Методы энергосбережения для промышленных предприятий
Михальченко Сергей Георгиевич
директор по развитию ООО «Альянс ПРОФИТ»
Тема статьи для нашего предприятия имеет двойное значение. Прежде всего, мы производители электрощитового оборудования. Выпускаем мы его на собственной производственной базе и очень заинтересованы в экономии платных ресурсов.
За несколько последних лет нам удалось проанализировать ряд методов модернизации, приводящей к сокращению расходов. Некоторые из них мы внедрили и даже получили первые экономические показатели. Что же нас подтолкнуло на этот шаг? По нашей оценке, существенную долю расходов составляют потребленные энергоресурсы и затраты по замене вышедшего из строя электротехнического оборудования здания. При грамотном подходе расходы по данным статьям можно значительно сократить.
И еще одна причина, которая сделала наше исследование актуальным, - ужесточение требований законодательства в части энергоэффективности и экологии. Небольшая справка:
■ Федеральный закон № 261-ФЗ от 18.11.2009 «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» озвучил основной тренд государства в области энергоэффективности.
■ Федеральный закон № 384-ФЗ от 23.11.2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» одной из своих целей предусматривает обеспечение энергоэффективности зданий.
■ Идет наполнение нормативной базы (http://energoeducation.ru/normativno-pravovaya-baza.php) федерального и регионального значения, в том числе, комитетом по энергетике и инженерному обеспечению Санкт-Петербурга озвучиваются «Меры по реализации Концепции повышения энергетической эффективности и стимулирования энергосбережения в Санкт-Петербурге». В Москве создается Центр энергоэффективности Министерства образования и науки РФ, начинается повсеместное проведение в образовательных учреждениях энергетического менеджмента, внедрение мер по повышению энергоэффективности зданий и работа с автоматизированной системой управления энергосбережением.
■ Начиная с 01.05.2012 вступает в действие ГОСТ Р 54862-2011, основанный на европейском стандарте EN 15232:2007, который определяет методы повышения энергоэффективности здания и предлагает варианты для автоматизации управления зданием с описанием функций, повышающих энергоэффективность здания, а также методы оценки результатов проводимых мероприятий.
■ С октября 2012 года действует ГОСТ Р ИСО 50001-2012 «Системы энергетического менеджмента».
■ Выходит Постановление Правительства РФ от 15.04.2014 № 321 «Об утверждении государственной программы Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики».
■ С начала 2017 года начнет действовать ГОСТ Р 56743-2015 «Измерение и верификация энергетической эффективности. Общие положения по определению экономии энергетических ресурсов», который детально определяет механизм оценки энергоэффективности проводимых мероприятий.
■ В зависимости от расхода энергоресурсов, определяемых в кВт*ч/м2 в год, каждому новому и реконструируемому зданию уже сейчас присваивается класс энергоэффективности (от 1 до 4) с применением прогрессивных тарифов на энергоресурсы. Ряд федеральных законов по экологии (1995 г. № 174-ФЗ «Об экологической экспертизе», 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», Постановление Правительства РФ от 03.09.2010 № 681) уже действуют давно, но с появлением в 2014 г. закона № 219-ФЗ «О внесении изменений в ФЗ «Об охране окружающей среды...» данные законы заработали, серьезно мотивируя к модернизации оборудования зданий, требуя сводить к минимуму влияние опасных веществ на окружающую среду и персонал.
Получается, что заниматься повышением энергоэффективности и экологической безопасности зданий необходимо как с экономической, так и с правовой точек зрения.
Вернемся к теме внедрения мероприятий по повышению энергоэффективности на нашем заводе. И приведем наше заключение по некоторым методам.
Организационные мероприятия на любом предприятии сильно отличаются в части модернизации производственных процессов, но большинство оставшихся сходны по своей методике и эффективности:
■ Сезонное изменение начала рабочего времени. Для нашего предприятия, при общих расходах на электроэнергию 20 тыс. руб. в месяц, экономия будет незначительна. А неудобства, связанные со сменой графика при достаточно плотной рабочей сетке, будут ощутимы.
■ Управление освещением в отдельных помещениях по графику с назначением ответственного исполнителя. Мы применили этот метод прежде всего для столовой и для испытательной лаборатории, а следом - для помещения зоны отгрузки готовой продукции и многоярусного склада. Для предприятия характерны высокие потолки в большинстве помещений, что ведет за собой установку светильников большой мощности. Однако в вышеперечисленные помещения доступ происходит кратковременно, поэтому, за исключением дежурных светильников, постоянное освещение не требуется. Целесообразно применить комплект из датчиков движения и контроллера освещенности (например СБ3-С-ВР), которые должны работать в соответствии с алгоритмами, заложенными к освещению в ГОСТ Р 54862-2011. Либо также прописать в обязанности сотрудника склада. Экономия на освещении за счет только лишь управления освещением по графику - до 15%: 3,5 тыс. руб. в месяц.
■ Управление обогревом помещений в зависимости от времени года, времени суток и температуры воздуха. Для реализации этого метода были составлены соответствующие графики и таблицы. По нашим расчетам экономия составила до 30%.
Максимальный эффект мог быть достигнут еще на этапе проектирования здания при применении всех известных способов повышения энергоэффективности:
■ расположение здания по сторонам света с учетом естественной инсоляции и рельефа;
■ увеличение оконных проемов и оптимальное расположение окон;
■ применение современных энергоэффективных строительных материалов и технологий при монтаже здания;
■ теплоизоляция окон, стен и крыши.
В здании нашего завода несколько лет назад был произведен капитальный ремонт с заменой окон, утеплением стен и потолка. Поэтому искать здесь способы повышения энергоэффективности уже неактуально.
На данный момент, на промышленных предприятиях страны, особенно построенных в прошлом веке, имеют широкое распространение светильники с газоразрядными лампами высокого давления и люминесцентными лампами. На надежность, долговечность и экологичность данных источников света рассчитывать не приходится. Пульсации света от газоразрядных ламп в 2-3 раза превышают требования СНиПов. Редко какая лампа ДРЛ прослужит более года в условиях промышленного предприятия, а требования к условиям хранения и утилизации вышедших из строя ламп ДРЛ ужесточаются с каждым днем. Даже находящиеся в рабочем состоянии лампы ДРЛ от перепадов напряжения в сети и перегрева имеют микротрещины, через которые в воздух попадают пары ртути. Но только при существенном снижении светимости их меняют на новые. Те же проблемы присущи светильникам, оснащенным люменесцентными лампами.
Есть несколько путей решения описанных проблем:
■ Применение диммирования освещения. Наибольший эффект это дает для обычных светильников с лампами накаливания.
Диммирование для люминесцентных ламп и ДРЛ не дает реальной экономии, так как при значительном снижении напряжения сети они попросту гаснут.
■ Установка универсальных пускорегулирующих устройств (УПРУ) на каждой лампе ДРЛ. Установка УПРУ позволяет на треть снизить потребление ламп ДРЛ за счет снижения пусковых токов, снижения коэффициента пульсаций и реактивной мощности, при этом увеличив срок службы таких ламп до 3-5 лет. Однако и стоимость УПРУ такова, что сравнима с заменой ДРЛ на светодиодную лампу, а время окупаемости (с учетом увеличения срока службы ламп ДРЛ) около 3-5 лет.
■ Замена на более экологичные и экономичные светодиодные осветительные приборы. На нашем предприятии установлены люминесцентные лампы и ДРЛ-250, суммарным потреблением 35 кВт/ч. При 8-часовом рабочем дне за месяц потребляют 5,88 МВт, при стоимости кВт/ч энергии 3,5 руб. расходы на освещение составляют около 20 тыс. рублей в месяц. За счет большей светимости, при той же мощности, при переходе на светодиодное освещение вместо ламп ДРЛ-250 получаем экономию 3 МВт в месяц, экономия на замене люменесцентных ламп составит 1 МВт в месяц. То есть, экономия в три раза. Сроки окупаемости замены ДРЛ на светодиодные светильники менее 1 года, а люминесцентных ламп около 1,5-2 лет. Весомыми аргументами в пользу перехода на светодиодное освещение может быть отсутствие необходимости в хранении и утилизации содержащих пары ртути ламп. При этом средний срок службы светодиодных светильников 50 тыс. часов (до 25 лет).
При стоимости 1 кВт/ ч электроэнергии для предприятия 3,41 рубля экономия за счет перевода ламп ДРЛ-250 на светодиодное освещение в день составляет 500 рублей.
Затраты на 67 светодиодных ламп по 2000 р. = 134000 рублей.
При работе в одну смену срок окупаемости вложений 268 рабочих дней.
При работе в две смены 1 и 2 участка срок окупаемости вложений 228 рабочих дней.
Такая же информация собрана по замене люминесцентных ламп на светодиодное освещение. При 8-часовом рабочем дне потребление люминесцентных ламп на заводе составляет 10713,6 Вт*8 часов = 85,7 кВт.
За тот же период светодиодные лампы потребляют 4140 Вт*8 часов = 33 кВт.
Таким образом, экономия в потреблении составляет 61,5%.
При стоимости 1 кВт/ч электроэнергии 3,41 рубля экономия после замены составит: (10713,6-4140)/1000 = 6,5 кВт*3,41 руб = 22,4 р/ч. В день экономия 180 рублей.
Стоимость одной светодиодной лампы - 313,5 рубля, в светильнике две лампы.
Необходимо заменить лампы в 115 светильниках, т. е. затраты составят 115*2*313,5 = 72105 рублей.
Фото. Цех сборки
Табл. 1. Расчет перевода освещения на производстве с ламп ДРЛ-250 на светодиодное
РАБОЧИЙ ЦЕНТР | КОЛ-ВО ЛАМП | ПОТРЕБЛЕНИЕ | КОЛ-ВО ЛАМП | ПОТРЕБЛЕНИЕ | ЭКОНОМИЯ |
ДРЛ | светодиодных | кВт/ч | |||
Вырубной пресс Finn Power X5 | 12 | 3 | 9 | 0,405 | 2,595 |
Листогиб Finn Power Е25 | 3 | 0,75 | 3 | 0,135 | 0,615 |
Листогиб 2,5м | 6 | 1,5 | 3 | 0,135 | 1,365 |
Кривошипные пресса | 12 | 3 | 4 | 0,18 | 2,82 |
Сварка газовая | 2 | 0,5 | 3 | 0,135 | 0,365 |
Сварка конденсаторная | 6 | 1,5 | 2 | 0,09 | 1,41 |
Сварка контактная | 0 | 0 | 2 | 0,09 | -0,09 |
Окраска | 18 | 4,5 | 11 | 0,495 | 4,005 |
Промывка | 2 | 0,5 | 2 | 0,09 | 0,41 |
Сборка НКУ (этажных щитов) | 9 | 2,25 | 8 | 0,36 | 1,89 |
Сборка НКУ (ВРУ, ГРЩ) | 3 | 0,75 | 4 | 0,18 | 0,57 |
Сборочно-упаковочный участок | 8 | 2 | 6 | 0,27 | 1,73 |
Заготовительный участок НКУ | 2 | 0,5 | 2 | 0,09 | 0,41 |
Участок гл. механика | 2 | 0,5 | 8 | 0,36 | 0,14 |
ИТОГО | 85 | 21,25 | 67 | 3,015 | 18,235 |
Таким образом, вложения окупятся за: 72105/180/20 = 20 месяцев.
Диммирование светодиодных светильников имеет смысл только для больших помещений с малой посещаемостью. При этом следует учесть, что стандартные диммеры не всегда совместимы со светодиодными лампами, нужно изначально выбирать светодиодные лампы со встроенным диммером, либо светодиодные лампы с драйвером MAX16841, позволяющие применять практически любые диммеры в схеме освещения.
В зависимости от объема помещения, количества человек, характера работ выбирается вариант системы вентиляции и кондиционирования воздуха. При выборе данных систем нужно убедиться в наличии возможностей выполнения системой функций, описанных в ГОСТ Р 54862-2011.
Дополнить стандартные варианты систем вентиляции и кондиционирования воздуха в целях повышения энергоэффективности здания можно следующими путями:
■ Применение в качестве дополнительного энергоносителя резервуара с водой, через который пропускается воздух при вентиляции помещения, что обеспечит снижение затрат на охлаждение приточного воздуха в теплое время года и на обогрев в холодное время.
■ Установка солнечных коллекторов и тепловых насосов. Это более дорогостоящее решение, но также очень экономичное в обслуживании, поскольку не требует затрат на энергоресурсы в процессе эксплуатации.
Модернизировав тепловое хозяйство, можно существенно снизить затраты на отопление в зимний период за счет внедрения системы тепловых насосов в паре с конвекторами с принудительной конвекцией. Это позволит эффективно применять данное решение в системе отопления наряду с традиционным централизованным отоплением и постепенно вытесняя его. Расчеты принципиальной окупаемости установки теплового насоса часто приводятся на сайтах производителей. Мы воспользовались одним из них: httр://тепловой-насос52.рф/гаschet. По окончании срока окупаемости данного решения предприятие практически становится независимым в плане отопления и горячего водоснабжения.
На данный момент в реалиях нашей страны по вопросу применения альтернативной энергетики на промышленном предприятии нами были сделаны следующие выводы:
■ Можно часть энергии получать за счет альтернативных источников энергии (солнечные батареи, ветряки, мини-гидроэлектростанции, приливные электростанции, электрогенераторы на биогазе).
■ Выработка энергии от этих источников непостоянная, поэтому и рассчитывать на данную энергию нужно как на сезонную в качестве дополнения к существующей электросети.
■ Сроки окупаемости данного оборудования составляют от 7 до 15 лет, но и сроки службы по 20-25 лет. Это выгодное капиталовложение при наличии свободных активов.
По нашему опыту, большую часть временных затрат на разработку методов экономии энергоресурсов составляет именно сбор информации об их реальном потреблении на каждом участке производства и в помещениях. К тому же, производство - живой организм, и нештатные ситуации, повреждение оборудования, проверки состояния, сбои на технологических потоках не редкость. Исходя из вышеизложенного, энергоаудит на предприятии можно организовать следующим способом: разделяем потребителей на группы, устанавливаем технические счетчики потребления электроэнергии. Из анализа собранных показаний счетчиков понимаем, где можно сэкономить, где имеются непроизводственные расходы, неоправданные технологические паузы либо неисправное оборудование, явно потребляющее больше электроэнергии. От этих действий до задачи построения автоматизированной системы управления зданием уже останется несколько шагов.
В целях энергосбережения работа служб здания и программное обеспечение систем должны проектироваться так, чтобы осуществлять управление зданием с учетом реальных потребностей пользователей, исключая или уменьшая неоправданные затраты энергии. Общие требования, заложенные в ГОСТ Р 54862-2011, позволяют не только выбрать подходящий комплекс мероприятий по автоматизации освещения, вентиляции, отопления, водоснабжения, а также оценить эффект от их внедрения.
Техническое управление зданием предоставляет информацию об эксплуатации, техническом обслуживании, работе отдельных служб и всей системы управления зданием, главным образом в целях оценки энергопотребления (различные измерения, анализ и хранение полученных данных), а также осуществляет своевременное диагностирование необоснованных затрат энергии. Оценка энергопотребления предъявляет требования к документообороту и процессу контроля и используется для разработки текущих и предупредительных корректирующих действий для повышения энергетической эффективности зданий.
Для зданий жилого и общественного назначения определены 4 класса эффективности системы автоматизации управления зданием. Для каждого класса энергоэффективности определен набор необходимых функций, реализуемых системой управления зданием (таблица 1 ГОСТ Р 54862-2011), а также указаны функции, оказывающие влияние на энергоэффективность здания (таблица 2 ГОСТ Р 54862-2011). Все это можно применить и для промышленного предприятия.
Способы экономии энергии в зданиях с помощью автоматики -это использование электричества только там, где это необходимо, например, датчики присутствия. Также есть метод использования только минимально необходимого энергопотребления, например, в системах постоянного освещения. Еще один способ - уменьшение влияния внешних факторов за счет установки датчиков открытия окон, регулировки жалюзи.
Есть еще и косвенная экономия: контролируя и регулируя состав газов в помещении, особенно уровень CO2, можно существенно снизить заболеваемость и, соответственно, затраты на оплату больничных листов, уже не говоря о поднятии производительности труда.
Новая модель здания - это сочетание технологии «пассивного здания» с микрогенерацией (тепловой и электрической) и активным энергосбережением. На выходе получается так называемый дом с «нулевым потреблением». Промышленное предприятие, конечно, не будет обладать «нулевым потреблением», но затраты на потребленные энергоресурсы, относящиеся к обслуживанию самого здания, можно реально свести к минимуму. В основе должен быть все тот же механизм: сбор информации - оценка - принятие решения для экономии ресурсов - внедрение принятого решения.
В этом нам может помочь решение, продвигаемое компанией Schneider Electric, позволяющее не только учитывать потребление самих энергоресурсов, но и контролировать качество данных энергоресурсов, тем самым предупреждая возможные сбои в работе электрооборудования, связанные с качеством электропитания.
Объединение функции сбора данных с функциями мониторинга и отчетности системы энергетического менеджмента позволяет создать мощное средство анализа энергоэффективности, позволяющее определять контрольные показатели, находить «узкие места» и принимать своевременные меры к решению возникших проблем.
Сравнение схем сбора информации системами АСКУЭ, охранно-пожарной сигнализации, контроля доступа позволяет сделать вывод, что они практически однотипны.
Объединив каналы передачи данных этих подсистем здания и сведя всю информацию в единый аналитический центр (диспетчерский пункт), получим наиболее точную, информативную и полезную систему управления зданием без лишнего дублирования каналов передачи информации каждой подсистемой. Тем самым достигнем оптимума между такими показателями, как функциональность, стоимость внедрения и эксплуатации, энергоэффективность и ремонтопригодность системы управления предприятием.Информация и фото с https://algoritm.org/arch/arch.php?id=83&a=2039