atd.;  další faktory, které ovlivňují spotřebu energie, jako je například okolní teplota.

OP 2

3. Analýza nákladů na energii

Faktury za energie, zejména za elektřinu a plyn, obsahují důležité informace pro analýzu spotřeby energie. Například objem zemního plynu je měřen při průchodu měřičem. Pro výpočet vstupní energie je nutné znát kvalitu plynu. Zejména u zemního plynu je nutné brát v úvahu rozdíl mezi horní výhřevností (spalným teplem) a dolní výhřevnosti (výhřevností), LHV je asi o 10% nižší než HHV. Je důležité mít tyto informace od dodavatele. Totéž platí i pro jiná paliva, jako je topný olej nebo uhlí. Kontrolujte, zda se množství odebraného zemního plynu a elektřiny pohybuje v rámci smluvních omezení, aby nedošlo k sankcím.

OP 2

4. Vyšší výhřevnost (HHV) a nižší výhřevnost (LHV)

Energetický obsah paliv může být vyjádřen horní výhřevnosti (také nazývané spalné teplo) nebo spodní výhřevnosti (výhřevnosti), první bere rovněž v úvahu kondenzační teplo vytvořené z H2O při spalování uhlovodíků. Za normálních okolností je tepelný obsah paliv definován výhřevností. Energetický obsah zemního plynu je obvykle specifikován v MWh HHV. Rozdíl u zemního plynu je přibližně 10% (1 MWh HHV = 0,9 MWh LHV). Kromě toho jsou tržní ceny uvedeny v €/ MWh HHV, zatímco odečty jsou v Nm3 (tedy měření průtoku s korekcí tlaku a teploty na m3). Je doporučeno provádět všechny výpočty energie na bázi výhřevnosti. Tabulka 5 uvádí požadované konverzní faktory pro zemní plyn. HHV TO LHV CONVERSION FACTORS

From HHV 1 MWh 1 GJ

To LHV 0.9 MWh 3.24 GJ 0.9 GJ



OP 2

5. Účtování spotřeby energie

Jako základ pro všechny analýzy je nutná přinejmenším měsíční energetická bilance spotřeby energie. Bilance by měla obsahovat přehled všech nakoupených energií, a to kde jsou využívány, včetně energetických konverzí. To vám umožní identifikovat trendy hlavních spotřebičů v systému. Obrázek 5 znázorňuje zjednodušené schéma měsíční spotřeby energie středně velké chemické společnosti. Na základě měsíčních dat a hodin provozu lze vypočítat průtoky za hodinu. Pokud nejste schopni udělat detailnější členění, můžete použít měsíční údaje. OBRÁZEK 5.

SCHEMA PRŮTOKU ENERGIÍ

Process A

3 MWh

Process B

4 tonne/h

15 tonne/h

1 MWh 5.0 MWh

electricity Other users on site

2 tonne/h

Boiler house 0.5 MWh

25

0.5 MWh Other users on site

tonne/h gas

2020 m3/h

Účetnictví energií je ilustrováno v tabulkách 6 a 7 FINANČÍ ÚDAJE ZA MĚSÍC Monthly Financial Data Total Production Energy Costs

January February March April May June July August September October November December Total

Tonnes 27,000 28,000 28,000 28,000 27,000 25,000 12,000 20,000 25,000 26,000 27,000 20,000 293,000

€ € 140,912 € 141,224 € 140,424 € 148,102 € 147,900 € 153,071 € 128,255 € 130,546 € 134,016 € 134,576 € 140,736 € 125,645 € 1,665,407

Total Production Sales Revenues Costs € € € € € € € € € € € € €

€ 1,160,000 1,130,000 1,140,000 1,190,000 1,090,000 1,000,000 750,000 1,000,000 1,100,000 1,050,000 1,150,000 900,000 12,660,000

€ € € € € € € € € € € € €

€ 1,000,000 1,750,000 1,500,000 1,500,000 1,000,000 1,000,000 900,000 1,500,000 2,000,000 1,500,000 1,000,000 750,000 15,400,000

Gross Profit

Return on Sales

Energy Cost / Total Costs

€ -€ 160,000 € 620,000 € 360,000 € 310,000 -€ 90,000 € € 150,000 € 500,000 € 900,000 € 450,000 -€ 150,000 -€ 150,000 € 2,740,000

% -16.0% 35.4% 24.0% 20.7% -9.0% 0.0% 16.7% 33.3% 45.0% 30.0% -15.0% -20.0% 17.8%

% 12.1% 12.5% 12.3% 12.4% 13.6% 15.3% 17.1% 13.1% 12.2% 12.8% 12.2% 14.0% 13.2%

Source: CARE+ SAG Excel Sheets


Energy Costs / Tonne of Production € € 5.22 € 5.04 € 5.02 € 5.29 € 5.48 € 6.12 € 10.69 € 6.53 € 5.36 € 5.18 € 5.21 € 6.28 € 5.68


MĚSÍČNÍ VYÚČTOVÁNÍ NÁKUPU ENERGIE - ELEKTŘINA Monthly Purchased Energy Quantities Electricity

Quantity Peak Demand (MWh) (MWe) January 402 0.94 February 410 0.94 March 408 0.95 April 399 0.90 May 380 0.90 June 382 0.90 July 225 0.88 August 350 0.89 September 388 0.91 October 396 0.93 November 410 0.94 December 325 0.95 Total 4475 Source: CARE+ SAG Excel Sheets

Unit Cost (Euro/ MWh) € 42.00 € 42.00 € 40.00 € 48.00 € 50.00 € 45.00 € 43.00 € 48.00 € 52.00 € 52.00 € 53.00 € 56.00 € 47.58

Total Other Charges (Euro) € 1,500 € 1,500 € 1,600 € 1,400 € 1,400 € 1,400 € 1,350 € 1,350 € 1,400 € 1,500 € 1,500 € 1,600 € 17,500

CO2 Emissions (Tonnes) 251.99 257.01 255.75 250.11 238.20 239.46 141.04 219.40 243.22 248.23 257.01 203.73 2805.15

Total Cost (Euro) € 18,384 € 18,720 € 17,920 € 20,552 € 20,400 € 18,590 € 11,025 € 18,150 € 21,576 € 22,092 € 23,230 € 19,800 € 230,439

Dalším krokem je započtení přeměňované energie, například ve formě tepla nebo teplé vody. Tabulka 8 ukazuje množství přeměněné energie. OBJEMY PŘEMĚŇOVANÉ ENERGIE – PŘÍKLAD PARNÍHO KOTLE STEAM BOILER 2 Calculated Steam (if not specified) Steam Tonnes January February March April May June July August September October November December Total

0

Enthalpy

Tonnes 3,577 2,981 3,577 2,981 2,981 2,981 1,192 2,385 3,577 2,981 2,981 2,981 35,177

MJ 9,178,333 7,648,611 9,178,333 7,648,611 7,648,611 7,648,611 3,059,444 6,118,889 9,178,333 7,648,611 7,648,611 7,648,611 90,253,612

Heat

Fuel Quantity MWh 2,549.54 2,124.61 2,549.54 2,124.61 2,124.61 2,124.61 849.85 1,699.69 2,549.54 2,124.61 2,124.61 2,124.61 25,070.45

Nm3

300,000 250,000 300,000 250,000 250,000 250,000 100,000 200,000 300,000 250,000 250,000 250,000 2,950,000

MWh 3,109.19 2,590.99 3,109.19 2,590.99 2,590.99 2,590.99 1,036.40 2,072.79 3,109.19 2,590.99 2,590.99 2,590.99 30,573.72

Boiler Efficiency % 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00% 82.00%

Total Steam Cost

€ € € € € € € € € € € € €

€ 70,250 58,542 70,250 58,542 58,542 58,542 23,417 46,833 70,250 58,542 58,542 58,542 690,792

Steam Cost per Tonne € N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A

Source: CARE+ SAG Excel Sheets

Dalším krokem je sečíst zakoupené a přeměněné energie, včetně údajů o produktivitě a dalších ovlivňujících faktorech (viz tabulka 9).



MĚSÍČNÍ VYÚČTOVÁNÍ SPOTŘEBY ENERGIE Data sheet

Monthly accounting of on site energy use

Year Month Production:

2009 Febr Unit 15000 tonnes 2000 tonnes

Product A Product B Ambient conditions Degree days Average ambient temp

250 o 3 C Total use

Electricity Natural gas Gas Oil Steam Condensate return

Unit 1

Unit 2

Unit 3

Unit 4

Balance In/Out

Unit e.g tonnes

In

Out 15000

In

Out 2000

In

Out

In

Out

2000

MWh el

500

0

600

0

200

0

500

0

200

10.0

1100 39270 0 0 14000 35000 8000 3600

3

0 0 0 0.0 7000 17500

0 0

380 13566 0 0.0 5000 12500

0 0

720 25704 0 0.0

0 0

0 0 0 0.0 1000 2500

0 0

0 0 0 0 1000 2500 0 0

0.0 0.0 0.0 0.0 7.1 7.1 0.0 0.0

Production

Nm x 1000 GJ LHV litres GJ LHV tonnes 2) GJ sec m3 GJ sec 3)

6000 2700

14000 35000 2000 900

8000 3600

0 0

%

Množství energie jsou uvedena v obou měřených jednotkách (tj. t, Nm3, atd.), a v GJ energetického obsahu. Různá množství energie nemohou být jednoduše sečtena proto, že jejich kvalita se liší. Rozlišuje se:  primární energie, to jsou všechna paliva;  sekundární energie, tj. energie přeměněná z paliv;  chcete-li srovnávat sekundární formy energie. Musíte je konvertovat na odpovídající primární energii. Posledním krokem ve vyúčtování je přehled všech energetických veličin vyjádřených v ekvivalentu primární energie. To je znázorněno v tabulce 10.

VSTUPNÍ VYÚČTOVÁNÍ ENERGIE Data sheet

Monthly on site energy use as primary energy equivalents (Unit = GJ LHV)

Year Month

2009 Febr

Production:

Unit Product A Product B

15000 2000

Ambient conditions Degree days Average ambient temp

250 o 3 C Total Site In Out

Total use

In

Unit 1 Out 15000

In

Out 2000

In

Out

In

Out

Production ( e.g. tonnes)

Unit 2

Unit 3

Unit 4

Remark

Electricity

18000

18000

4500

0

5400

0

1800

0

4500

0

Natural gas

39270

39270

0

0

13566

0

25704

0

0

0

0

0

0

Steam

38889

19444

Condensate return

4000

Gas Oil

Total

57270

0 13889 3000

23944

0

3000

32855

0 38889

1000

4000

1000

31504

1)

2778

2) 0

38889

Poznámka: 1) a 2) viz také bod 2.6


7278

0

2)


OP 2

6. Standardizace různých forem energie

Energie je rozdělena do dvou skupin:  

paliva jako primárních forma energie; různé užitečné energie, jako jsou elektřina a teplo, jsou sekundární formy energie.

Tyto formy energie nejsou všechny přímo srovnatelné, protože jejich kvalita i cena jsou rozdílné. Například, 1 kWh elektřiny stojí € 0,10 kWh a 1 kWh páry stojí € 0,02 na kWh. Hlavním důvodem tohoto rozdílu je množství primární energie, která je zapotřebí k výrobě různých forem sekundární energie, jako je elektřina a pára. Obrázek 5 v kapitole 5 ukazuje, jak to funguje. Příkladem je energetický vstup pro závod s centrální kotelnou a dvěma hlavními technologickými skupinami. Základní schéma zobrazuje množství primární energie a rozdělení sekundární energie. Tyto energetické toky v jejich původní podobě jsou prezentovány ve formě shrnutí v tabulce 11. SPOTŘEBA ENERGIE ZA HODINU

Measured energy flows per hour: Energy Unit Purchase Form Nm3/h Gas Electricity MWh Steam tonnes/h

2020 5.0

Boiler house in 2020 0.5

out

Process A in

Process B in

Other users in

22

3 4

1 15

0.5 2

V těchto jednotkách nejsou množství energie srovnatelná, průtok páry, je stále v t/ h. Pro výpočet tepelného obsahu vodní páry, kondenzátu a teplé vody, musíte znát teplotu a tlak těchto toků. Potom můžete vypočítat hodnotu entalpie (jako kJ/ kg = MJ/ tunu). Tyto údaje lze nalézt v SI-jednotkách, ve vlastnostech vody a vodní páry, zdroj: Ernst Schmidt, Springer-Verlag. Pokud znáte hodnoty entalpie, můžete vypočítat tepelný obsah páry v GJ (v tomto příkladu je entalpie 1 tuny páry 2800 MJ). Místo GJ můžete pro vyjádření obsahu tepla použít MWh, pokud budete postupovat stejně i v případě dalších energií. Tabulka 12 udává množství energie v GJ (primární a sekundární), týkající se každého toku energie z tabulky 11. ENERGETICKÉ TOKY V BĚŽNÝCH JEDNOTKÁCH Energy quantity per hour: Energy Purchase Form Nm3/h Gas Gas GJ/h Electricity MWh GJ el/h Steam tonnes/h GJ steam/h 1

2020 72.1 5.0 18.0 0.0

1

Boiler house in 2020 72.1 0.5 1.8 73.9

out

22 61.6

Process A in

3.0 10.8 4 11.2

Process B in

1.0 3.6 15 42.0

3

Other users in

0.5 1.8 2 5.6

U zemního plynu je obsah energie udáván v MJ/ Nm a závisí na kvalitě zemního plynu. Vyžádejte si specifikaci tepelného obsahu paliva u dodavatele. V tomto případě je entalpie páry 2800 MJ/ t.



Tabulka 13 uvádí energetická množství jako ekvivalent primární energie v GJ. Pohonné hmoty jsou primární zdroje energie; jediný přepočet nezbytný je z Nm3 na energii v GJ. Kromě toho je elektrická energie převedena na primární energii v GJ, za předpokladu 40% účinnosti. Pára je převedena na primární energii v GJ, za předpokladu 90% účinnosti (viz tabulka 14 konverzních faktorů). ENERGETICKÉ TOKY V BĚŽNÝCH JEDNOTKÁCH Energy quantities per hour in equivalent primary: Energy Purchase Boiler house Form in out Gas GJprim/h 72.1 72.1 Electricity GJprim/h 45.0 4.5 Steam GJprim/h 68.4 Total GJprim/h 117.1 76.6 68.4

Process A in 27.0 12.4 39.4

Process B in 9.0 46.7 55.7

Other users in 4.5 6.2 10.7

Výsledkem je, že energetické toky mohou být nyní vyjádřeny jako primární energie a použity pro stanovování cílů a analýzu využívání energie. Konverzní faktory, které byly použity pro převod sekundární energie na primární energii, jsou shrnuty v tabulce 14. KONVERZNÍ FAKTORY Calculation formula's to convert electricity and heat into primary energy as GJ LHV From Into Secondary Primary form form Electricity 1) kWh el MJ prim 1 x9 9 Steam 2) MJ steam MJ prim 1 x 1.1 1.1 Condensate 2) MJ cond MJ prim 1 x 1.1 1.1 Hot water 2) MJ hot w MJ prim 1 x 1.1 1.1 Formula: 1) For electricity a standard efficiency of 40 % is used: 1 kWh el = 3.6 MJ el = 3.6/0.4 = 9 MJ primary energy 2) For steam, condensate and hot water a standard efficiemcy of 90 % is used: 1 GJ steam = 1/0.9 = 1.1 GJ primary energy

OP 2

7. Energetické převodní součinitele

Energii lze vyjádřit v mnoha různých formách. V programu řízení spotřeby energie je vhodné pracovat s jednotkami SI (Système International d'spojuje), s několika úpravami:  pro tlak je "bar" výhodnější než jednotka "pascal"  pro teplotu se "stupeň Celsia" používá namísto "stupně Kelvina". OP 2 7.1. Převody jednotek Základní jednotka energie je Joul (J). 1 J = 1 Newton/ 1m. Praktické minimum je 1 kJ (1000 J).



Symbol Prefix PJ

Dimension 1015 J

peta

1012 kJ TJ

1012 J

tera

9

10 kJ GJ

109 J

giga

106 kJ MJ

mega

106 J 103 kJ

kJ

3

10 J

kilo

Převody nejpoužívanějších jednotek

From

To

Conversion

kcal

kJ

4.19

Btu Therm

kJ MJ

1.055 105.5

kWh

kJ

3600

Tepelný obsah paliv V níže uvedené tabulce jsou typické tepelné obsahy různých paliv. Mohou se lišit v závislosti na dodavateli a původu. Fuel

Unit

1)

Energy content 2)

Natural gas kJ/Nm3 Gas/diesel oil MJ/tonnes LSFO 3) MJ/tonnes Coal MJ/tonnes notes: 1) all heat content figures as LHV

35670 45500 43600 26900

Remarks littres/tonne: 1155 littres/tonne: 1014

3

2) Nm = standardised volume at 25 C 3) Low Sulphur Fuel Oil

Ověřte si, v jakých jednotkách je energie účtována. Níže uvedená tabulka uvádí nejběžnější formy vykazování energie a množství. Energy formy Elektricity Natural gas Heat Steam Oil Coal

Dimensi MWh or kWh Nm3 or MWh HHV MWh or GJ LHV Tonne or MWh or GJ LHV M3 Tonne

Remarks 1) 2) 3)



8. Co má být analyzováno a jak?

OP 2

OP 2 8.1. Úvod Vaše analýza by měla přinést v rámci postupných kroků alespoň tyto výsledky:  trendy měsíčních a ročních údajů o spotřebě energie a nakoupených objemech energie;  trendy ve vývoji ukazatelů energetické náročnosti;  pochopení příčin užití variabilní energie a energetické efektivity;  evidence úspěchů ve vztahu k dosažení stanovených cílů;  informace o prolomení limitů spotřeby energie a nákladech na energii u hlavních spotřebičů;  audit nákladů na nákup energie;  stanovení cílů pro snížení energetických nároků. 8.2. Měrná spotřeba energie na jednotku finálního produktu nebo produktového mixu Absolutní množství spotřeby energie souvisí s objemem výroby nebo produktového mixu. Opatření v oblasti energetické efektivity bude mít za následek nižší specifickou spotřebu energie. Tento ukazatel je proto ideální pro sledování trendů zvyšování energetické efektivity. Někdy může změna v kvalitě produktu způsobit významné změny ve spotřebě energie. V případě nutnosti budete muset opravit ukazatel těchto vlivů. OP 2

Ukazatel výkonu může být sledován v různých časových intervalech (hodiny, měsíc nebo rok). Stejný typ indikátoru může být použit pro hlavní technologické celky a zařízení. PŘÍKLAD 1 Chemická továrna produkuje dva koncové produkty A a B. Výrobní proces každého výrobku využívá páru a elektřinu. Níže uvedená tabulka ukazuje hodinové spotřeby energie a výrobní objemy. Měrná spotřeba energie na tunu produktu je součet spotřeby elektřiny a páry vyjádřený v primárních energetických ekvivalentech, tj. 1 MWh elektrické energie = 9 GJ prim a 1 GJ páry = 1,1 GJ prim.

Product A

Product B

Product mix (A+B)

GJ steam MWh tonnes

5.0 12.5 3.0 12

20.0 50 1.0 15

25.0 62.5 4.0 27

GJ prim GJ/tonne

40.9 3.41

64.6 4.30

105.4 3.91

(figures per hour)

Energy input Steam tonnes Electriciy Production Total input as primary energy Specific energy consumption

8.3. Měrná spotřeba energie ve vztahu k referenční hodnotě v referenčním roce Tento ukazatel efektivity se nazývá Energy Performance Index (EPI). Hodnota měrné spotřeby energie v referenčním roce je stanovena na 100%. Pro každý rok po sobě je měrná energie vyjádřena jako procento z referenční hodnoty. EPI tak poskytuje trend měrné spotřeby energie v průběhu let. Totéž může být provedeno za měsíc, týden, den, atd. OP 2



PŘÍKLAD 2 Předpokládejme, že měrná spotřeba energie produktu B v příkladu 1, se vykazovala po řadu let. Níže uvedená tabulka uvádí trendy v podobě indexu energetické náročnosti. To je měrná spotřeba energie ve srovnání s referenčním rokem.

Spec en consumption product B Year

GJ prim/Tonne

%

2000 5,40 2001 5,04 2003 4,68 2004 4,43 2005 4,25 2006 4,12 2007 4,07 2008 4,03 Start of energy management in 2000

OP 2

100 93 87 82 79 76 75 75

8.4. Zátěžové profily k identifikaci špiček odběrů

V průmyslové výrobě dochází ke špičkám ve spotřebě elektrické energie a páry, například u vsádkových procesů. Maximální zatížení způsobuje neefektivnost a může podstatně zvýšit náklady na nákup energie. Omezení špiček proto může přinést značné úspory. OBRÁZEK 6.

SPOTŘEBA ELEKTRICKÉ ENERGIE V INTERVALU ½ HODINY

4500

4000

Reduction in Peak load

New load profile

3500

El. consumption (kWh)

3000

2500

2000

1500

Original Load profile

1000

500

0

6 am

7

8

9

10

11

12

1pm

2

3

4

5

Time

Základní spotřeba elektrické energie se poněkud zvýšila, ale špičky jsou podstatně nižší.


6

7pm


OP 2 8.5. Spotřeba energie budov ve vztahu k venkovní teplotě Energie na vytápění a klimatizaci (chlazení) je ovlivněna vnější teplotou, ale také kvalitou izolace a dalších energeticky úsporných opatření v budově. Odpovídajícím ukazatelem výkonnosti energetické spotřeby budov je spotřeba v závislosti na venkovní teplotě. Sofistikovanější přístup představuje použití metody denostupňů. Následující graf ukazuje energetickou spotřebu budovy po dobu 24 měsíců oproti dnům v měsíci. Modrá čára znázorňuje aktuální stav; tečkovaná čára slouží ke stanovení cílů na dosažení energetických úspor v budově. OBRÁZEK 7.

POUŽITÍ DENOSTUPŇŮ PRO STANOVENÍ CÍLŮ

400

monthly gas consumption (GJ/month)

350

300

250

current energy consumption

200

targeted energy consumption 150

100

50

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Degree days per month

OP 2


Osvědčený postup – příklad jak účtovat a analyzovat spotřebu energie Měření energie zpravidla vede k úsporám energie větších, než 5%. Investice je často splacena v době kratší než jeden rok. OP 2 9.1. Literatura 1. CARE+ Energy Efficiency Self Audit Guide Excel sheet templates www.cefic.org/careplus 2. How to monitor your energy use, Carbon trust publication GIL157 www.carbontrust.co.uk 3. Monitoring and targeting; Techniques to help organisations control and manage their energy use, Carbon Trust publication CTG008; www.carbontrust.co.uk 4. Système International d’unité – Bureau International des Poids et Mesures www.bipm.org




OP 3

Provozování energetického informačního systému

1. Úvod

Energetická efektivita je velmi závislá na dostupných údajích o spotřebě energie. Osvědčené postupy 1 a 2 referují o shromažďování dat. Nicméně, tento osvědčený postup zachází do větších detailů a popisuje jak optimalizovat shromažďování a zpracování informací důležitých pro zajištění energetické efektivity. OP 3 1.1. Hledání optimálního řešení Vlastnosti a prvky energetického informačního systému by měly být vhodné pro specifické potřeby společnosti a programu řízení spotřeby energie.     

Informace uvedené v plánu energetického managementu; specifika výroby, komplexnost energetické situace, procesy a zařízení; celkové náklady na energie ve vztahu k celkovým výrobním nákladům; úroveň dosažitelných úspor nákladů, jak je naznačena v programu energetického managementu; úroveň stávající datové infrastruktury k integraci do energetického informačního systému.

Může být užitečné konzultovat zavádění energetických informačního systému s kvalifikovanými dodavateli s cílem získat nejvhodnější řešení.

OP 3

2. Výstupy

Energetický informační systém by měl poskytovat tyto informace:         

aktuální informace o energetické náročnosti procesů a zařízení; včasné odhalení zhoršeného výkonu zařízení; doplňující informace ke zlepšení nastavení řízení procesů; postřehy o tom, kdo, kde, kdy a jak se využívá energii, tj. rozčlenění spotřeby energie a nákladů podle výrobku, produktového mixu nebo výrobní části; analýza historické výkonnosti a fakta o úspěších v oblasti energetické efektivity; doplňujících informace pro efektivní nákup energie a účtování nákladů; historické vztahy mezi výrobou a spotřebou energie na podporu odhadů budoucí spotřeby energie; doplňujících informace na odůvodnění energetických projektů; historické informace pro energetické průzkumy a audity.

Aby bylo možné poskytnout tyto informace, měl by být energetický informační systém vybaven adekvátní databází s archivem historických informací a ovlivňujícími faktory, jako jsou objemy výroby, okolní podmínky, atd.

OP 3

3. Prvky energetického informačního systému

Základním prvkem je přístrojové vybavení, které poskytuje naměřené hodnoty (viz obrázek 8). Přístroje jsou připojeny k monitorovacímu systému, který shromažďuje všechny naměřené hodnoty. Tato vstupní data jsou uložena v databázi. Nástroje pro analýzu dat využívají informace z databáze k rozborům ukazatelů energetické náročnosti. Tyto informace se používají jako nástroj na generování konečných výstupů programu na řízení spotřeby energie.



OBRÁZEK 8.

ZÁKLADNÍ SCHÉMA ENERGETICKÉHO INFORMAČNÍHO SYSTÉMU

Info flow Data analysis tools

Info flow Reporting tools

Info flow Info flow

Info flow Plant control & monitoring system

Process Control actions Field sensors & instrumentation

Info flow Data base historical info

Info flow Input from other measurements

Info flow Manual input

Kontrolní akce a obsah hodnocení: 

   

zkontrolujte, zda přístrojové vybavení je vhodné pro měření, záznam a archivaci vstupních dat, které jsou potřebné ke sledování definovaných ukazatelů energetické náročnosti a opatření na úsporu energie, kvantifikujte, co chybí a co je nezbytné zlepšit; zkontrolujte, zda jsou analytické nástroje vhodné pro tvorbu požadovaných analýz a určete, jaká zlepšení jsou nezbytná; zkontrolujte technickou dokumentaci (elektrické diagramy, výrobní schémata, výkresy sítí, atd.); zkontrolujte kalibraci a údržbu, aby byla zajištěna kvalita měření; zvažte použití dočasných a přenosných měřících přístrojů, například přenosných průtokoměrů na měření spotřeby zemního plynu, vody, atd.

OP 3

4. Nedílná součást systému řízení výroby

Jak je uvedeno na obrázku 8, energetický informační systém není izolovaný systém, ale je, jak je to jen možné, začleněn do systému (systémů) sledování a řízení procesu výroby. Tím je zajištěno, že informace jsou v souladu s provozními daty a energie se stává přirozenou součástí provozu.

OP 3

5. Kvalita a sběr dat

Důležitým aspektem, pokud jde o kvalitu měření, je měření v reálném čase. Data jsou shromažďována automaticky v předem stanovených intervalech. Aby to bylo možné, monitorovací systém musí být vybaven potřebným zařízením. Sběr dat v reálném čase v kombinaci s kvalitními přístroji zajistí přesné vstupní údaje pro následné analýzy.

OP 3

6. Které údaje mají být monitorovány?

Data, která by měl poskytovat energetický informační systém, jsou popsána v programu energetického managementu. Četnost sběru dat závisí na konkrétním účelu měření, který je definovány v programu energetického managementu.

OP 3


1. Energy Management Information Systems, Office of Energy Efficiency of Natural Resources Canada http://www.oee.nrcan.gc.ca/publications/industrial/EMIS/index.cfm?attr=24




Jak zlepšit výrobu páry

1. Úvod

Pára je v chemickém průmyslu jedním z nejčastěji používaných nosičů tepla, a je proto hlavním cílem úspor energie. Celkový výkon parního systému se skládá z:  výroby páry v kotli;  distribuce páry;  spotřeby páry ve výrobním procesu (spotřebiče).

OP 4

2. Hraniční limity, měření a definice

Abyste mohli odhadnout potenciál pro úspory energie, měli byste mít jasnou představu o všech hlavních energetických tocích, které se podílejí na výrobě páry. Kromě toho je vhodné stanovit jasnou hranici limitů pro konkrétní oblasti za účelem měření zlepšení výkonu na konzistentních základech. OBRÁZEK 9.

ENERGETICKÉ VSTUPY A VÝSTUPY V KOTELNĚ Q5

Flue gases

Boiler House

Steam distribution

Q1

Steam Q2

Consumers

Q2'

Fuel Boiler

Air

Deaerator Blow down Q4 Boiler Feed Water Make up Water

Condensate Tank

Condensate

Q3

Water treatment Unit

Boiler Feed Water Pumps

water

Electricity

Condensate pumps

Chcete-li definovat a měřit výsledky v oblasti energetické efektivity pří výrobě a distribuci páry, musíte být schopni měřit a kvantifikovat hlavní energetické toky zapojené do výroby a spotřeby páry (viz obrázek 9).  chcete-li zjistit tepelný obsah páry Q1 (v GJ), která vychází z kotle, měříte objemový průtok páry, tlak a teplotu. Díky těmto údajům můžete vypočítat množství páry v tunách a entalpii (t x entalpie = GJ), což je energetický obsah páry;  tepelný obsah páry vycházející z kotle v bodě Q2 je Q1 minus všechny vnitřní ztráty, například v odplyňovačích. Minimálně je vhodné měření průtoku, tlaku a teploty v místě Q2;  u spotřebičů byste měli měřit spotřebu páry alespoň v bodě Q2 - u hlavních technologických celků. Často lze spotřebu páry vypočítat také z parametrů výrobního procesu a měření průtoku kondenzátu;  teplo recyklovaného kondenzátu Q3 (v GJ kondenzátu) na vstupu do kotelny se vypočítává



z měření objemu kondenzátu v metrech krychlových, teploty a tlaku kondenzátu; tepelný obsah napájecí vody vstupující do kotle může být vypočítán na základě měření průtoku vody, společně s tlakem a teplotou (obvykle v rámci nastavení odplyňovače);  z hmotné a energetické bilance nad odplyňovačem můžete vypočítat množství páry spotřebované v odplyňovači;  spotřeba elektřiny (v kWh) je využita hlavně na napájení kotlů, vodní čerpadla, ventilátory spalovacího vzduchu a čerpadla kondenzátu. Spotřeba elektrické energie kotelny by měla být měřena odděleně;  tepelné ztráty ve spalinách Q5 (v GJ), které opouštějí kotel, jsou vypočteny z proudu a teploty spalin. Entalpie spalin je závislá na teplotě. Proud spalin může být odvozen z měření průtoku spalovacího vzduchu a průtoku paliva. Pokud se měří O2 ve spalinách a složení paliva je známo, můžete vypočítat množství spalin (viz řízení poměru vzduch/ palivo);  spalovací vzduch se obvykle měří u ventilátoru;  průtok paliva, nebo průtoky v případě duálního systému paliva, jsou měřeny pro každý kotel zvlášť, složení paliva a výhřevnost by měly být známy;  ostatní tepelné ztráty, které je nutné vzít v úvahu, jsou radiační ztráty kotlů, potrubí, ventilů a vybavení v kotelně; odkalovací systém kotle. V každé z těchto oblastí existují možnosti pro zvýšení energetické efektivity, což vede k nižší spotřebě paliva na 1 tunu páry. 

Pro posouzení efektivity úsporných opatření lze použít následující definici účinnosti: Celková účinnost kotle je definována jako:

η BH = (Q2- Q3)/Fuel Individuální účinnost kotle je definována jako:

η B = (Q1- Q4)/Fuel

OP 4

3. Úspory energie v oblasti výroby a distribuce páry

V následujících kapitolách je popsána řada možností na úsporu paliva. Většina z nich jsou opatření, která lze realizovat přímo s nulovými, nebo jen velmi omezenými náklady. Jiné vyžadují investice, ale obvykle mají krátkou dobu návratnosti. OP 4 3.1. Tlak, teplota a výroba páry Zkontrolujte, zda kotel pracuje při minimálním možném tlaku a teplotě. Je třeba se zabývat následujícími faktory:  pára opouštějící kotelnu by měla být mírně přehřátá (o 20-30 °C), aby se zabránilo kondenzaci v distribuční síti, a tím erozi/ korozi systému;  tlak páry by měl být nastaven na minimální požadovanou úroveň tak, aby byla zajištěna distribuce ke všem spotřebičům, s přihlédnutím k tomu, jak je přívod regulován v tepelných výměnících;  pokud je pára vyráběna pro použití v parních turbínách na výrobu energie nebo mechanické pohony, pak musí mít pro optimální fungování těchto turbín správný tlak a teplotu. Nižší tlak páry zvýší účinnost kotle. Ve většině případů se kondenzační teplo páry používá ve výměnících tepla pro ohřev výrobních běhů. Ověřte si u spotřebičů, jaká je minimální požadovaná teplotu ve výměníku a zda tlak páry může být snížen. V případech, kdy je spotřeba páry kolísavá, mohou být za kotlem nainstalovány tlakové regulační ventily a provozovat kotel s mírně vyšším tlakem, než je potřeba v distribučním systému. To umožňuje kotli rychle reagovat na změny v odběru páry a vyhnout se riziku výpadku kotle kvůli příliš velkému kolísání tlaku páry. Pokud však omezíte výkyvy v zatížení, můžete provozovat kotel při nižším tlaku páry a šetřit palivo.



OP 4 3.2. Tepelné ztráty zásobníků kotlů Minimalizací komínových ztrát ušetříte palivo. Toho může být dosaženo pomocí následujících opatření (která by měla být realizována v tomto pořadí): 1. správné nastavení hořáku a regulace poměru vzduch/ palivo spalovacího systému na minimální množství vzduchu, pro minimalizaci množství spalin; 2. recyklace tepla ze spalin. Seřízení hořáku a optimální poměr palivo/ vzduch Objem spalin se určuje podle množství spalovacího vzduchu, který se používá v kotli ke spalování paliva. Za účelem dosažení dokonalého spalování se běžně používá větší množství vzduchu ve srovnání s tím, co je pro chemické reakce teoreticky potřeba (stechiometrické množství). Pro nastavení poměru palivo/ vzduch na bází přebytku O2 ve spalinách je potřeba:  průtokové měření O2 a CO ve spalinách;  regulace proudu vzduchu až do minimální úrovně O2 ve spalinách. TIP Je velmi důležité, aby váš kotel byl vybaven správně fungující regulací hořáku a zabezpečením systému, který nepřetržitě kontroluje poměr paliva a vzduchu pro zajištění bezpečného spalovacího procesu za všech okolností. Úspora paliva, které může být dosaženo řádnou kontrolou poměru vzduch/ palivo ve velké míře závisí na druhu paliva a úrovni komínové teploty. OBRÁZEK 10. KOMÍNOVÉ ZTRÁTY 24 Fuel: natural gas

22 20

Excess O2 (% dry volume):

10 % (n=1.85)

Heat loss in flue gases (% of fuel)

18 8 % (n=1.55) 16 6 % (n=1.35) 14 3 % (n=1.15) 12 2 % (n=1.1) 10

0 % (n=1)

8 6 4 2 0 60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

Stack temperature (C)

Na obrázku 10 vidíte graf, podle kterého můžete odhadnout úsporu paliva: a) snížením přebytečného spalovacího vzduchu (nižší procentuální přebytek O2 ve spalinách) b) rekuperací tepla (snížením teploty komína). To udává komínové ztráty jako procento množství paliva v závislosti na teplotě komína s různými hodnotami přebytkového O2 (a související n-faktor). Graf je vytvořen pro zemní plyn. Například: pokud váš kotel pracuje s 8% přebytkem O2 a komínovou teplotou 240 ° C, snížením těchto hodnot na 3% a 180 °C dojde ke snížení komínových ztrát ze 14,1% na 8% a úspoře paliva o 6%.



A) Snižování komínové teploty kotle Existují různé možnosti, jak dále využívat teplo ve spalinách v závislosti uspořádání kotle a aktuální teplotě komína:  použití ekonomizéru (pokud jej kotel nemá) na ohřev vody před vstupem do kotle;  instalace předehřívače vody před vstupem do odplyňovače. Voda má obvykle teplotu okolí, zatímco odplyňovač pracuje při teplotě 105 až 110 °C nebo vyšší (v závislosti na typu paliva);  instalace předehřívače kondenzátu před vstupem do odplyňovače. Pokud je teplotní rozdíl mezi kondenzátem a odplyňovačem více než 30 °C, je zde možnost předehřívání kondenzátu, aniž by to ohrozilo fungování odplyňovače;  použití předehřívače spalovacího vzduchu (za ventilátorem vzduchu) ve formě systému dvojité cívky, která se skládá z výměníku tepla spalin, oběhového systému voda/ glykol a výměníku tepla spalovacího vzduchu. Systém voda/ glykol odebírá teplo ze spalin a předává je dále spalovacímu vzduchu. Další zajímavou možností u žárotrubných kotlů je instalace turbulátorů. Žárotrubný kotel (viz obrázek 11) je v malých a středních chemických továrnách nejvíce používaný typ kotle (maximální kapacita přibližně 25 tun/ h a tlak páry 20 bar). V žárotrubných kotlích procházejí spaliny dlouhými trubkami malého průměru, které jsou umístěny v zásobníku vody. Teplo je přenášeno stěnami trubek do kotlové vody, kde generují páru. Tyto kotle jsou rozděleny do kategorií podle počtu průchodů, kterými se spaliny pohybují v teplosměnné ploše před tím, než opustí kotel. Obrázek 11 znázorňuje tří průchodový kotel. OBRÁZEK 11. ŽÁROTRUBNÝ KOTEL Steam Turbulator locations To stack

Water level

Air

3rd pass 2 nd pass

First pass Burner

Fuel

Boiler feed water

Níže je uveden příklad úspor paliva s ekonomizérem. Obrázek 12 ukazuje dva typy kotlů, které generují 20 tun/ h při talku 10 bar a teplotě páry 200° C. Jeden z nich je bez ekonomizéru, voda je z odplyňovače přiváděna přímo do výparníku. Druhý kotel je s ekonomizérem, kde se napájecí voda ohřívá na přibližně 145 °C. Komínová teplota bez ekonomizéru je 230 °C, s ekonomizérem 140 °C.



OBRÁZEK 12. ÚSPORA PALIVA S EKONOMIZÉREM

Steam 10 bar/200 C

Boiler

230 C

Boiler

145 C

110 C

230 C

Economiser 140 C 110 C

110 C

Deaerator

Deaerator

Tabulka 15 uvádí úspory v % paliva s ekonomizérem pro parní kotel 20 t/ h. ÚSPORY DOSAŽENÉ S EKONOMIZÉREM

Steam

tonnes pressure bar temperature C Boiler feed water: tonnes temperature C Eco out temperature C Stack temperature C Boiler efficiency % Fuel per tonne steam GJ/tonne Perc fuel saving %

No Eco 20 10 200 21 110 230 86 2.750

With Eco 20 10 200 21 110 145 140 90 2.6 4%

B) Znečištění kotle a komínová teplota Je důležité vědět, jaký je vztah mezi teplotou spalin a výrobou páry v kotli. Pokud je kotel znečištěn, teplota stoupne, což je jasný signál k čištění kotle. To je znázorněno na obrázku 13. Udává teplotu spalin z kotle za výparníkem (před vstupem do ekonomizéru).



OBRÁZEK 13. TEPLOTA SPALIN V ZÁVISLOSTI NA KAPACITĚ KOTLE 240 Measured stack temperatures 230

Stack temperature (C)

220 Stack temperature clean boiler 210

200

190

180

170

160 30

40

50

60

70

80

90

100

Boiler steam capacity (%)

OP 4 3.3. Spotřeba energie v kotelně Hlavní elektrické spotřebiče jsou vodní čerpadla, napájení kotlů a spalovací dmychadla. Obvykle je k dispozici 2 x 100% nebo 3 x 50% požadovaného výkonu čerpadel, každé s vysokými škrtícími ztrátami. Chcete-li ušetřit energii pro čerpadla, můžete zvážit instalaci frekvenčního měniče. Více informací viz Osvědčený postup 7 - frekvenční měniče a motory. OP 4 3.4. Ztráty vyzařováním Radiační ztráty vznikají od horkých povrchů kotle a potrubí, armatur a dalších zařízení, jako jsou plováky a čerpadla. Dobře udržovaný kotel má tyto ztráty na úrovni přibližně 1% tepelné kapacity. Tyto ztráty jsou nezávislé na zatížení kotle. Většina kotlů sice pracuje při zatížení se ztrátami, ale přesto by neměly být ignorovány. Měli byste pravidelně kontrolovat izolaci a poškozenou izolaci vždy opravit. Na ventilech, které jsou pravidelně používány, použijte odnímatelnou izolaci. OP 4 3.5. Provoz odplyňovače Kondenzát a voda procházejí odplyňovačem, kde dochází k odstranění kyslíku a volného CO2, aby se zabránilo usazování a korozi kotle. Toho je dosaženo rozprašováním kondenzátu ve formě aerosolu v parní části odplyňovače. Zahřátím vody se tyto plyny uvolní a jsou odvedeny z odplyňovače. Nárůst teploty vstupující vody 10 až 15 °C je dostatečný ke snížení obsahu kyslíku v napájecí vodě na úroveň menší, než 10 ppb (dílků na miliardu). Odplyňovač pracuje s pevným tlakem (a teplotou nasycení) a dodává stabilní množství páry. Nastavená hodnota tlaku by neměla být příliš vysoká, protože by to vyžadovalo mnoho páry k ohřevu vstupní vody (což je poněkud neefektivní způsob ohřevu napájecí vody pro kotle). Normální hodnota nastavení tlaku se pohybuje v rozmezí 1,2 až 1,5 bar (teplota 105 až 110 °C). OP 4 3.6. Odkalování kotle Aby se zabránilo hromadění nečistot, jako jsou chloridy, sulfáty, apod. v kotlové vodě, musí probíhat kontinuální kontrola kvality a pravidelné vypouštění určitého procenta kotlové vody. Požadovaná míra vypouštění může být minimalizována správnou přípravou napájecí vody pro kotle (více informací viz oddíl 3.12). Teplo z odkalované vody by mělo být využito v odkalovací nádrži. Odváděná pára může být použita v odplyňovači. Teplo ve zbývající odkalované vodě může být využito k ohřevu vstupní vody. Schéma energeticky úsporného odkalovacího systému je uvedeno na obrázku 14.



OBRÁZEK 14. KONTUNÁLNÍ ODKALOVÁNÍ

Boiler

Continuous Blow down Water

conductivity boiler water

To Deaerator

Blow down Vessel

Make up Water

Heat Exchanger

To Deaerator

To Sewer

OP 4 3.7. Sání spalovacího vzduchu Přívod spalovacího vzduchu do kotle by měl být instalován nejlépe v horní části kotelny, aby byl co nejteplejší. Pokud je možné další snížení teploty spalin, můžete zvážit instalaci předehřívače vzduchu. Tím se zvýší účinnost kotle. TIP Jedno pravidlo: každé zvýšení teploty spalovacího vzduchu o 20 ° C sníží spotřebu paliva v kotli o 1%. OP 4 3.8. Distribuce páry Spotřebičům dodáváme suchou a čistou páru. Napájecí vedení by mělo být správně dimenzováno tak, aby se zabránilo příliš vysokému poklesu tlaku v systému a riziku eroze/ koroze v důsledku příliš vysokých rychlostí. Potrubí musí být navrženo tak, aby odolalo tepelnému rozpínání. Zásobovací linie by měla mít správnou izolaci a musí být vybavena dostatečným počtem parních pastí k rychlému odstranění vzniklého kondenzátu. Je také vhodné izolovat nevyužité části systému distribuce páry pomocí řádně rozmístěných oddělovacích ventilů. OP 4 3.9. Recyklace kondenzátu Shromažďování a vracení kondenzátu zpět do kotelny často znamená podstatnou úsporu energie. Měli byste však vědět, odkud kondenzát pochází a zda je bez nečistot, jako například organických složek, chloridů, atd., aby se dal znovu použít bez rizika vážných problémů s korozí v kotli. Sledování kvality kondenzátu, zejména pokud jde o organické složky, je důležitým bezpečnostním opatřením.



OBRÁZEK 15. ZLEPŠENÍ EFEKTIVITY KOTELNY RECYKLACÍ KONDENZÁTU 92 91 90

boiler house eff (LHV)

89 88 87 86 85 84 83 82 81 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

% condensate return

Jak je vidět, celková účinnost kotelny se může zlepšit 10 procentních bodů, když se vrací až 80% z kondenzátu. To může přinést značné úspory paliva, což je znázorněno na obrázku 16. OBRÁZEK 16. SNÍŽENÍ SPOTŘEBY PALIVA RECYKLACÍ KONDENZÁTU NA TUNU VYROBANÉ PÁRY 3.0

3.0

Fuel per tonne of steam (GJ/tonne)

(Steam conditions: 10 bar/ 200 C) 2.9

2.9

2.8

2.8

2.7

2.7 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

% condensate return

Chcete-li recyklovat a opětovné využívat kondenzát, je nezbytné navrhnout správný systém odvádění kondenzátu. Špatné odvádění kondenzátu může vést ke zhoršení výkonu výměníků tepla, erozi/ korozi a „bušení“ vody v kondenzačním systému. Důležitá doporučení:  ujistěte se, že parní pasti a potrubí na vedení kondenzátu mají správnou velikost. Potrubí musí být navrženo pro dvoustupňový průtok (voda + pára);  používejte správné parní pasti na základě kvalifikovaného doporučení;  nikdy nepřipojujte individuálně nastavitelné výměníky tepla na stejnou parní past, protože to



  

může snadno vést k ucpání kondenzátem a poruše výměníků tepla; ujistěte se, že kondenzát může snadno vytékat z výměníku tepla a neucpává se: parní past musí mít správnou velikost a dostatečný tlakový rozdíl, aby vytlačila kondenzát ven; ujistěte se, že potrubí kolem výměníků tepla (montáž vakuových vypínačů a rovnovážný tlak v potrubí, atd.) umožňuje kondenzátu volně odtékat; ujistěte se, že tlak páry v systému a funkce výměníku tepla je odpovídající, aby umožňoval vypouštění a vracení kondenzátu.

OP 4 3.10. Inspekce a oprava parních ventilů Únik páry může být často detekován vizuální prohlídkou parní pasti. Další možností je použití ultrazvukového detekčního zařízení. Většina parních pastí pracuje cyklicky, takže můžete slyšet, zda fungují správně. OP 4 3.11. Využívání parního systému na výrobu elektrické energie. Za normálních okolností se v chemických provozech používá nízkotlaká pára (LP), tlak páry je 10 MPa, nebo nižší. Pokud je kapacita parního systému 15 t/ h nebo vyšší (v průběhu 6 000 provozních hodin nebo více), můžete zvážit systém na výrobu elektřiny. Toho lze dosáhnout instalací vysokotlakého (HP) parního kotle s parní turbínou a generátorem. Obrázek 17. Znázorňuje systém, který pracuje s kapacitou 20 t/ h páry a tlakem 5 bar. Pára je generována s tlakem 60 bar a teplotě 400 °C. Generátor jednotka parní turbíny mohou generovat 2 MWe. OBRÁZEK 17. PARNÍ TURBÍNA NA ZPĚTNÝ TLAK

HP Steam 21 tonnes/h, 60 bar/400 C HP Boiler Fuel

2 MWe

Steam Turbine

Generator

LP Steam 20 tonnes/h, 5 bar/170 C

Boiler Feed Water

Deaerator

Condensate Tank


Condensate


VÝHODY PARNÍ TURBÍNY

Steam conditions consumers: Steam tonnes/h pressure bar temperature C enthalpy MJ/tonne Steam conditions boiler house: Steam tonnes pressure bar temperature C enthalpy MJ/tonne Electricity production: Capacity kW Output per hour kWh per tonne of steam kWh/tonne Fuel consumption: Fuel GJ/h Extra fuel for electricity: Fuel electricity GJ/h El. efficiency %

No Turbine

Turbine

20 5 170 2789

20 5 170 2789

20.5 7 190 2821

20.5 60 400 3180 2000 2000 100

56.4

64.6 8.2 88

V případě použití "turbíny" roste spotřeba paliva, protože je vyráběna pára s vyšší entalpií. Ve srovnání se systémem "bez turbíny" je spotřeba paliva vyšší o 8,2 GJ za hodinu. Elektrická účinnost je (2 MWh = 2 x 3,6 GJ el) /8.2 GJ paliva 88%. Předpokládejme, že jako palivo je použit zemní plyn s cenou € 6/ GJ, variabilní náklady na výrobu elektřiny jsou € 25/ MWh. Pokud je úspora nákladů na nákup elektřiny € 80/ MWh, roční úspora za předpokladu 7 000 provozních hodin/ za rok bude: (80-25) x 2 x 7,000 = € 770,000/ rok. OP 4 3.12. Optimalizace vodního hospodářství Pravidelné kontroly následujících parametrů vody/ parního cyklu jsou nutné jako prevence proti vzniku koroze a zajištění bezproblémové výroby páry: 





 

adekvátní tvrdost vody: hydrogenuhličitanové soli s obsahem Ca a Mg jsou hlavními příčinami usazenin v kotli. Mohou být odstraněny změkčováním vody, která prochází kationtovým filtrem, který váže Ca a Mg na Na, čímž dojde ke snížení tvrdosti. U parních kotlů do 20 bar je to zpravidla dostačující. U kotlů pracujících s vyšším tlakem je často zapotřebí další odkalování a odluhování vody; udržujte vodivost kotlové vody pod hodnotami příslušné normy, aby koncentrace nečistot, zvláště chloridů a sodíku, nebyla příliš vysoká. Vodivost vody je měřítkem úrovně kontaminace. Zkontrolujte platné normy a nastavení odkalování a odluhování vody; udržujte pH kotlové vody v požadovaném rozsahu alkality: kotlová voda musí být dostatečně zásaditá, aby vytvořila na vnitřním plášti ocelových trubek ochrannou vrstvu, která brání korozi v kotli. Toho lze dosáhnout dávkováním malého množství hydroxidu sodného; zkontrolujte funkčnost odplyňovače a odstranění CO2 a O2 v kondenzátu a kotlové vodě. Obsah O2 ve vodě by měl být nižší, než množství, které uvádí příslušná norma kotle; zkontrolujte ochranná opatření proti kyselé korozi kondenzátu vraceného do systému: bikarbonáty (-HCO3) v napájecí vodě projít odplyňovačem a ve výparníku se mění na CO2 a vodu. CO2 opouští kotel spolu s párou a může způsobovat korozi kondenzačního systému, z tohoto důvodu se do vody přidávají těkavé alkaloidy, např. amoniak, které brání korozi;





Zkontrolujte, zda vracející se kondenzát není znečištěn, zejména organickými složkami, což by mohlo způsobit korozi a znečištění kotle.

Pokud nemáte znalosti a zkušenosti v oboru úpravy vody, zvažte možnost outsourcingu úpravy vody kvalifikovaným dodavatelem.

OP 4             

4. Seznam doporučených opatření

pravidelně kontrolujte a servisujte kotle a zařízení kotelny, nejméně jednou za rok; sledujte trend účinnosti každého z kotlů ve vztahu k množství vyrobené páry, alespoň jednou měsíčně; pokud provozujete několik kotlů paralelně, zaveďte řízení pracovní zátěže s cílem optimalizovat celkovou účinnost; zajistěte v kotlích bezpečné a spolehlivé spalování se systémem ochrany hořáku v souladu s bezpečnostními normami; měření přebytku O2 ve spalinách kotle a seřízení poměru vzduch/ palivo na minimální úroveň s cílem minimalizovat komínové ztráty; kontrolujte a v případě potřeby opravte izolace kotlů, potrubí a ventilů; ujistěte se, že vodní hospodářství pracuje správně, a že jsou prováděny pravidelné analýzy vzorků vody; zkontrolujte nastavený poměr odkalování s kvalitou vody v kotli; zkontrolujte, zda odplyňovač pracuje s požadovaným minimálním tlakem; zkontrolujte funkci parních pastí; zkontrolujte úniky páry v systému; pravidelně kontrolujte znečištění v kotlích; pravidelně kontrolujte znečištění teplosměnných ploch.

Doplňkový seznam opatření, která jdou nad rámec obvyklých postupů: nižší náklady / krátkodobá opatření Příležitost ke snižování nákladů Kontrolní opatření 1. snížení spalovací vzduchu na minimum 1. měření CO2/O2 2. maximalizovat úplnost spalování 2. měření sazí a CO 3. zajistit čistotu kotle (saze/ usazeniny) 3. sledujte zvýšení teploty spalin 4. opravte (vyměňte) izolaci kotle 4. periodické kontroly izolace kotle 5. izolujte napájecí nádrž a víko nádrže 5. zkontrolujte, zda nedochází ke ztrátám teploty napájecí vody 6. izolujte zpětné vedení kondenzátu 6. zkontrolujte, zda nedochází ke ztrátám kondenzátu 7. optimalizujte kvalitu napájecí a pracovní 7. sledujte kvalitu napájecí a pracovní vody: tvrdost, vody kyselost, O2. 8. minimalizujte usazování 8. sledujte koncentrace rozpuštěných pevných látek v kotlové vodě a zlepšete kontrolu odkalování 9. udržujte trysky, rošty, tlak přívodu paliva 9. zajistěte, aby specifikace byly k dispozici a používány a teplotu dle specifikace výrobců pravidelná kontrola a údržba 10. maximalizujte teplotu spalovacího vzduchu 10. nasávejte vzduch z nejvyššího bodu kotelny 11. snižte tlak páry tam, kde překračuje 11. zkontrolujte požadavky systému/ procesu; nastavte požadavky systému/ procesu správné hodnoty 12. použijte potrubí pro přívod teplejšího 12. instalujte sací potrubí spalovacího vzduchu ve spalovacího vzduchu vyšších částích místnosti 13. instalujte automatický detektor úniku plynu. 14. opravte netěsnosti v parním potrubí vyšší náklady / dlouhodobá opatření Příležitost k úspoře energie Kontrolní opatření 1. v případě rychle se měnící poptávky 1. sledujte a vyhodnocujte změny poptávky přeměňte jeden nebo více kotlů na akumulační



(vyrovnávací) nádrž 2. alternujte ovládací prvky na: “vysoký-nízký-vypnuto” nebo “modulovanýnízký-vypnuto” 3. instalujte rekuperaci parního tepla 4. zlepšení vládání spalovacího procesu

5. využití odpadního tepla 6. využijte odpadní teplo z odkalování kotle 7. využijte procesní integraci

2. sledujte a vyhodnocujte změny poptávky

3. zvažte možnost kontinuálního (velkokapacitního) odkalování 4. zajistěte odpovídající tepelný příkon na uspokojení poptávky, minimalizujte znečištění paliva a chraňte osoby a zařízení. 5. instalace ekonomizéru a rekuperátoru 6. zvažte možnost kontinuálního (velkokapacitního) odkalování. 7. párujte procesní jednotky, které mají významně odlišné požadavky na teplo (např. zbytková pára z výrobního procesu na bázi vysokotlaké páry může být využita v dalším procesu vyžadujícím nízkotlakou páru

Source: www.bess-project.info

OP 4


Osvědčený postup jak zlepšit výkon parní jednotky Jeden z účastníků CARE+ nainstaloval nový parní kotel s rekuperací tepla (ekonomizérem) s roční úsporou energie 12% - zemního plynu (120,000 eur/ rok). To znamená návratnosti 2,05 roku.

1.

OP 4 5.1. Literatura Steam and high temperature hot water, introducing energy savings opportunities forbusiness, Carbon Trust publication CTV018 Technology overview; www.carbontrust.co.uk

2.

Improving Steam System Performance, A Sourcebook for Industry, US DOE, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, www.eere.energy.gov

3.

Steam System Opportunity Assessment for the Pulp and Paper, Chemical Manufacturing, and Petroleum Refining Industries, US DOE, Office of EERE, www.eere.energy.gov




OP 5

Jak ušetřit energii pří výrobě stlačeného vzduchu

1. Úvod

Stlačený vzduch patří k nejvíce energeticky náročným nástrojům, které se v chemickém průmyslu používají. Proto stojí za to uvažovat o možnosti zlepšení energetické efektivity při výrobě a použití stlačeného vzduchu. Díky snadnému použití je často nadužíván a vybrán pro účely, na které existují energeticky a ekonomicky účinnější alternativy. Lidé často vnímají stlačený vzduch jako komoditu zdarma a nejsou si vědomi relativně vysokých nákladů na energii. Takže, měřítka úspory energie směřují nejen na efektivní výrobu stlačeného vzduchu, ale také na to, jak minimalizovat používání stlačeného vzduchu a změnit přístup lidí k jeho používání.

OP 5

2. Posouzení aktuální výroby a použití stlačeného vzduchu

Normy kvality ovzduší jsou uvedeny v normě ISO 8573-1. Stlačený vzduch by měl být přednostně vyráběn v bezmazných kompresorech, aby nedošlo ke kontaminaci vzduchu stopami mazacího oleje, což může snižovat spolehlivost nástrojů a dalších koncových zařízení. Separace oleje z maziva pro šroubové a pístové kompresory nikdy není 100% a vyžaduje poměrně intenzivní dohled a servis. OP 5 2.1. Blokový diagram s hlavními komponenty systému Chcete-li analyzovat váš systém stlačeného vzduchu, je užitečné vypracovat blokové schéma z hlavních komponentů systému s jejich kapacitou. Kromě toho by blokové schéma mělo obsahovat informace o:  kapacitě hlavních komponentů (kompresory, sušičky, přijímač);  podmínky dodávky vzduchu (tlak a rosný bod);  kde je umístěno měření průtoku a tlaku;  maximální, průměrné a minimální spotřeby koncových spotřebičů v Nm3/ h.

OBRÁZEK 18. BLOKOVÉ SCHÉMA SYSTÉMU STLAČENÉHO VZDUCHU

After Cooler Compressor 1

End Users

Air filter Separator

Dryers

Receiver

Compressor 2

End Users

End Users

OP 5 2.2. Určení spotřeby stlačeného vzduchu a elektrické energie Jak přesné je měření množství vzduchu a s tím související spotřeba elektrické energie ve vašem systému.  Pokud máte instalovány měřiče průtoku v přívodním potrubí vzduchu a současně měříte spotřebu elektrické energie kompresorů, tato měření budou poskytovat informace o dodaném



množství vzduchu a související spotřebě elektrické energie. Pokud nemáte žádné měřiče průtoku ani měření elektřiny, můžete získat orientační hodnoty na základě počtu hodin plného zatížení kompresorů a kapacity kompresoru (Nm 3/ h, nebo Nm3/ min) a spotřeby elektrické energie kompresorů. Do výpočtu spotřeby elektrické energie promítněte také hodiny, kdy kompresory neběží. Pro kontrolu můžete použít dočasné ampérmetry na orientační měření spotřeby elektrické energie. 

OP 5 2.3. Vypracování tlakového profilu Dalším užitečným nástrojem při analýze systému je základní tlakový profil systému. Tlakový profil ukazuje pokles tlaku v systému při daném průtoku. Tato informace poskytuje vstupy pro nastavení řízení a monitorování poklesu tlaku průchodem přes filtry, chladiče a sušičky. OBRÁZEK 19. TLAKOVÝ PROFIL SYSTÉMU STLAČENÉHO VZDUCHU

Supply

Distribution

Demand

7.8 Bar Operating range compressors 7.0 Bar

6.4 Bar

Filter & Dryer pressure drop

6.0 Bar

System pressure drop

Unregulated end use

5.0 Bar

Regulated inde use

To vyžaduje kalibrovaný tlak a měření diferenciálního tlaku:  Tlak vzduchu nasávaného do kompresorů.  Tlak na výstupu kompresoru (nejlépe také na výstupech vícestupňových kompresorů).  Diferenční tlak za chladiči, filtry a sušičkami.  Tlaky na vhodných místech v distribuční síti a u spotřebičů. OP 5 2.4. Přehled výroby stlačeného vzduchu Třetím krokem je rozvaha stlačeného vzduchu, která poskytuje cenné informace při hledání námětů na pro zlepšení. ROZVAHA STLAČENÉHO VZDUCHU

1) Compressed air production Capacity

Compressor 1 Compressor 2

Nm3/h ….. …..

Running hours per month …. ……


Production per month Nm3 ….. …….


Total production

X

2) (Estimated) compressed air consumption Site area User Type Quantity

Process A Process B

Spray nozzle Vacuum system …. ….

10 1

Specific use per type Nm3/h 12 20

Hours per week 30 40

Consumption per week Nm3 3600 800

….. Total consumption 3) Balance

Y X -Y

Do rozvahy zahrňte rovněž minimální požadovaný tlak vzduchu a rosný bod u spotřebičů. OP 5 2.5. Úniky a ztráty Úniky mohou být detekovány například kontrolou systému ultra zvukovým měřením. Pro kvantifikaci úniků je ale složitější. Další možnost je provést tlakovou zkoušku kompresoru zatímco všechny spotřebiče jsou vypnuty (alespoň ty, pro které nelze spotřebu vzduchu přímo kvantifikovat). Při této zkoušce se zaznamenává čas chodu kompresor k obnovení tlaku vzduchu. Pokud například kompresor potřebuje 10 minut za hodinu na obnovení plné kapacitu vzduchu, je únik 1/6 kapacity kompresoru. Přesnější měření může být provedeno při měření průtoku vzduchu kompresorem, nebo je možné měřit čas, kdy dojde k poklesu tlaku v zásobníku vzduchu o 1 až 2 bary při vypnutém kompresoru a se všemi spotřebiči odpojenými od systému. VL = VS x (p1 – p2)/t VL = objem úniků (m3/min) VS = objem zásobníku (m3) p1 = počáteční tlak v zásobníku (bar) p2 = koncový tlak v zásobníku (bar) t = čas (minuty)

OP 5

3. Stanovení spotřeby energie a nákladů na výrobu stlačeného vzduchu

Náklady na energii tvoří hlavní část celkových nákladů na výrobu stlačeného vzduchu: typicky, následující rozdělení bylo možné:  Náklady na energii: 75% celkových nákladů;  Investiční náklady: 13%;  Údržba a další náklady: 12%.


IEE/07/827 Vzdělávání chemických podniků v odpovědnějším využívání energie 3

OBRÁZEK 20. SPOTŘEBA ENERGIE NA 1,000 NM STLAČENÉHO VZDUCHU 160

140 least efficient compressors 120

kWh/1000 Nm3

100 most efficient compressors

80

60

40

20

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Supply pressure (bar abs)

Jak je vidět, existuje důvod využívat nižší tlak vzduchu. Přehled o nákladech na výrobu stlačeného vzduchu je základ pro zvyšování energetické efektivity.

OP 5

4. Příležitosti ke snižování spotřeby stlačeného vzduchu

OP 5 4.1. Alternativy k používání stlačeného vzduchu Alternativy jsou často energeticky účinnější. Příklady potenciálně nevhodného použití stlačeného vzduchu, jsou:  otevřené foukání: stlačený vzduch je foukán z otevřené trubice nebo potrubí pro chlazení, sušení, čištění dopravníků, apod. Toto využití lze často nahradit použitím alternativního řešení;  použití stlačeného vzduchu pro nasávání, rozprašování a nafukování, atd. Ve většině těchto případů může být použito účinnější nízkotlaké dmychadlo;  používání stlačeného vzduchu pro manipulaci s materiálem. V tomto případě může být alternativou nízkotlakový ventilátor;  použití stlačeného vzduchu pro vakuování. Stlačený vzduch je použit ve spojení s ejektorem na vytvoření vakua. Vakuování vyvolává odběrové špičky, což způsobuje nedostatky v provozu kompresoru. Alternativou může být použítí vývěvy, která je účinnější a při vytváření vhodných podmínek vakua často spolehlivější;  používání stlačeného vzduchu v ručních ofukovacích pistolích. Z bezpečnostních důvodů nepoužívejte neregulované ruční foukání na různá zařízení. Měla by být použita pouze ofukovací pistole odpovídající bezpečnostním standardům; použití je omezeno na místo, kde je to opravdu nutné;  použití vzduchového nářadí namísto efektivnějšího elektrického nářadí;  neregulované spotřebiče. V distribučním systému by měl být v blízkosti spotřebičů umístěn regulátor tlaku plný tlak v systému je potenciální příčinou pro dynamické tlakové problémy v provozu kompresoru.

 

OP 5 4.2. Efektivnější vzduchová technika stlačený vzduch je často používán k chlazení, sušení a čištění. Používejte odpovídající trysky a provádějte pravidelný servis k zajištění úspory stlačeného vzduchu; zkontrolujte životnost. Opotřebený nástroj často spotřebovává nadměrné množství stlačeného





vzduchu, a může mít vliv na další operace; ověřte s dodavateli, zda výrobní procesy mohou být rekonfigurovány s cílem zlepšení efektivity.

OP 5 4.3. Optimalizace dodávky stlačeného vzduchu Hlavními oblastmi pro optimalizaci jsou:  kontrola provozu kompresoru (tj. kontrola zatížení jednotlivých kompresorů);  udržení tlaku vzduchu na minimální požadované úrovni;  pravidelný servis a údržba všech komponentů systému. OP 5 4.4. Optimalizace provozu vzduchových kompresorů A) Skladování Velké výkyvy v odběru vzduchu působí kolísání tlaku vzduchu a následně kolísavý provoz kompresoru. Tyto výkyvy poptávky mohou být tlumeny skladováním vzduchu v tlakových nádobách umístěných v distribuční soustavě co nejblíže ke spotřebičům, což umožňuje kompresorům běžet s plochým profilem zatížení. Pro odhad požadovaného skladovacího objemu vzduchu může být použit Následující vzorec: Vs = vi x t/(Δp) Vs = objem zásobníku (m3) vi = kolísavý odběr vzduchu (m3/min) t = doba kolísání odběru (min) Δp = přípustný pokles tlaku (bar) B) Ovládání výkonu kompresoru Systémy stlačeného vzduchu obvykle používají více kompresorů. Na základě ročního průměru pracují v částečném zatížení, protože dostupná kapacita je založena na maximálním odběru (často v (n-1) konceptu), což znamená, že vždy jeden kompresor je v pohotovostním režimu. Takže jednotlivé kompresory pracují s kontrolou zátěže. Kompresory mohou mít různé typy ovládání zátěže:    

start/ Stop, cyklus regulace výkonu se skládá ze spuštění kompresoru na plnou kapacitu a vypnutí; běh naprázdno, kompresor běží nepřetržitě a kapacita je řízena regulací sání tak, aby po určitou dobu nebyl přiváděn vzduch; částečné zatížení, kompresor běží nepřetržitě a má spojité řízení kapacity sací strany; regulace otáček, kompresor má kontinuální regulaci výkonu změnou otáček kompresoru.

4.5. Pravidelný servis a údržba komponentů systému stlačeného vzduchu Systémy tlakového vzduchu vyžadují pravidelnou kontrolu a údržbu, aby komponenty zůstaly v dobrém stavu. To vyžaduje péči o zařízení a rychle reagovat na změny a trendy v provozu. To umožní systému pracovat s vysokou spolehlivostí. Nedostatečná údržba a nedostatek pravidelných kontrol může zvýšit spotřebu energie prostřednictvím nižší komprese, únikům vzduchu, apod. To také může vést k vyšším provozním teplotám vzduchu a následně špatnou kontrolu vlhkosti v sušičkách. OP 5



OBRÁZEK 21. PROVOZNÍ VÝKONNOST STLAČENÉHO VZDUCHU 5

4.5

4 Measured operating points

Electricity use (kWh/week)

3.5 base line

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Air flow (Nm3/week)

OP 5 

 

přívod chladného vzduchu: čím nižší je teplota nasávaného vzduchu, tím menší je síla ke stlačování vzduchu na požadovaný tlak. Pokud jsou vzduchové kompresory v budově, měli byste zvážit instalaci sání mimo budovu a nasávat chladnější venkovní vzduch; pravidelně kontrolujte stav vstupních filtrů: špinavé nebo dokonce zanesené filtry snižují průtok vzduchu a zvyšují výkon na m3 vzduchu; využít chladicí teplo z kompresoru a mezichladiče: téměř 90% energie kompresního cyklu se mění na teplo, které musí být odvedeno. Toto teplo je možné využít k výrobě tepla nízkých teplot (v řádu 50 až 70 °C teplé vody). Některé typy kompresorů používají odpadní teplo na regeneraci sušičů.

OP 5            

5. Další možnosti úspory stlačeného vzduchu


pravidelně kontrolujte těsnost systému a opravujte netěsnosti; zkontrolujte zbytečné a nevhodné používání stlačeného vzduchu a vytvořte kontrolní seznam spotřebičů; vyměňte opotřebené vzduchové zařízení (trysky); nastavte tlak v systému na minimální přijatelnou úroveň s ohledem na profil poptávky a objem skladovacích nádob; ověřte, zda posílení pro malé spotřebitele, které vyžadují vysoký tlak, má význam pro snížení tlaku v systému; zkontrolujte kapacitu zásobníků ve vztahu ke spotřebě s cílem optimalizovat spotřebu energie kompresorem; zkontrolujte, zda teplota vháněného vzduchu nepřekračuje stanovenou hodnotu a zkontrolujte, zda sušičky pracují správně; zvažte zlepšení v měření tlaku a objemu vzduchu v systému; měřte spotřebu kompresoru ve vztahu k objemu vyrobeného vzduchu; vytvářejte optimální rozdělení zátěže na více kompresorů, aby se minimalizovala spotřeba elektrické energie; zkoumejte možnosti využití chladící energie kompresoru; zkontrolujte, zda probíhá pravidelná kontrola a údržba zařízení a pravidelná výměna filtrů.



Stlačený vzduch nižší náklady / krátkodobá opatření Příležitost ke snižování nákladů Kontrolní opatření 1. vypnout, kdykoliv je to možné 2. instalace levných elektromagnetických ventilů na přívodu vzduchu do jednotlivých strojů. Vypněte přívod stlačeného vzduchu, jakmile je přístroj vypnutý. 3. čistěte pravidelně vzduchové filtry 4. používejte co nejnižší provozní tlak; snížit tlak místně pokud je to možné. 5. používejte nejnižší možnou teplotu nasávaného vzduchu. 6. namontujte 2rychlostní motory 7. odstraňte netěsnosti 8. pravidelně kontrolujte tlak v systému Vyšší náklady / dlouhodobá opatření Příležitost ke snižování nákladů Kontrolní opatření 1. nasaďte malý kompresor na vyplnění poptávky ve špičkách. 2. venkovní sání pro co nejstudenější vzduch 3. seřiďte měření průtoku a výkonu (kWh) 4. instalace moderního multikompresorového systému 5. namontujte standardní rekuperační jednotky 6. před chlazení vzduchu 7. pokud některé spotřebiče používají nízký tlak vzduchu (2,5-3 bar), instalujte dva oddělené systémy 8. použijte frekvenční řízení kompresoru 9. pro speciální aplikace použijte individuální dodávku stlačeného vzduchu 10. vyměňte pneumatické nářadí za elektrické Zdroj: www.bess-project.info

OP 5


Osvědčený postup - příklad Malý podnik v rámci chemického průmyslu vyrábí stlačený vzduch o tlaku, který přesahuje 8,5 bar. Nejvyšší požadovaný tlak u výrobních linek je však pouze 6,5 bar. Je proto logické tlak snížit, což nevyžaduje žádnou investici. Snížení o 1 bar může vést k roční úspoře energie o více než 14 000 € nebo téměř 300 MWh. Jak snadné!

OP 5 7.1. Literatura 1. Compressed air, Introducing energy savings opportunities for business, Carbon Trust publication CTV017, Technology Overview www.carbontrust.co.uk 2. Improving Compressed Air System Performance, a Sourcebook for Industry, US DOE Office of EERE publication and many other information sources http://www.eere.energy.gov/industry/bestpractices/compressed_air.html




Jak snížit energetickou náročnost budov

1. Úvod

V budovách obvykle existuje značný prostor ke snížení spotřeby energie. Úspory energie v těchto oblastech přímo přispívají ke zvýšení čistého zisku. 



Vytápění, větrání a klimatizace (HVAC), tvoří většinu spotřeby energie v budovách, a je proto klíčovou oblastí pro opatření v oblasti energetické efektivity. Přehřívání v zimě a přechlazení v létě jsou hlavní příčiny plýtvání energií; Druhou důležitou kategorií je použití elektrické energie na osvětlení budov a kancelářských prostor.

OP 6

2. Měření a trendy spotřeby energie v budovách

Chcete-li sledovat spotřebu energie v budovách a vyhodnotit úspory, kterých jste dosáhli opatřeními v oblasti energetické efektivity, musíte být schopni měřit a zaznamenávat spotřebu elektrické energie a tepla, nebo spotřebu paliva budov. Zkontrolujte, zda je to možné a co je k tomu zapotřebí. Ověřte si, jaké historické informace o spotřebě energie jsou k dispozici a jsou-li dostatečné, jako základ pro vaše opatření v oblasti energetické efektivity.

OP 6   



3. Ovlivňující faktory a indikátory výkonu

spotřeba energie během topné sezóny ve vztahu k HDD. V závislosti na topném systému bude sledovat spotřebu paliva nebo použití horké vody, plus spotřebu elektřiny; spotřeba energie během chladicího období ve vztahu k CDD. Bude monitorovat především spotřebu elektřiny, protože většina chladicích jednotek spotřebovává elektřinu; využívání energie základního zatížení; na jaře a na podzim jsou častá období, která nevyžadují vytápění ani chlazení. Toto období může být využito k analýze základní spotřeby elektrické energie v budově; spotřeba energie (elektřina a teplo) budov během neobsazených hodin. To může být indikací pro zbytečnou spotřebu energie. Měli byste být schopni sledovat užitečnost spotřebované energie.

OP 6

4. Měření teploty

Příklad práce s denostupni je uveden na obrázcích 22 a 23. Obrázek 24 udává spotřebu plynu měsíčně pro vytápění budovy za dva roky po sobě. Od této částky si můžete odvodit, že v chladnějších měsících se spotřebuje více paliva, ale není jasné, proč se ve stejném měsíci spotřebuje více paliva v roce 1 a někdy v roce 2. Kromě toho není jasné, co by mělo být referenční hodnotou pro tuto budovu.



OBRÁZEK 22. MĚSÍČNÍ SPOTŘEBA PLYNU NA TOPENÍ 400.0

350.0

Gas consumption (GJ/Month)

300.0

250.0

200.0

150.0

100.0

50.0

0.0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Months (Jan - Dec)

Na obrázku 23, je měsíční spotřeba plynu ve vztahu k denostupňům za daný měsíc. Můžete vidět, že zde existuje racionální vztah. Modrá čára je současná relace; tečkovaná čára definuje cíle opatření na úsporu energie v budově. OBRÁZEK 23. PŘÍKLAD VYUŽITÍ METODY DENOSTUPŇŮ (TOPENÍ) 400

monthly gas consumption (GJ/month)

350

300

250

current energy consumption

200

targeted energy consumption 150

100

50

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Degree days per month

Většina zemí EU poskytuje informace o denostupních. Chcete-li použít tuto metodu, zkontrolujte, zda jsou k dispozici příslušná data. Můžete si vytvořit vlastní přehled denostupňů, pokud máte k dispozici informace o průměrných denních venkovních teplotách. Méně přesná metoda, pokud nemáte k dispozici informace o denostupních, je pracovat s týdenní nebo měsíční průměrnou okolní teplotou ve vztahu k referenční vnitřní teplotě. Může být také užitečné čerpat data z Eurostatu, statistického úřadu Evropské komise, která nabízí statistiky denostupňů zdarma. (http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/energy/data/database).



OP 6

5. Topení, větráni a klimatizace (HVAC - heating, ventilating, air-conditioning)

Systémy HVAC jsou navrženy tak, aby regulovaly klima uvnitř budov kompenzací tepelných ztát nebo vysokého tepelného příkonu dostatečným přísunem čerstvého vzduchu. Systémy HVAC se značně liší, od jednoduchého systému, který využívá teplovodní kotelnu a radiátory rozmístěné v místnostech, až po plně automatizovaný klimatizační systém, včetně vytápění, chlazení a zvlhčování vzduchu. OBRÁZEK 24. ZÁKLADNÍ SCHÉMA HVAC SYSTÉMU

Condensor

Fuel

Heat expell Electricity Chiller

Boiler

HVAC controller

Sensor

Electricity

Heating coils

Cooling coils

Incoming Air Fan

Air

Working area Extraction Air Fan Radiators

Air

Electricity

Čtyři důležité faktory určující spotřebu energie vašich systémů HVAC:  požadavek na vnitřní klimatizaci;  vytváření vnitřního tepla (například od osvětlení a vybavení);  design, rozvržení a kvalita zateplení budovy;  technická kvalita zařízení HVAC a zajištění údržby. OP 6 5.1. Definujte a pokud možno snižujte nároky Aktivity v oblasti energetické efektivity byste měli zahájit tím, jaké podmínky potřebujete zajistit v různých provozních, skladovacích prostorách, pracovních místech pro zaměstnance apod., a určit výchozí body pro instalaci systému HVAC. Typ systému HVAC a jeho užití má velký vliv na spotřebu energie. Zejména chlazení a zvlhčování může spotřebovávat hodně energie. Takže byste měli kriticky zkoumat potřebu HVAC a to, zda ke klimatizačnímu systémy existují alternativy.





    

  

    

    

        

OP 6 5.2. Problematika údržby špatně udržovaný kotel spotřebuje o 10% paliva navíc, než je nezbytné. Takže kotle by měly projít kvalifikovaným servisem nejméně jednou za rok. S každou servisní činností by mělo dojít k seřízení spalování a vyčištění výměníku tepla a hořáku; totéž platí pro klimatizační systémy. Ujistěte se, že jsou udržovány v pořádku; zkontrolujte nastavení ovládání vzduchotechniky, nastavení termostatů, časovače a správné nastavení kontrolních bodů; výparníky klimatizačních jednotek jsou bez ledu a kondenzátor je čistý; vyměňte filtry a ujistěte se, že vzduchové klapky v potrubí se mohou volně pohybovat; ujistěte se, že teplé a studené vzduchové kanály jsou dobře izolované a neprosakují. v průběhu času může dojít u potrubí k zanášení způsobené nejen zhoršením kvality ovzduší, ale i zanášením ventilátoru vzduchu; pravidelně odvzdušňujte radiátory a tekoucí otopná tělesa opravte; pravidelně čistěte všechny povrchy přenášející teplo a udržujte je volné; v zimě zavřete vstupy chladicího vzduchu do klimatizačních jednotek, protože to zabrání zbytečnému vstupu studeného vzduchu. OP 6 5.3. Optimalizace provozu kontrola nastavení klimatizace (termostaty a časovače) v obytných částech a časech, kdy budovy jsou a nejsou obsazeny; kontrola nastavení teploty pro specifické prostory, jako jsou například skladové prostory, které nemusí být vytápěny na stejnou teplotu jako kanceláře; zvažte instalaci samoregulačních ovládacích prvků, které vypnou ventilační systémy v průběhu noci; propojte kontrolní systémy oddělených systémů vytápění a chlazení, aby se zabránilo současnému vytápění a chlazení; použití termostatů s časovače pro vypnutí topidel po skončení pracovní směny; Měření venkovní teploty pro odpovídající nastavení teploty horké vody přiváděné do radiátorů a topných spirál. OP 6 5.4. Minimalizace úniku tepla zlepšit zateplení budov; oprava rozbitých oken; instalace oken s dvojitým nebo trojitým sklem; omezit průvan; samouzavírací klapky v systému nasávání vzduchu k zamezení průniku venkovního vzduchu, v případě, že je zařízení vypnuto. OP 6 5.5. Minimalizace výroby tepla zlepšit zateplování budov a používat venkovní sluneční zastínění; snížit intenzitu osvětlení kde je to možné, a vypnout zbytečné svícení; využívejte denní světlo, kde je to možné; izolovat zařízení generující teplo. OP 6 5.6. Rekuperace tepla a další možnosti úspory energie teplo nebo chlad je odejmut z odpadního vzduchu a přenesen rotačním výměníkem tepla do vháněného vzduchu; systém tepelných trubic: uzavřený dvoufázový systém pro přenos tepla oběhem parní a kapalné fáze, přenos energie z odcházejícího vzduchu do sání; stacionární tepelné výměníky vzduch-vzduch; voda/ glykol tepelná smyčka pro přenos tepla; systémy na bázi tepelných čerpadel: Odpadní teplo se "napumpuje" na vyšší teplotní úroveň k opětovnému použití.



Vyhněte se používání elektrických odporových ohřívačů, které znamenají plýtvání energií. Pokud je jejich použití nevyhnutelné, opatřete je časovým spínačem, který je automaticky vypne, když nejsou potřeba. Zvažte alternativní zdroje tepla, jako je využití sluneční energie, nebo podzemní tepelná čerpadla. Zvažte použití chillerů. Používají elektrický poháněný kompresor pro transport tepla, které je vedeno z výparníku do kondenzátoru, kde je vypouštěno do prostředí (viz obrázek 25, zjednodušené schéma). OBRÁZEK 25. KOMPRESNÍ A ABSORPČNÍ CHILLERY Compression chilling

7 kWh

Heat

Absorption chilling

11 kWh

Condenser

Heat

Condenser vapour

Electricity Compressor

Heat Generator

1 kWh liquid

5 kWh absorbent

Absorber

Evaporator vapour

liquid chilled warm water water out in Heat 6 kWh

OP 6

liquid

Evaporator vapour chilled water out Heat 6 kWh


Využití teply k vytápění Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. vytápějte pouze obývané prostory 2. nastavte termostaty na min. komfortní teplotu 3. minimalizujte ztráty teplého vzduchu 4. udržujte topná tělesa čistá 5. izolace potrubí v nevytápěných prostorách 6. kontrola kondenzačních pastí 7. odvzdušnění topných systémů 8. časové spínače 9. manuální kontrola tam kde jeto vhodné Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. instalujte spolehlivější termostaty 2. motorizované ventily k rozdělní budov na zóny 3. vzduchové clony 4. změna zdrojů energie 5. změna systému vytápění tam, kde je: IZOLACE VENTILACE VYUŽITÍ dobrá intenzivní zářivé teplo špatná nízká konvektivní teplo 6. zlepšení izolace budov -


warm water in


Osvětlení Příležitosti k úspoře energie 1. efektivnější zářivky jsou v souladu s požadovanými úrovněmi osvětlení a podání barev 2. efektivní užití lamp 3. udržujte světelné zdroje a svítidla čistá, bez prachu a špíny 4. vypněte světla tam, kde není potřeba osvětlení 5. automatické ovládání osvětlení (hodiny a/ nebo fotobuňky) 6. co nejlépe využít denního světla 7. vyhněte se absorpci světla okolím (světlé stěny, stropy, a podlahy) 8. vyměňte svítidla, která překročila svou životnost 9. nálepky "vypnout" a "šetři" jako nástroj dobrého hospodaření 10. nové technologie s cílem snížit náklady na instalaci, jako například infračervené přepínání 11. Rozdělte osvětlení velkého prostoru do několika samostatných osvětlovacích skupin 12. Používejte detekční spínače 13. Plynule měnitelný osvětlovací systém (např. vysokofrekvenční zářivkové osvětlení)

Akce/ kontrola -

-

Plášť budovy Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. tepelná izolace podlah 2. tepelná izolace stěn 3. tepelná izolace stropu 4. dvojitá skla se sluneční fólií -

Air-conditioning Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. použití systémů skladování tepelné energie 2. zastínění oken -

Centrální topení Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. regulace teploty ohrávané vody v závislosti na venkovní teplotě 2. časovače pro spínání kotle 3. Izolované trubky 4. izolované bojlery Nízké náklady / krátkodobé příležitosti



Příležitosti k úspoře energie 1. rozdělte velké plochy na menší skupiny. 2. užijte radiační topení tam, kde jsou vyžadovány velké poměry ventilace 3. tlaková ventilace v prostorách vyšších než 6 metrů

Akce/ kontrola -

Ventilační systém Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola Nízké náklady / krátkodobé příležitosti Příležitosti k úspoře energie Akce/ kontrola 1. zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu 2. redukce větrání  časovače  pohybové senzory  kvalita vzduchu  frekvenční řízení větráků 3. úniky otevíráním dveří  tepelná izolace  závěsy  vzduchové polštáře  automatické dveře  gumové těsnění mezi dveřmi a podlahou Source: www.bess-project.info

OP 6


Jak snižovat spotřebu energie v budovách V prostorách s dobře řízenými systémy mohou být náklady na topení až o 15-35% nižší, než ve špatně zajištěných budovách. V běžné kanceláři můžete s využitím denního světla snížit náklady na osvětlení o 19%. OP 6 7.1. Literatura 1. Carbon Trust www.carbontrust.co.uk Examples a. Heating, ventilation and air conditioning, saving energy without compromising comfort, CTV003, b. Lighting technology overview CTV021 c. Energy Saving Fact Sheet Air conditioning, GIL120 d. Energy Saving Fact Sheet Ventilation, GIL130 e. How to maintain your heating system, GIL156 f.

Assessing the energy use in your building, CTL 003

g. Degree days for energy management, CTG 004

2. Degree days: Eurostat website http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/energy/data/database




OP 7

Jak zlepšit energetickou efektivitu motorů a pohonů

1. Úvod

Existuje celá řada možností na zvýšení energetické efektivity, zde jsou některé z nich:  výhody řízení motorů a jak na to;  oprava nebo výměna;  opatření ke zmírnění nedostatků nadrozměrných pohonných systémů;  výhody vysoce účinných motorů;  frekvenční měniče, možnosti a přínos;  jak zlepšit systému distribuce energie v závodě;  opatření v rámci dobrého hospodaření.

OP 7

2. Provozní charakteristiky střídavých elektrických motorů

Nejdůležitější provozní charakteristiky určující výběr elektrického motoru jsou: výkon; požadovaná rychlost rotoru; požadovaný točivý moment a napájecí napětí. Účinnost motoru se mění se zatížením. Úinnost je poměrně stabilní mezi 70 a 80% zatížení a mírně se sníží mezi 80% a plným zatížením, a od 70% do 50% zatížení. Pod 50% zatížení se účinnost začíná výrazně zhoršovat. Rychlost střídavého indukčního elektromotoru je závislá na síťové frekvenci (50 Hz), počtu pólů a charakteristice skluzu mezi magnetickým polem statoru a rotoru (při plném zatížení se může pohybovat mezi <1% až 5%). Běžné synchronní rychlosti jsou: 3000 ot/ min. (2 póly); 1500 ot/ min. (4 póly); 1000 ot/ min. (6 pólů); a 750 ot/ min. (8 pólů). Nicméně, mnoho aplikací vyžaduje otáčky, které se od těchto standardních rychlostí liší. Z tohoto důvodu jsou motor a zařízení obvykle propojeny převodovkou nebo variabilním pohonem. Systém by měl být dostatečně robustní, aby dodával požadovaný proud při zachování napájecího napětí na přijatelné úrovni. Výkon motoru je výrazně ovlivněn tehdy, když pracuje při napětí +/- 10% nebo více jeho jmenovitého napětí.

OP 7

3. Třídy účinnosti motorů a zásady jejich používání v EU

V posledních letech se na trh dostaly vysoce efektivní střídavé elektromotory, které nabízí za značné úspory energie za rozumnou hodnotu. Pro výkon v rozsahu do 90 kW se Evropská komise a CEMEP, Evropský výbor výrobců elektrických strojů a výkonové elektroniky, dohodly na schématu klasifikace účinnosti motorů, které rozlišuje tři kategorie úinnosti známé jako EFF1 , EFF2 a EFF3, použitelné pro 2pólové a 4pólové motory. Všichni výrobci, kteří přistoupili na tuto dohodu, umísťují na motorech loga umožňující snadnou identifikaci třídy účinnosti motoru. Tabulka 18 zobrazuje třídy účinnosti. EU TŘÍDY ELEKTRICKÝCH MOTORŮ

kW

1.1 1.5 2.2 3 4

EFF3 2 & 4pole (%) < 76.2 < 78.5 < 81.0 < 82.6 < 84.2

EFF2 2 & 4pole (%) ≥ 76.2 ≥ 78.5 ≥ 81.0 ≥ 82.6 ≥ 84.2

EFF1 2pole (%) ≥ 82.2 ≥ 84.1 ≥ 85.6 ≥ 86.7 ≥ 87.6


EFF1 4pole (%) ≥ 83.8 ≥ 85.0 ≥ 86.4 ≥ 87.4 ≥ 88.3


5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 90

< 85.7 < 87.0 < 88.4 < 89.4 < 90.0 < 90.5 < 91.4 < 92.0 < 92.5 < 93.0 < 93.6 < 93.9

≥ 85.7 ≥ 87.0 ≥ 88.4 ≥ 89.4 ≥ 90.0 ≥ 90.5 ≥ 91.4 ≥ 92.0 ≥ 92.5 ≥ 93.0 ≥ 93.6 ≥ 93.9

≥ 88.6 ≥ 89.5 ≥ 90.5 ≥ 91.3 ≥ 91.8 ≥ 92.2 ≥ 92.9 ≥ 93.3 ≥ 93.7 ≥ 94.0 ≥ 94.6 ≥ 95.0

≥ 89.3 ≥ 90.1 ≥ 91.0 ≥ 91.8 ≥ 92.2 ≥ 92.6 ≥ 93.2 ≥ 93.6 ≥ 93.9 ≥ 94.2 ≥ 94.7 ≥ 95.0

Více informací najdete zde:  “Definition of Standards for High Efficiency Electric Motors”, May 2004, OPET Network Slovenija  the Euro-DEEM data base (see http://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/eurodeem/). Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) vydala normu IEC 60034-30 "třídy efektivity jedno rychlostních třífázových asynchronních motorů nakrátko (IE-code)", která rozlišuje čtyři třídy účinnosti pro elektrické motory od 0,75 kW do 375 kW. Tabulka 19 obsahuje stručné srovnání dvou tříd SROVNÁNÍ IEC A EU TŘÍD MOTORŮ

IEC class IE1 IE2 IE3 IE4

EU EFF class EFF2 EFF1

Description Standard motor High Efficiency motor Premium Efficiency motor Super Premium motor

Třídy účinnosti IE3 jsou nastaveny ve srovnání s IE2 (tj. EFF1) s 15 až 20% nižší ztrátou. IE4 ještě není definována, ale počítá se s ní pro příští aktualizaci normy IEC. Údaje o účinnosti, IE1,2, a 3 lze nalézt ve výše uvedené normě IEC. Kromě toho, informace o třídách účinnosti IE1, 2 a 3, lze nalézt v příručce Boteler, et al., Zürich 2009 viz www.motorsystems.org.

OP 7

4. Správa motorů

S programem správy motorů můžete plánovat výměnu motorů a pohonů na základě znalostí a přehledu stávajících motorů, pohonů, jejich opotřebení a kvalitě. To je užitečný nástroj k posouzení úspor energie i nákladů, omezení prostojů a minimalizace přerušení výroby v případě poruchy motoru. Program správy motorů se skládá ze dvou částí:  Seznam motorů;  Časové a zátěžové profily. OP 7 4.1. Seznam motorů Chcete-li začít, rozdělte výrobní závod do logických oblastí a sestavte seznam všech motorů podle výkonu - od největšího k nejnižšímu. Měli byste definovat minimální prahové hodnoty týkající se



kapacity a provozních hodin. Přičemž velmi malé motory, nebo motory s nízkou mírou užití jsou ze seznamu vyřazeny. Tento seznam by měl obsahovat všechny důležité informace o motorech, jako například:  identifikace motoru a typový štítek;  použití (např. kotlové napájecí vodní čerpadlo, kontinuální nebo přerušovaný provoz);  rychlost motoru a poháněné zařízení;  typ regulace otáček;  konstrukce a účinnost;  provozní napětí, proud a účiník;  průměrný počet provozních hodin za rok;  průměrné zatížení motoru a průměrná účinnost motoru;  počet a typ oprav. Požadovaná měření (třífázové napájení) pro každý motor:  napětí mezi všemi třemi fázemi;  hodnoty proudu pro všechny tři fáze;  účiník na všech třech fázích;  pracovní otáčky motoru a řízení zatížení. OP 7 4.2. Spouštěcí profily Druhý užitečný nástroj je vypracování spouštěcích profilů pro skupinu větších motorů s cílem shromáždit podrobnější informace o ročních provozních hodinách, zatížení a účinnosti. To vyžaduje řadu měření, které jsou popsány v seznamu motorů, u různých směn a v různých ročních obdobích. Profily mohou být užitečné při rozhodování o nahrazení provozně neefektivních a/ nebo nadrozměrných motorů a možností variabilního řízení rychlosti.

OP 7

5. Hlavní oblasti zvyšování energetické efektivity

K dispozici jsou čtyři možnosti:  náhrada standardních motorů vysoce účinnými motory;  výměna nadrozměrných motorů za menší, vysoce účinné motory;  instalace frekvenčních měničů jako forma řízení výroby;  měřítka správné údržby. OP 7 5.1. Příklad pro motory třídy EFF1 Výpočet roční úspory energie: Úspora = hod. x kW x %FL x (€/kWh) x (100/ηstandard -100/ηHE) Úspora = roční úspora nákladů na elektřinu €/rok Hod = roční provoz (hodiny) kW = výkon motoru (kW) %FL = průměrná frakce jmenovitého výkonu (%) €/kWh = cena elektřiny (€/kWh) ηstandard = účinnost motoru (%) ηHE = účinnost HE motoru (%) PŘÍKLAD 4pólový motor o výkonu 22 kW pracuje se 75% zatížením 6 000 hodin ročně, cena elektřiny je 0.08 €/kWh. Motor byl jednou převinut. Jaká bude roční úspora, když bude nahrazen HE motorem? Standardní účinnost je 90%, a třída EFF1 má účinnost 92.6%. Roční úspora je = 6,000 x 22 x 0.75 x 0.08 x (100/90 - 100/92.6) = 247 €/rok. Investice do HE motoru je okolo 700 €. Prostá návratnost je 2.8 roků.



6. Jak zlepšit efektivitu naddimenzovaných pohonných systémů

OP 7

V důsledku konzervativních technických postupů jsou pohonné systémy často podstatně větší, než je nutné. Například odstředivá čerpadla bývají velká, protože mají v rámci konstrukčních kroků přidánu bezpečnostní rezervu, aby bylo zajištěno, že bude splňovat veškeré záruky. Kromě toho se mohou změnit provozní podmínky ve výrobě, což má za následek ještě více nadměrných systémů. V důsledku toho pracují poháněné zařízení a elektrický motor mimo optimální účinnost. OP 7 6.1. Výměna oběžných kol naddimenzovaných čerpadel Pracuje-li čerpadlo za podmínek, které jsou výrazně odlišné od konstrukčního zadání, například proto, že tlak v systému je mnohem nižší, než se předpokládalo, dochází vzhledem k řízení toku škrcením, nebo průchodu proudění, k plýtvání energií. U tohoto typu operací, můžete zvážit výměnu oběžného kola čerpadla, nebo jeho zmenšení (průměru). To by mělo být vždy provedeno na základě konzultací s výrobcem čerpadel, aby oběžné kolo dosáhlo přijatelných rozměrů. Pokud zmenšení není možné, lze uvažovat o výměně oběžného kola za kolo s menším průměrem. Obrázek 26 zobrazuje účinek v křivce čerpadla diagramu. OBRÁZEK 26. EFEKT VÝMĚNY KOLA ČERPADLA 40

35 Pump Curve with new impeller

30

Pump Curve with existing impeller

B scope for energy savings with new impeller

Pump head (m)

25 Real System Curve incl Control Valve

A

20 D C

System Design Curve

15

Real System Curve 10

5

0 0

20

40

60

80

100

120

140

Flow rate (%)

   

bod A je původní návrh pracovní bodu čerpadla; bod B je skutečný pracovní bod čerpadla; ovládání škrcení průtoku (škrcení toku z bodu C do B), znamená další ztráty v křivce výkonu (viz tečkovaná čára); skutečná křivky výkonu - bez ztráty škrcením - bod D je ideálním pracovním bodem čerpadla (samozřejmě s určitou rezervou při změnách průtoku).

Snížení požadovaného výkonu s novým oběžným kolem je možno vypočítat podle následujícího vzorce: P2 = P1 x (H2 x Q2)/ (H1 x Q1) x (η1/ η2) Q H η 1 2

= výkon (m3/h) = dopravní výška (m sloupce kapaliny) = hydraulická účinnost (%) = s originálním kolem = po změně



Pokud se nemění průtok (Q1 = Q2) vzorec je: P2 = P1 x (H2 / H1) x (η1 / η2) PŘÍKLAD Předpokládejme, že máme 110 kW čerpadlo, provozní doba 6 000 hodin za rok, je vybaveno novým oběžným kolem, které sníží požadovanou výšku sloupce z 28 m na 20 m, aby došlo ke zlepšení účinnosti z 60% na 70%. Výkon se s novým oběžným kolem sníží na: P2 = 110 x (20/28) x (60/70) = 67 kW; roční úspora energie bude (110 - 67) x 6,000 = 258 000 kWh. V případě, že cena je 0,08 kWh €/ kWh, roční úspory nákladů 20 640 €. OP 7 6.2. Výměna velkých nebo poddimenzovaných motorů Ze stejných důvodů, které byly zmíněny dříve, pracují motory zřídka na plné zatížení. Motory, které pracující na měně, než 50 % výkonu, nejsou v chemickém průmyslu žádnou výjimkou. Provozní efektivita a zatížení motoru musí být odvozeny z terénních měření a informací na typovém štítku motoru. Pro výpočet částečného zatížení motoru potřebujete změřit napětí, proud a účiník pro všechny tři fáze zatížení motoru. P = Voltageavg x Ampavg x PFavg x √3 P = zatížení motoru Voltageavg = průměrné napětí ve 3 fázích Ampavg = průměrný proud ve 3 fázích PFavg = průměrný účiník ve 3 fázích

OP 7

7. Technologie regulovaných pohonů

Regulace průtoku kapaliny u čerpadel, ventilátorů a kompresorů, poháněných elektrickým indukčním motorem, který běží se stálou rychlostí, je zpravidla zajištěna škrticími ventily umístěnými na výstupní nebo sací straně zařízení, nebo na obtoku. V takovém případě je část proudu obchází spotřebiče a je veden zpět na sací stranu. OP 7 7.1. Mechanické a hydraulické regulované pohony Mechanické frekvenční měniče používají mechanismus skládající se ze stavitelného pásu a řemenice na zajištění variabilní rychlosti přenosu mezi motorem a poháněným zařízením motorem - pevné výstupní otáčky s proměnnou rychlostí výstupu. Hydraulické frekvenční měniče používají hydraulickou spojku, která přenáší krouticí moment hydraulickým olejem. Výstupní otáčky se nastavují řízením skluzu mezi dvěma hydraulickými spojovacími částmi (tj. konstantní rychlost na straně motoru a variabilní rychlost na hnané straně). Hydraulická spojka je ovládána pomocí hydraulického olejového systému s čerpadly a chladičem. OP 7 7.2. Pohon s proměnnými otáčkami na bázi vířivých proudů Stejně jako hydraulické spojky, je i měnič otáček na bázi vířivých proudů typem řízeného ovládání otáček změnou skluzu. Účinnost vířivých proudů závisí na velikosti skluzu (tedy rozdíl mezi rychlostí při plném zatížení a provozní rychlosti). Například při 80% rychlosti se může účinnost pohybovat v rozmezí 76-80%. Ve srovnání s moderními elektronickými VSD jsou vířivé jednotky méně efektivní. Ve srovnání s elektronickými VSD mají relativně vysoké mechanické ztráty. OP 7 7.3. Více rychlostní motory Střídavý motor může být vybaven různými konfiguracemi vinutí pro provoz motoru dvěma nebo čtyřmi odlišnými rychlostmi. Vícenásobné motory jsou nejčastěji použity v situacích, kde je vyžadováno stupňovité řízení toku. Typickým příkladem jsou ventilační systémy a větráky chladicích věží.



OP 7 7.4. Invertory Normální střídavý elektrický motor pracuje s pevně nastavenou rychlostí určenou frekvencí dodávané elektrické energie (50 Hz). Indukované rotující magnetické pole v motoru je vázáno na frekvencí dodávané energie. Elektronická VSD technologie může převést pevnou frekvenci a pevné napětí střídavého proudu na proměnnou frekvenci a variabilní napětí střídavého proud za pomoci speciální elektroniky. Jak je znázorněno na obrázku 27, VSD se skládá z AC/ DC konvertoru, který převádí střídavý proud na stejnosměrný proud, DC filtr vytváří správný stejnosměrný proud a nakonec DC/ AC inventor, který mění stejnosměrné napětí na proměnné střídavé napětí s proměnnou frekvencí. Výstupní střídavý proud je pak dodáván do motoru. OBRÁZEK 27. KONFIGURACE ELEKTRONICKÉHO MĚNIČE OTÁČEK

3 Phase AC input 50 Hz AC/DC Converter

Variable frequency Variable voltage DC link + Filter

DC/AC Inverter

Motor

Existuje několik aspektů, které je nutné před instalací VSD zvážit:  Je možné, že současná střídavý elektromotor není vhodný pro použití s elektronickým VSD, a to vzhledem k povaze syntetizovaného průběhu napětí. Takže s největší pravděpodobností je nutné zvolit výměnu za HE motor;  VSD by mohlo vytvořit v systému dodávek elektrické energie harmonické kmity vyšší frekvence, které mohou mít vliv na ostatní spotřebiče. V takovém případě bude muset použít harmonické filtry, které by měly být instalovány tak jako tak;  Vzhledem k výkonné elektronice v systému, musí být VSD umístěny v čistém a suchém prostředí. Současný vývoj umožnil integrovat frekvenční měnič do motoru. To má řadu výhod, jako je například nižší náklady na instalaci a odstranění problémů s elektromagnetickým rušením, atd. Příklad integrovaného VCD je znázorněn na obrázku 28. OBRÁZEK 28. INTEGROVANÝ VSD

Source: Siemens



V současné době se používají pro malé výkony (cca do 15 kW). Existují různé druhy elektronických VSD a výběr nejvhodnějšího typu byste měli konzultovat s kvalifikovaným dodavatelem.

OP 7

8. Výhody a možnosti regulovaných pohonů

OP 7 8.1. Využití točivého momentu Potenciál na úsporu energie u pohonů s proměnnými otáčkami závisí na typu točivého momentu, který je pro aplikaci potřebný. Pohony s více proměnným točivým momentem budou vytvářet relativně větší úspory, než ty s konstantním momentem, protože zde vstupní energie klesá téměř lineárně s rychlostí, ale u proměnného točivého momentu se sníží na druhou odmocninu rychlosti. Z tohoto důvodu jsou nejpoužívanější u těchto zařízení: pumpy, vzduchové ventilátory, výrobní kompresory, vzduchové kompresory a dopravníky. OP 7 8.2. Pumpy Nejběžnější řízení průtoku v pumpách je regulační ventil na výstupu čerpadla. To často vede k plýtvání energií, protože čerpadlo není spuštěno v optimálním okamžiku. Použití pohonu s proměnnou rychlostí namísto škrticího ventilu může vést k podstatnému zlepšení energetické účinnosti a tudíž úspoře nákladů. OBRÁZEK 29. POROVNÁNÍ ÚSPORY ENERGIE U PUMPY S VSD A REGULAČNÍM VENTILEM 100

90

80

70

Input power (%)

Control valve part load curve 60

50

40 VSD part load curve 30

20

10

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Flow rate (%)

Vodorovná osa udává průtok jako procentuální podíl z konstruovaného průtoku. Svislá osa je příkon jako procentuální stupnice napětí na měniči VSD. Při ovládání plynu ventilu se požadovaný výkon snižuje téměř lineárně se snížením průtoku (účinnost čerpadla bude také snížena). Pomocí pohonu VSD s proměnnou rychlostí se výkon snižuje více, nebo méně s druhou odmocninou klesajícího průtoku (s třetí odmocninou rychlosti). V tomto příkladu může být VSD použit až do průtoku 30%. Pod tímto bodem již rychlost čerpadla nestačí poskytnout dostatek výstupního tlaku, aby odpovídal tlaku v systému (zejména statické hlavní části). Vzhledem k přirozeným ztrátám ve VSD je to méně efektivní, než použití regulačního ventilu při průtokových rychlostech mezi 100% a 95%. OP 7 8.3. Vzduchové ventilátory Podobně jako se používá regulační ventil s čerpadlem, jsou k řízení průtoku ventilátoru často používány klapky. Snížení rychlosti je mnohem energeticky účinnější forma kontroly.



OBRÁZEK 30. SROVNÁNÍ SNÍŽENÍ ZATÍŽENÍ U VENTILÁTORÚ S MĚNIČEM A KLAPKOU 100

90

80

70

Input power (%)

Damper part load curve 60

50 VSD part load curve 40

30

20

10

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Flow rate (%)

Příklad úspory energie s VSD Ventilátor pracuje 6 000 hodin za rok, průměrným ročním průtokem 60% jeho projektované kapacity. Max. výkon je 160 kW. U ventilátoru se škrticí klapkou je roční příkon: 68% x 160 kW x 6,000 hod = 652,800 kWh/rok S VSD je roční příkon: 38% x 160 kW x 6,000 hod = 364,800 kWh Roční úspora s VSD je 288,000 kWh. S cenou 0.08 €/kWh je úspora €23,040 za rok. OP 7 8.4. (Vzduchové) kompresory Využití pohonů s proměnnými otáčkami u kompresorů velice závisí na typu kompresoru, typu momentu (více konstantní nebo proměnný) a na způsobu regulace výkonu. Pro odstředivé kompresory nebo axiální kompresory pracující v systému s vysokým sloupcem jsou pohony s proměnnými otáčkami méně pravděpodobnými kandidáty. Seznam opatření pro motory a pohony: Opatření pro dobré hospodaření vypněte motory, když nejsou v provozu, omezte provoz čerpadel pracujících delší dobu, než je nutné, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

obtokem zajistěte pravidelnou údržbu na všech složkách pohonného systému zkontrolujte spínání spojky, mazání, a údržbu těsnění čerpadla vyměňte vadná těsnění a ucpávky pravidelně kontrolujte stav elektrického motoru, mimo jiné stav izolace vinutí motoru proveďte kontrolu zařízení s pásovým pohonem. Shromažďujte údaje o počtu provozních hodin; určete kdy je efektivní výměna klínových řemeny za ozubené pásy nebo synchronní řemeny proveďte kontrolu kvality distribuce elektrické energie v závodě zkontrolujte, zda distribučním systému nevyskytují nerovnoměrně rozvržené jednofázové spotřebiče eliminujte nerovnováhu napětí, protože může vážně snížit výkon a zkrátit životnost třífázových motorů eliminujte nadměrné úbytky napětí v systému zkontrolujte účiník v distribučním systému a hledejte opatření ke zlepšení účiníku



Další opatření ke zlepšení: Motory Příležitosti k úsporám 1. snažte se docílit, aby kapacita motoru nebyla i při plném zatížení využívána více, než na 25%. 2. nainstalujte regulátory motorů (napětí, účiník a řadiče pevných rychlostí). 3. zabudovat zařízení na měkký start 4. instalujte frekvenční měniče 5. naistalujte vysoce účinné motory Source: www.bess-project.info

OP 7

Akce/ kontrola -


Osvědčený postup - Jak zlepšit energetickou efektivitu motorů a pohonů Jako součást velké skupiny opatření, které dohromady vedly k úsporám energie více než 40% základním zatížení, chemický podnik nahradil staré elektrické motory s nízkou účinností motory s vysokou účinností. Toto opatření uspořilo 10% energie při době návratnosti 2 roky.

OP 7 9.1. Literatura 1. Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Examples a. Variable speed drives, Introducing energy savings opportunities for business, CTG006 b. Compressed air CTV017 c. Motors and drives CTV016 2. Improving Motor and Drive System Performance: a Sourcebook for Industry, US DOE, Office of EERE, http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/motors.html 3. Variable Speed Pumping, a Guide to Successful Applications, US DOE, Office of EERE, www.pumps.org, www.europump.org 4. Motor efficiency classes www.motorsystems.org




OP 8

Jak zlepšit energetickou efektivitu výrobní jednotky

1. Úvod

Chemické závody pracují s energeticky náročnými výrobními technologiemi. Proto zkoumání potenciálu na zlepšení energetické efektivity dává z obchodního hlediska smysl. Potenciál pro úspory energie může být identifikován jednak v rámci výrobních zařízení, a jednak v rámci technologických procesů při využití odpadního tepla.

OP 8

2. Výrobní oblasti s potenciálem ke zlepšení energetické efektivity.

OP 8 2.1. Destilace Destilace se používá u směsí surovin k oddělení prvků s různými body varu; zahříváním směsi na požadovanou teplotu, respektive v požadovaném rozsahu teplot varu, například k purifikaci produktu. Náměty na úspory:  další integrace tepla (viz systematická analýzu v bodu 5 tohoto postupu);  použití účinnější destilační kolony;  v některých případech lze pro destilaci použít méně energeticky náročné alternativy; mezi ně patří separace odpařováním s využitím membránové technologie. Odpařováním lze přímo oddělit azeotropní směsi; azeotropní směsi mají jeden bod varu (nižší, než ostatní čisté složky), takže s využitím klasické destilace nemůže být čistota produktu zvýšena a je zapotřebí speciální, energeticky více náročná azeotropická destilace;  optimalizace/ adaptace refluxního poměru/ poměru zpětného toku elektrické energie na jednotku produktu: mnoho destilačních kolon funguje s konstantním objemem zpětného toku elektřiny; změní-li se tok elektřiny vstupující do kolony, zpětný tok elektřiny často není adaptován. To se rovná plýtvání elektřinou, kterému je potřeba se vyhnout. Je třeba poznamenat, že první tři typy změn znamenají signifikantní modifikace tohoto procesu. Mohly by však být použity v případě re designu nebo rozšíření výroby. OP 8 2.2. Odpařování Náměty na úspory:  snížení množství vody, které musí být odpařeno. Jeden způsob, jak snížit množství vody je použití separačního stupně s využitím membránové technologie;  využití tepla odpařené vody v kondenzátoru pro nízkoteplotní vytápění;  další alternativou je využít mechanické re komprese par, například tepelné čerpadlo na stlačování páry a její užití jako topného média;  další možností je použití účinnějších vícestupňových výparníků. OP 8 2.3. Sušení Náměty na úspory:  snížení obsahu vody v pevné látce před tím, než se vysuší. To vyžaduje změny postupů, jako například instalaci speciálního typu čerpadla vhodného pro přepravu suspenzí s vyšší koncentrací pevných látek;  ujistěte se, že provoz sušičky je dobře kontrolovaný a horké plochy mají dostatečnou izolaci;  zvažte možnosti využití odpadního tepla z horkého vzduchu na výstupu ze sušárny.



OP 8

3. Úspory energie s využitím membránové technologie

Membránová technologie se v posledním desetiletí stala rozvinutou separační technologií s celou řadou aplikací. Velkou výhodou membránové technologie je poměrně nízká spotřeba energie ve srovnání s jinými technologiemi separace, jako je destilace a odpaření. OBRÁZEK 31. PRINCIP MEMBRÁNOVÉ SEPARAČNÍ TECHNOLOGIE

Membrane Module Feed Solution

Retentate

Permeate

Napájecí roztok protéká membránou. Proud permeátu prochází stěnami membrány. Retentát stěnami membrány neprojde. Membránová technologie může být použita v celé řadě separačních technologií:    



tlakově řízená membránová filtrace, jako je například: mikro, ultra, nano - filtrace a reverzní osmózová filtrace k čištění kapalin, například při úpravě vody; elektro-membránová technologie, kde membrány slouží k oddělení nabitých částic (technologie kombinující elektrolýzu a membránovou technologie); plynové separační membrány, pro oddělování plynů jako CO2 a vodík; pervaporační membrány používané například na rozbití azeotropních směsi. V poslední době byly vyvinuty keramické membrány na bázi pervaporace, které jsou vhodné pro provozní teploty nad 100 °C (namísto společných polymerních membrán, které mohou být aplikovány jen do 100 °C); pertrakce s kapalnými membránami; kapalná membrána je tvořena porézní strukturou z polymerních nátěrů v membránových pórech. Polymer je zvolen pro svou afinitu ke komponentům, které mají být odděleny z filtrované látky. Kapalné membrány s polymerním povlakem umožňují přepravu látek ve dvou kapalných fázích (dávkovací a stripovací roztoky), oddělených membránou. Typické použití je při zpracování odpadních vod. Například, přitékající odpadní voda znečištěná aromatickými nebo chlorovanými uhlovodíků může být čištěna absorpcí do organického extrakčního činidla. Membrána je rozhraní mezi odpadními vodami a extraktantem. Skutečnost, že extrakční činidlo je uchováváno odděleně od odpadní vody, je ve srovnání s konvenčními extrakčními postupy, které vyžadují další separační krok, velkou výhodou.

OP 8

4. Zařízení na rekuperaci tepla

Různé techniky rekuperace tepla jsou k dispozici pro zachycení a opakované užití části odpadního tepla, které vzniká z chemických procesů. Vysokoteplotní zařízení na rekuperaci:  rekuperace pomocí výměníků tepla na využití odpadní tepla spalin. Na vysoké teploty, jsou na trhu k dispozici keramické rekuperátory;  regenerátory získávající teplo ze spalin k předhřívání spalovacího vzduchu pro pece a kotle. Výměníky tepla jsou dostupné v široké škále typů, které pokrývají celý rozsah teplot odpadního tepla.



Jednou z nejčastějších aplikací na regeneraci tepla je použití horkých spalin pro předehřev spalovacího vzduchu v pecích. Výrobní pece často pracují s poměrně vysokými teplotami, a proto mají poměrně nízkou účinnost. Rekuperace části tepla ze spalin na předehřívání spalovacího vzduchu může podstatně zvýšit účinnost paliva. Zajímavým řešením je samo-rekuperační hořák, který má rekuperátor plně integrovaný v konstrukci hořáku. OBRÁZEK 32. SAMO-REKUPARAČNÍ HOŘÁK

Source: Hauck Manufacturing, USA

Instalace zařízení pro vysokoteplotní rekuperaci tepla vyžaduje pečlivé projektování a výstavbu, které musí být provedeny kvalifikovanými odborníky. Je nutné věnovat pozornost:    

důsledkům poklesu tlaku spalovacího vzduchu v topeništi, a zda tyto změny jsou přijatelné pro pece a mohou být vyřešeny ventilátory vzduchu, nebo je zapotřebí indukovaný ventilátor; dopadům na ovládání pece; jaké modifikace hořáku jsou vyžadovány pro práci s vyšší teplotou spalovacího vzduchu; delší doba trvání údržby zařízení, aby se zabránilo zanášení a korozi, která by mohla zcela eliminovat předpokládané úspory energie.

OP 8

5. Analýza rekuperace tepla

Metoda se skládá ze dvou kroků:  za prvé, analýza minimálního požadovaného tepelného příkonu a výkonu chlazení porovnáním chladicího výkonu (určený k ohřevu) a celkového objemu tepla (které je třeba chladit), a jak mohou být vzájemně propojeny pro dosažení optimální výměny tepla;  za druhé, (re) konstrukce sítě výměníků tepla pro snížení tepelných nároků na vstupu. 5.1. Analýza minimálního tepelného příkonu a požadavky na výkon chlazení Procesní toky jsou reprezentovány jako sada energetických toků v závislosti na tepelném zatížení (kW) proti teplotě (° C). Všechny výrobní toky v závodě, které musí být chlazeny (horké proudy), jsou vyjádřeny kompozitní tepelnou křivkou. Kompozitní křivka je vztah mezi celkovými službami v kW a teplotou výrobních toků. Všechny studené toky v závodě, které je třeba zahřát, jsou vyjádřeny kompozitní chladicí křivkou. OP 8



V následujícím příkladu je znázorněno, jak se vyvíjejí kompozitní křivky. Jsou zde dva horké a dva studené toky o cílových teplotách, jak je uvedeno v tabulce 20. PROCESNÍ PROUDY

Stream

Type

1 2 Total 3 4 Total

hot hot hot cold cold cold

Supply Temperature (C) 200 150

Target Temperature (C) 100 60

80 50

120 220

Duty Q (kW) 2000 3600 5600 3200 2550 5750

mCp (kW/C) 20 40 80 15

Přenos tepla daň lze vyjádřit následujícím vzorcem: Q = m x Cp x ΔT (kW) → mCp = Q/ ΔT (kW/°C) Q m Cp mCp

= dodávka tepla (kW) = hmotnostní průtok (kg/sec) = tepelný obsah (kJ/kg/°C = kapacita tepleného toku (kW/°C)

Chcete-li nastavit kompozitní křivky, potřebujete znát hmotnostní průtok, CP a zásobování a cílové teploty procesních proudů.

OBRÁZEK 33. HORKÁ A STUDENÁ KOMPOZITNÍ KŘIVKA



Diagram a) ukazuje jednotlivé horké toky v diagramu teplota/ výkon. Z tohoto diagramu může být vytvořena horká křivka, přidáním hodnoty MCP ke každému teplotnímu intervalu, jak je znázorněno v diagramu b). Teplotní intervaly pro horké toky.   

200-150°C mCp = 20 150-100°C mCp = 60 100-60°C mCp = 40

To samé lze udělat pro chladné toky. Zde teplotní intervaly jsou:   

50-80°C mCp = 15 80-120°C mCp = 98 120-220°C mCp = 15

Chcete-li určit minimální energetickou potřebu pro daný proces, studená složená křivka se nyní postupně posouvá k horké složené křivce až do minimálního přijatelného teplotního rozdílu pro přenos tepla. To je znázorněno na obrázku 34.

OBRÁZEK 34. STANOVENÍ ENERGETICKÝCH CÍLŮ

C 220 200

min. req. heat input

150 120 100 80 60 50

min. acceptable pinch temp. difference min. req. cooling kW 0

2000

4000

6000



Horizontální osa nyní ukazuje pouze rozdíly daní mezi chlazením a topením Z této složené křivky, můžete nyní určit minimální požadovaný tepelný příkon procesu a minimální požadované chlazení s maximální (teoretickou) rekuperací tepla. OBRÁZEK 35. PRACOVNÍ INTERVALY PRO OPTIMÁLNÍ SÍTĚ TEPELNÝCH VÝMĚNÍKŮ 1

2

3

C

C

B

A

kW

Intervaly A, B, a C, respektive 1, 2, a 3. Optimální výměna tepla by se měla uskutečnit v rámci těchto intervalů. Pro každý interval jsou známé horké a studené proudy, stejně jako teplotní rozsah. To umožňuje vytvořit optimální síť tepelných výměníků.

OP 8


Níže naleznete doporučená opatření, která můžete použít jako výchozí bod ve vašem energetickém samohodnocení. Proces využívání tepla Příležitost k úspoře 1. izolace provozu 2. účinnost hořáku 3. maximalizujte součinitel tepelného přenosu 4. zlepšete měření (termostaty) 5. zvažte alternativní zdroj energie 6. zajistěte provoz při vysokém zatížení 7. eliminujte neekonomické prostoje 8. recyklujte tepelné ztráty zpět do výroby 9. recyklujte teplo pro jakékoliv použití 10. vyškolte obsluhu na vyhledávání příležitostí na úsporu energie Zdroj: www.bess-project.info

Akce/ kontrola -



OP 8


Osvědčený postup - jak zlepšit energetickou efektivitu ve výrobě CARE+ audit analyzoval chemický podnik (MSP), který je vybaven sušičkami s dvoustupňovými hořáky, což vedlo k poměrně vysoké spotřebě plynu. Výměna za typ kotlového hořáku, který je schopen pracovat s většinou známých paliv, by vedla ke snížení spotřeby plynu na 158 000 m 3 a nižšímu odběru elektrické energie a tím k úspoře přibližně 56 000 €. Kromě toho dává příležitost k přechodu na jiné palivo, pokud je to nutné. Náklady na investice do nového kotle jsou 81 250 € bez zásobníků. Dále je doporučeno modernizovat stávající keramické spalovací komory za cenu € 37 500. Celkové náklady na modernizaci by měly činit 120 000 €. Vezmeme-li v úvahu očekávané úspory, tato investice bude mít dobu návratnosti kolem 2 let. OP 8 7.1. Literatura 1. How to install industrial heat recovery equipment, CTL037 Carbon Trust www.carbontrust.co.uk 2. Pinch Analysis: For the Efficient Use of energy, Water & Hydrogen, ISBN: 0-662-34964-4; http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca 3. Sector Overview, Chemicals sector, Introducing energy saving opportunities for business, Carbon Trust CTV012; www.carbontrust.co.uk



PŘÍLOHA 1:

Reference a literatura

Při vývoji těchto osvědčených postupů bylo použito množství hodnotných informací, které byly zveřejněny mnoha organizacemi, které jsou v této oblasti aktivní. Následující seznam uvádí hlavní zdroje, které byly použity. Best Practices Energy Management, Energy Accounting, Energy Information System Practical energy management, Carbon Trust publication CTV023, www.carbontrust.co.uk Step by step to energy strategy, Carbon Trust publication CTV022; www.carbontrust.co.uk Guideline for energy management, EPA EnergyStar publication, www.energystar.gov/index Step by step guidance for the implementation of energy management, handbook Bess Project, www.bess-project.info Energy Efficiency Planning and Management Guide, Canadian Industry Program for Energy Conservation (CIPEC), http://oee.nrcan.gc.ca Energy Information Systems, Achieving Improved Energy Efficiency, Handbook published by the Office of Energy Efficiency of Natural resources Canada, http://oee.nrcan.gc.ca EMAS Energy Efficiency Toolkit for Small and Medium sized Enterprises, The European EcoManagement Audit Scheme, www.europa.eu.int/comm/environment/emas Several publications from SenterNovem on energy management, www.senternovem.nl/mja US DOE, Energy Efficiency and Renewable Energy, several publications on energy Management, www.eere.energy.gov Monitoring and targeting; Technigues to help organisations control and manage their energy use, Carbon Trust publication CTG008; www.carbontrust.co.uk Focus on Energy, A practical introduction to reducing energy bills, Actionenergy publication, www.actionenergy.org.uk Several publications from Commissie Auditconvenant energie efficiency; www.auditconvenant.be Osvědčený postupHow to improve your Steam Generation Performance Het Ketelhuis, Produktie en gebruik van stoom in de praktijk, N. Duinkerken, 2006, ISBN 10: 909021090-3 Stooktechnologie, Senternovem/VNCI publication Steam and high temperature hot water, introducing energy savings opportunities for business, Carbon Trust publication CTV018 Technology overview; www.carbontrust.co.uk Improving Steam System Performance, A Sourcebook for Industry, US DOE, Officie of Energy Efficiency and Renewable Energy, www.eere.energy.gov Steam System Opportunity Assessment for the Pulp and Paper, Chemical Manufacturing, and Petroleum Refining Industries, US DOE, Office of EERE Several other US DOE publications on energy savings technologies with steam www.eere.energy.gov Osvědčený postupHow to reduce the energy use of your compressed air system Compressed air, Introducing energy savings opportunities for business, Carbon Trust publication CTV017, Technology Overview Persluchtsystemen, Senternovem/VNCI publication



Druckluft Effizient, Compressed air facts, October 2003, VDMA Drucklufttechnik, Deutsche Energie Agentur Halten Sie die Luft an!, Austrian Energy Agency, www.eebetriebe.klimaaktiv.at. Several publication of US DOE, see www.eere.energy.gov/industry. Brochure Perslucht en energiebesparing, Nederlandse Rubber- en Kunststofindustrie, 2005, SenterNovem publication Improving Compressed Air System Performance, a Sourcebook for Industry, US DOE Office www.eere.energy.gov Osvědčený postupHow to reduce the energy use of your buildings Energy Efficiency Planning and Management Guide, Chapter HVAC, 2002, Canadian Industry Program Energy Conservation, ISBN 0-662-31457-3 Heating, ventilation and air conditioning, saving energy without compromising comfort, Carbon Trust CTV003 Technology Overview, www.carbontrust.co.uk Energy Saving Fact Sheet Air conditioning, Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Energy Saving Fact Sheet Ventilation, Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk How to maintain your heating system, Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Absorption Chiller Guideline, 1998, Southern California New Building Institute; www.newbuilings.org. Sustainable Manufacturing – Fact Sheet – HVAC TIPS; www.sustainable-energy.vic.gov.au. Carrying out an energy walk round, Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Assessing the energy use in your building, Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Degree days for energy management, a practical introduction, CTG 004 Carbon Trust, www.carbontrust.co.uk Osvědčený postupHow to improve Energy Efficiency with Motors and Drive Systems Variable speed drives, Introducing energy savings opportunities for business, Carbon Trust CTG006, www.carbontrust.co.uk Energy Savings Fact Sheet, Motors, Carbon Trust publication, www.carbontrust.co.uk Improving Motor and Drive System Performance: a Sourcebook for Industry, US DOE, Office of EERE www.eere.energy.gov Energy Management for Motor-Driven Systems, Gilbert A. McCoy Washington State University, 2000, US DOE publication Variable Speed Pumping, a Guide to Successful Applications, US DOE, Office of EERE, www.pumps.org, www.europump.org Several other US DOE publications www.eere.energy.gov Replacing an oversized and underloaded electric motor, Fact Sheet Motor Challenge, a US DOE Program Determining electric motor load and efficiency, Fact Sheet Motor Challenge, US DOE Definition of standards for high efficiency electric motors, “Jozef Stefan” Institute, OPET Slovenija, 2004; EU Commission (Energy and Transport) Motor MEPS Guide, Boteler et al., Conrad Brunner, Zürich 2009; www.motorsystems.org.



Pump Efficiency for Singe Stage Centrifugal Pumps, European guide, EU Commission, JRC and Future Energy Solutions (UK); http://energyefficiency.jrc.cec.int. Efficiency classes of single-speed, three-phase, cage-induction motors, IEC 60034-30, ISBN 2-83181013-0 Osvědčený postup How to improve Energy Efficiency in your Production Processes Sector Overview, Chemicals sector, Introducing energy saving opportunities for business, Carbon Trust publication CTV012; www.carbontrust.co.uk How to install industrial heat recovery equipment, Carbon Trust publication. Membraantechnologie, SenterNovem/VNCI publication; www.senternovem.nl/mja. Development of Supported Polymeric Liquid Membrane Technology for Aqueous MTBE Mitigation, July 202, EPRI report 1006577 Pinch Analysis: For the Efficient Use of energy, Water & Hydrogen, ISBN: 0-662-34964-4; http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca Pertraction for water treatment, TNO Knowledge for business; www.tno.nl. Pertraction through liquid membranes, S. Schlosser Pinchtechnologie en restwarmtebenutting, Senternovem/VNCI publication. Energy savings in distillation columns: the Linde column revisited, Giorgio Soave, et al. 2006, 16 th European Symposium on Computer Aided Engineering Osvědčený postupProcess Heating, DOE EERE programme, www.eere.energy.gov Cost Effective Solution from Direct-Fired Self-Recuperative Burners, Jake Mattern, 2006, Hauck Manufacturing Company, Pa USA.


827) Vydání: Výstup D9, součást pracovního balíčku 5 Datum: 27. listopadu 2009

Recommend Documents