Jak poprawić efektywność energetyczną przedsiębiorstw w branży wod-kan?

Z tego artykułu dowiesz się:

  • Co to jest efektywność energetyczna
  • Jak współczynnik energochłonności może pomóc podnieść efektywność energetyczną
  • Poznasz 3 główne korzyści z monitoringu energochłonności urządzeń
  • Jak wygenerować oszczędności dla zakładu produkcyjnego

Jest to pytanie, które z całą pewnością coraz częściej zadają sobie osoby odpowiedzialne za gospodarkę mediami energetycznymi w różnych branżach. Nie inaczej jest w przypadku branży wodociągowo – kanalizacyjnej, która odpowiada za około 1,5% krajowego zużycia energii elektrycznej.

Wzrost cen prądu motorem napędowym działań proefektywnościowych

Dodatkowo, spory udział energii elektrycznej w kosztach działania takich obiektów jest kolejnym motywatorem do tego, żeby wdrażać działania oraz systemy poprawiające efektywność energetyczną. Kierunek ten zyskuje na znaczeniu również w perspektywie ogólnoeuropejskich trendów związanych z ceną energii elektrycznej – która od dłuższego czasu rośnie, między innymi za sprawą drożejących praw do emisji CO2.

Wszystkie te czynniki, których jesteśmy obecnie świadkami sprawiają, że inwestycje w systemy podnoszące efektywność energetyczną w przemyśle stają się coraz bardziej atrakcyjne i mogą pozwolić zmniejszyć zapotrzebowanie na zakup energii z zewnątrz. Umiejętne wykorzystanie systemów zarządzania energią przyczynia się do zmniejszenia kosztów i zamortyzowania potencjalnych podwyżek cen hurtowych energii.

1. Naucz się wyznaczać współczynnik energochłonności

Pierwszym zagadnieniem, z jakim należy się zmierzyć, rozważając inwestycję w system mający obniżyć koszty energii elektrycznej, jest określenie sposobu pomiaru efektu, jaki ten system ma zrealizować.

Bez jasnego, mierzalnego i łatwego do wyznaczenia parametru bardzo ciężko będzie określić, czy system działa tak, jak powinien i czy rzeczywiście dzięki niemu obniżone zostają koszty funkcjonowania przedsiębiorstwa.

Jedną z coraz popularniejszych metod jest wyznaczanie współczynnika energochłonności. W ogólności jest to parametr mówiący o ilości zużytej energii w odniesieniu do uzyskanego konkretnego i mierzalnego efektu (metoda jest bardzo szczegółowo wyjaśniona w normie ISO50001 – Systemy Zarządzania Energią).

Bardzo namacalnym przykładem może być rozważenie działania pompy (wody lub ścieków) w obrębie oczyszczalni lub stacji uzdatniania:

k [kWh/m3 ] – współczynnik energochłonności (inaczej współczynnik efektywności energetycznej)

E [kWh] – ilość energii elektrycznej zużytej przez pompę w jednostce czasu (minuta, godzina, itd.)

V [m3] – objętość przepompowanego medium w tym samym czasie (woda, ścieki, itp.)

Przy tak zdefiniowanym współczynniku energochłonności dla przepompowni uzyskuje się bardzo precyzyjną informację o jej wydajności, a monitorowanie tego parametru w dłuższym okresie pozwala na podejmowanie działań, które pozwolą tę wydajność zwiększyć.

Dodatkowo, zbieranie historycznych informacji o wydajności działania takich urządzeń pozwoli na diagnostykę i wczesne wykrywanie awarii takich urządzeń.

Na podobnej zasadzie możliwe jest wyznaczanie energochłonności wielu innych obiektów, czy urządzeń i procesów – na przykład: ilości energii zużywanej na ogrzanie 1m2 powierzchni użytkowej budynku w ciągu roku, ilości energii elektrycznej zużywanej na oświetlenie 1m2 powierzchni użytkowej, czy – co jest bliższe procesom z branży wod-kan –  ilości energii elektrycznej zużywanej do skutecznego napowietrzenia 1m3 ścieków.

Taki sposób zdefiniowania współczynnika energochłonności prowadzi do wniosku, że do precyzyjnego wyznaczenia jego wartości konieczne jest posiadanie konkretnych informacji o procesie, czy obiekcie, który ma być monitorowany.

Rysunek 1. Przykładowa charakterystyka współczynnika energochłonności dla pompy

2. Na bieżąco monitoruj energochłonność urządzeń i poprawiaj efektywność energetyczną

Mając wiedzę o tym, czym jest współczynnik energochłonności można przejść do analizy, dlaczego jest on w zasadzie tak przydatny. Jakie działania można podjąć w celu zmniejszenia kosztów energii elektrycznej, znając wartość tego parametru w odniesieniu do różnych procesów w obrębie przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjnego?

Pompy i przepompownie są jednym z ważniejszych odbiorników energii elektrycznej w obrębie zakładów branży wod-kan. Silniki napędzające te obiekty posiadają moce nawet kilkuset kW, a zdarza się, że więcej.

Przy tak dużej ilości pobieranej energii, efektywność działania tych właśnie urządzeń ma bardzo duży wpływ na koszty jednostkowe dostarczenia wody, czy odbioru ścieków, a finalnie – na całościową efektywność energetyczną przedsiębiorstwa.

Poprawa efektywności energetycznej pomp

Z tego względu jest to jeden z pierwszych obszarów, jakim warto zająć się w kontekście podnoszenia efektywności energetycznej. Już kilkuprocentowa poprawa tego parametru może przełożyć się na bardzo duże kwoty oszczędności, tym bardziej, że w obrębie jednego obiektu takiego jak oczyszczalnia ścieków czy stacja uzdatniania wody, pracuje zwykle nie jedna, a wiele pomp.

Bieżące monitorowanie energochłonności takich urządzeń poprzez pomiar zużywanej przez nie energii elektrycznej i wydatku w postaci przepompowanej wody lub ścieków pozwala na precyzyjne określanie wydajności każdej pompy osobno. Jest to bardzo cenna informacja z wielu powodów.


3 główne korzyści z monitoringu energochłonności pomp:

  • monitorowanie energochłonności w dłuższej perspektywie czasowej pozwala na wychwycenie urządzeń o pogarszającej się wydajności, dzięki czemu możliwe jest lepsze zaplanowanie przeglądu, czy serwisu,
  • monitorowanie i porównywanie energochłonności wielu urządzeń pozwala na realizację procesów w oparciu o najbardziej wydajne pompy,
  • nagłe pogorszenie energochłonności może zostać szybko wykryte i wyeliminowane.

Wszystkie wymienione obszary mogą się przełożyć na obniżenie kosztów eksploatacji urządzeń w obrębie przepompowni – czy to ze względu na szybkie wykrycie i wyeliminowanie awarii, które w innym przypadku byłyby bardzo kosztowne, czy bardziej optymalne wykorzystanie dostępnych urządzeń, tak aby minimalizować ilość energii zużywaną w procesie pompowania wody czy ścieków.

Doświadczenie pokazuje, że obszar ten pozwala na wygenerowanie oszczędności sięgających nawet kilkunastu procent, co w przypadku dużych obiektów może dać oszczędności nawet do 1000MWh rocznie.

Poprawa efektywności energetycznej dmuchaw

Procesem bardzo podobnym do pompowania wody, czy ścieków jest oczyszczanie tych ostatnich w bioreaktorach. Proces ten wymaga utrzymania odpowiedniego stężenia tlenu w oczyszczanych ściekach, dzięki czemu reakcje biologiczne i chemiczne mogą zachodzić w nich w prawidłowy sposób.

Do utrzymania odpowiednich warunków wykorzystywane są dmuchawy, które stale pompują duże ilości powietrza przez komorę reaktora, dostarczając tym samym tlen do osadu czynnego.

W tym przypadku współczynnik efektywności energetycznej również może być bardzo przydatny do oceny wydajności całego układu, a biorąc pod uwagę, że proces napowietrzania jest nawet bardziej skomplikowany niż działanie przepompowni – potencjalne oszczędności, jakie mogą zostać wygenerowane, również są większe.

3 główne korzyści z monitoringu efektywności energetycznej dmuchaw:

  • monitorowanie energochłonności dmuchaw, a co za tym idzie – korzyści są analogiczne jak dla pomp,
  • monitorowanie stopnia zanieczyszczenia filtrów w układach napowietrzania – możliwość wcześniejszego planowania przeglądów,
  • monitorowanie stężenia tlenu w oczyszczanych ściekach (w połączeniu ze sterowaniem pracą dmuchaw – na przykład poprzez falownikowe układy regulacji prędkości) pozwala na realizację zaawansowanych algorytmów sterowania procesem.
Rysunek 2. Przykładowa charakterystyka spadku ciśnienia na filtrze powietrza w układzie napowietrzania

Ze względu na stopień zaawansowania procesu napowietrzania, możliwe jest podjęcie wielu działań mających na celu podniesienie jego efektywności, a tym samym zmniejszenie kosztów energii elektrycznej, zużywanej przez dmuchawy.

Bieżące monitorowanie zużycia energii na silnikach napędzających te obiekty, w połączeniu z innymi informacjami o przebiegu procesu, takimi jak: spadek ciśnienia na filtrach powietrza, przepływ powietrza, czy stopień natlenienia oczyszczanych ścieków, dostarcza bardzo precyzyjnych danych, które pozwalają na dokładną ocenę poprawności przebiegu procesu, ale też sterowanie, ukierunkowane na ciągłe poprawianie współczynnika efektywności energetycznej.

Monitorowanie parametrów układów filtracyjnych

W przypadku filtrów, zagadnienie jest dość oczywiste – rosnący stopień zanieczyszczenia sprawia, że utrzymanie zadanego poziomu przepływu jest coraz trudniejsze i wymaga coraz większej ilości energii elektrycznej (pogarszając tym samym współczynnik energochłonności).

Monitorując zarówno ten ostatni parametr, jak i spadek ciśnienia na filtrach, można dokładnie zaplanować przeglądy tych elementów, dzięki czemu układ będzie cały czas pracował na optymalnych warunkach związanych z obciążeniem.  Pozwoli to obniżyć jego energochłonność.

Bieżące monitorowanie energochłonności na dmuchawach pozwala też wykryć inne awarie lub anomalie związane z układem i jak w przypadku pomp – pozwala na szybką reakcję. Może to przyczynić się do zmniejszenia potencjalnych kosztów przestojów i uniknięcia kosztownych napraw wyposażenia.

Optymalizacja procesu napowietrzania ścieków

Drugi aspekt dotyczy samego procesu napowietrzania – monitorowanie stężenia tlenu w oczyszczanych ściekach w połączeniu ze sterowaniem pracą dmuchaw pozwala na realizację zaawansowanych algorytmów sterowania, optymalizujących czas pracy oraz wydatek generowany przez dmuchawy.

Przekłada się to finalnie na obniżenie zużycia energii elektrycznej przez te obiekty do absolutnego minimum, wymaganego do poprawnego prowadzenia procesów oczyszczania ścieków w bioreaktorach.

Oszczędności, jakie można wygenerować z takich działań sięgają nawet 20% kosztów w przypadku obiektów, gdzie zainstalowanych jest kilka dmuchaw pracujących równolegle.

3. Wykorzystuj alternatywne źródła energii elektrycznej

Wymienione w poprzedniej części artykułu obszary mogą w oczywisty sposób przyczynić się do zmniejszenia zużycia energii w kluczowych obszarach funkcjonowania obiektów z branży wodociągowej i kanalizacyjnej.

Często jednak nawet te działania to za mało, żeby skutecznie walczyć z rosnącą ceną energii elektrycznej. Konieczne jest podjęcie bardziej zdecydowanych działań, które pozwolą jeszcze bardziej ograniczyć ilość energii, jaka musi być kupowana dla tych obiektów z zewnątrz.

Układy kogeneracji i farmy fotowoltaiczne dla efektywności energetycznej

Trendy wyraźnie pokazują coraz większe zainteresowanie odnawialnymi i niskoemisyjnymi źródłami energii instalowanymi w obrębie obiektów takich jak oczyszczalnie ścieków, czy stacje uzdatniania wody.

Największą popularnością cieszą się układy kogeneracji zasilane biogazem produkowanym w obrębie oczyszczalni ścieków z odpadów organicznych oraz farmy fotowoltaiczne, które dodatkowo wspomagają produkcję energii elektrycznej na tych obiektach.

Wykorzystanie takich alternatywnych źródeł energii elektrycznej pozwala na znaczną redukcję zapotrzebowania ze strony „czarnej energii”, a w przypadku niektórych obiektów pozwala na całkowite uniezależnienie się od zewnętrznych dostaw. Dobitnie pokazuje to, że w przypadku oczyszczalni ścieków możliwe jest osiągnięcie pełnej pasywności obiektu, a nawet generowanie nadwyżek energii, która może być sprzedawana do innych odbiorców.

Rosnący stopień zaawansowania, a także zwiększająca się liczba urządzeń i funkcji spełnianych przez takie obiekty pociąga za sobą również konieczność coraz lepszego zarządzania procesami, jakie w ich obrębie są prowadzone.

4. Zarządzaj wszystkimi danymi z produkcji z jednego miejsca

Wraz z rosnącym stopniem zaawansowania procesów prowadzonych w obrębie oczyszczalni ścieków, czy stacji uzdatniania wody oraz ewolucją takich obiektów z roli konsumentów w stronę producentów energii elektrycznej i cieplnej, w naturalny sposób rosną również wymagania dotyczące zarządzania prowadzonymi procesami.

Rozwój tych obiektów pociąga za sobą konieczność integracji i analizy coraz większej ilości informacji, zarówno dotyczących procesów oczyszczania ścieków, czy uzdatniania wody, jak i danych o produkcji energii.


Stwórz własny System Zarządzania Energią.
W ten sposób dowiesz się, ile energii zużywa Twój wydział produkcji. Oszczędzisz nawet do -20% kosztów energii. Zobacz nasze referencje.

Przejdź na stronę »


Możliwość łatwej integracji tych informacji ze sobą jest krytycznie ważna z punktu widzenia realizacji celu „pasywności” obiektu i wiedzy o tym, ile „czarnej” energii jest pobierane z sieci, a ile energii zostało wyprodukowane ze źródeł własnych.

Zintegrowanie tych wszystkich informacji w jednym miejscu może pomóc we wdrożeniu na takim obiekcie zaawansowanego systemu SCADA, który pozwoli na zebranie danych ze wszystkich najważniejszych obiektów i procesów działających w obrębie przedsiębiorstwa:

  • danych o zużyciu energii elektrycznej na pompowniach, dmuchawach i innych, energochłonnych urządzeniach,
  • informacji o produkcji energii w układach OZE – kogeneratorach, układach fotowoltaiki, czy innych źródłach energii odnawialnej,
  • danych dot. zużycia energii elektrycznej pobieranej z przyłącza głównego – tzw. „czarnej energii”,
  • informacji o parametrach procesów (oczyszczania ścieków, uzdatniania wody, itp.),
  • i inne.

Zintegrowanie tych informacji w jednym systemie pozwala na bardzo zaawansowaną analizę, optymalizację procesów na podstawie wielu danych z różnych źródeł, a także raportowanie i alarmowanie w przypadku nieprawidłowości działania obiektów i urządzeń.

Dodatkowo, bardzo dużą korzyścią jest dostęp do wszystkich informacji w jednym miejscu i jednym systemie, co znacząco ułatwia nadzorowanie pracy całego przedsiębiorstwa.

Jeżeli interesuje Cię tematyka poprawy efektywności energetycznej w Twoim przedsiębiorstwie (nie tylko wod-kan), ale nie wiesz od czego zacząć – skontaktuj się z nami, chętnie pomożemy!

Zobacz jak MPWiK w Krakowie wprowadziło system monitoringu i przekazu danych.

Przeczytaj o tym, jak zminimalizować skutki podwyżki cen energii elektrycznej.

Czy ten artykuł był dla Ciebie przydatny?

Średnia ocena artykułu: 0 / 5. Ilość ocen: 0

Ten artykuł nie był jeszcze oceniony.

Mateusz Zajchowski
Mateusz ZajchowskiAbsolwent Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, kierunek Automatyka i Robotyka.

Z firmą ASTOR związany od 2014 roku, od początku pracując nad rozwojem rozwiązań dedykowanych do monitoringu, analizy i optymalizacji wykorzystania mediów produkcyjnych.
Specjalista ds. Wsparcia Sprzedaży w firmie ASTOR, w szczególności systemów monitoringu mediów produkcyjnych EnVidis.

Opublikuj

Twój adres email nie zostanie opublikowany.

Czytaj więcej