Systemy oraz narzędzia monitorowania dystrybucji, zużycia i jakości energii elektrycznej w procesach produkcyjnych

 

Dostępne na rynku liczniki trójfazowe pozwalają na pomiar energii czynnej oraz biernej w układach bezpośrednich, półpośrednich lub pośrednich o jednokierunkowym lub dwukierunkowym przepływie energii. Przeprowadzany jest pomiar i rejestracja dziesięciu najwyższych wartości uśrednionych mocy czynnych dla kierunku poboru i oddawania. Oprócz tego są mierzone i rejestrowane nadwyżki mocy czynnej wyznaczonej z dziesięciu mocy maksymalnych dla określonego kierunku poboru. Licznik samoczynnie sygnalizuje niewłaściwy kierunek wirowania faz.

 

Typowe urządzenie przeprowadza pomiar i rejestrację energii elektrycznej w czterech strefach czasowych. Ręczne zamykanie okresu rozliczeniowego może odbywać się za pośrednictwem programu narzędziowego i głowicy optycznej lub za pomocą mechanicznego przycisku przystosowanego do plombowania. W pamięci licznika mogą być przechowywane wyniki pomiarów z ciągu ostatnich kilkudziesięciu dni. Przewijanie informacji na ekranie odbywa się z użyciem przycisku, który dostępny jest na płycie czołowej licznika. Urządzenie przeprowadza pomiar i prezentację wielkości napięcia, prądu, mocy czynnej i częstotliwości. Użytkownik za pomocą odpowiedniej sygnalizacji informowany jest o zdarzeniach, takich jak otwarcie osłony skrzynki zaciskowej licznika czy też zadziałanie polem magnetycznym. Rejestruje się zanik napięcia pomiarowego. Oprócz tego w pamięci licznika przechowywane są informacje o zdarzeniach dotyczących parametryzowania urządzenia. Automatycznie przeprowadzana jest identyfikacja zaprogramowanej grupy taryfowej. Wyjście przekaźnikowe może być użyte do sterowania urządzeniem zewnętrznym.

Niejednokrotnie zastosowanie znajdują sterowniki komunikacyjne pozwalające na przesyłanie danych za pomocą sieci GSM/GPRS. Istotną cechą rozwiązań tego typu jest zmienne opóźnienie pomiędzy wysłaniem zapytania a odpowiedzią. Najczęściej wynosi ono około kilka sekund. Za cykliczny odczyt czytników oraz za rejestrowanie danych odpowiedzialny jest serwer komunikacyjny. W praktyce licznik komunikuje się z siecią GSM na dwa sposoby. Pierwszy z nich stanowi połączenie radiowe za pomocą lokalnej jednostki komunikacyjnej GPRS, która dołączona jest do serwera poprzez łącze RS-232. Inny sposób stanowi przewodowe połączenie łączem stałym z operatorem GSM, udostępniającym usługę GPRS na rzecz klienta. W drugim rozwiązaniu istotny jest brak interfejsu radiowego łączącego z serwerem, co nie podnosi kosztu usługi GPRS. Ważne są przy tym krótsze czasy opóźnienia transmisji. W obu przypadkach dla zapewnienia wymiany danych istotne jest, aby operator sieci GSM udostępnił użytkownikowi tzw. APN (Access Point Number) logicznie odpowiadający wirtualnej sieci prywatnej, gdzie użytkownik korzysta z przypisanej mu przestrzeni adresowej IP oraz stosuje sztywne adresy IP.

Na rynku nabyć można specjalne modemy przeznaczone do zdalnego odczytu danych pomiarowych z liczników energii elektrycznej za pomocą sieci telefonicznej PSTN lub złączy dzierżawionych jednoparowych. Systemy wymiany danych tego typu bazują na interfejsie pętli prądowej. Przesłane mogą być zarówno pełne dane w określonym przedziale czasowym, jak i informacje o charakterze bieżącym i archiwalnym.

 

Monitoring zużycia energii elektrycznej

Odpowiednie systemy pozwalają na analizowanie w czasie rzeczywistym zużycia energii elektrycznej w fabryce. Dzięki platformie internetowej jest możliwe śledzenie kosztów on-line. Można przy tym analizować dane zebrane w ciągu dnia, tygodnia, miesiąca oraz średnie koszty. Jest możliwe także pobranie raportu energetycznego. Przydatne rozwiązanie stanowi możliwość ustawienia miesięcznego budżetu na energię. Systemy tego typu bazują na czujniku montowanym na kablu zasilającym pomiędzy licznikiem a skrzynką bezpiecznikową. Czujnik łączy się z nadajnikiem, który bezprzewodowo przesyła informacje w czasie rzeczywistym do urządzenia połączonego z siecią internet.

Jednak w przemyśle bardzo często zastosowanie znajdują systemy monitoringu zużycia energii elektrycznej zdecydowanie bardziej zaawansowane. Chodzi przede wszystkim o aplikacje informatyczne przeznaczone do monitorowania efektywności wykorzystania energii. Typowy system tego typu pozwala na monitorowanie faktycznego zużycia wszystkich rodzajów mediów w czasie rzeczywistym. Oprócz tego ważne jest monitorowanie czynników, które wpływają na zużycie energii – wielkość produkcji, stan urządzeń, zmienne środowiskowe itp. Ważne jest przy tym tworzenie modeli i prognoz zużycia energii na potrzeby budżetu. Kluczowe miejsce zajmuje analiza opłacalności zmiany taryf dla energii elektrycznej i gazu ziemnego. Z kolei benchmark to funkcja analizy efektywności energetycznej organizacji na tle sektora. Mogą być tworzone i rozsyłane alarmy do wybranych osób w przypadku przekroczenia zakładanego zużycia. Rzecz jasna w zaawansowanych rozwiązaniach dane są przekazywane do innych systemów informatycznych.

Bardzo często systemy informatyczne udostępniają wzory i przykłady dokumentacji systemu zarządzania energią opartego na normie ISO 50001:2011. Specjalne moduły oprogramowania udostępniają kwestionariusze podstawowe i szczegółowe przeznaczone do uzupełniania on-line. Podczas wypełniania dokumentów program krok po kroku prowadzi użytkownika przez wymagania poszczególnych rozdziałów normy w oparciu o cykl PDCA (Plan-Do-Check-Act). Zyskuje się więc szybką analizę luk oraz identyfikację i uzupełnianie niespełnianych jeszcze wymagań normy ISO 50001:2011. Skorzystać można przy tym z generowania raportów, dzięki którym użytkownicy otrzymują informacje zwrotne o procentowym stopniu przygotowania organizacji i spełnianiu przez nią założeń i wymagań.

 

Oszczędność energii dzięki BMS

Fabryki i magazyny niejednokrotnie wyposażane są w zintegrowane systemy zarządzania budynkiem BMS (Building Management System). Obiekty takie wyposaża się w system czujników i detektorów oraz aplikacje mające na celu zintegrowanie systemu zarządzania instalacjami. Tym sposobem zyskuje się możliwość reagowania na zmiany występujące zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz budynku. Zapewniona jest przy tym poprawa funkcjonalności, komfort oraz zminimalizowanie kosztów eksploatacji i modernizacji.

Kluczowa zaleta zintegrowanych systemów zarządzania budynkiem to możliwość integrowania, a także kontrolowania i monitorowania wielu systemów, które funkcjonują w obiekcie budowlanym. Nie mniej ważne pozostaje także optymalizowanie systemów w celu nie tylko poprawy komfortu i bezpieczeństwa, ale co najważniejsze – zmniejszenia kosztów utrzymania budynku.

 

Zarządzenie mocą bierną

W nowoczesnych instalacjach elektrycznych dąży się do kompensowania mocy biernej. Moc bierna, występująca w obwodach prądu przemiennego, stanowi wielkość, która opisuje pulsowanie energii elektrycznej pomiędzy elementami obwodu elektrycznego.

Ta oscylująca energia nie jest zamieniana na pracę użyteczną lub ciepło. Jest ona jednak niezbędna dla prawidłowej pracy wielu urządzeń elektrycznych, takich jak transformatory czy też silniki. Energia pobierana jest ze źródła w części okresu przebiegu zmiennego. Następnie jest ona magazynowana przez odbiornik w postaci pola elektrycznego lub magnetycznego, po czym oddawana do źródła w innej części okresu w momencie, gdy pole elektryczne lub magnetyczne zanika w odbiorniku. Dla przebiegów sinusoidalnie zmiennych moc bierną definiuje się jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem a prądem.

Warto również przypomnieć, że wyróżnia się moc bierną indukcyjną oraz moc bierną pojemnościową. Za jednostkę mocy biernej (Q) przyjęto war (ang. var – volt ampere reactive). W praktyce zazwyczaj operuje się jednostką Mwar (ang. Mvar – mega volt ampere reactive) równą 106 var. Jednostka mocy biernej jest oznaczana jako [var].

 

1 [var] = 1 [V] × 1 [A]

 

Jednostka mocy pozornej [VA] jest identyczna jak jednostka mocy czynnej [W] i jednostka mocy biernej [var]. Każda z tych jednostek jest iloczynem wolta i ampera. Różny pozostaje jednak sens fizyczny każdej z tych wielkości.

Regulatory mają za zadanie sterowanie pracą baterii zapewniające skuteczne kompensowanie mocy biernej do poziomu, który jest wymagany przez dostawcę energii elektrycznej. Istotną rolę odgrywa zaprojektowanie stopniowania i całkowitej mocy baterii oraz wybór odpowiednich nastaw regulatora, dzięki czemu zyskuje się współczynnik mocy w granicach 0,98 przy braku znaczących stanów przekompensowania sieci.

Regulatory mocy biernej są łatwe w montażu. Niektóre modele mogą być stosowane jako zamienniki starszych regulatorów mocy, bez konieczności przeprowadzenia modernizacji kondensatorów. O wszystkich funkcjach realizowanych przez urządzenie użytkownik jest informowany za pomocą wskaźników optycznych. Kluczową rolę odgrywają parametry pozwalające na współpracę regulatorów z wieloma modelami przekładników prądowych przy zastosowaniu różnego stopniowania baterii kondensatorów.

Dostępne na rynku regulatory mocy cechuje precyzyjny pomiar wielkości elektrycznych. Zyskuje się więc właściwą regulację nawet przy niewielkich obciążeniach. Metoda pomiaru oraz algorytm przetwarzania danych zapewniają poprawną pracę regulatora przy obecności wyższych harmonicznych na poziomie THD – U (w napięciu) maks. 8%, a THD – I (w prądzie) maks. 10%.

Regulator w wersji podstawowej jest wyposażony w cyfrowy wskaźnik cosinusa oraz procentowy wskaźnik wartości prądu. Istnieje możliwość pracy ręcznej. W sposób automatyczny jest przeprowadzana blokada załączenia kondensatora nierozładowanego. Czasy reakcji mogą być ustawiane w szerokim zakresie. W regulatorach z podstawowym wyposażeniem uwzględnia się algorytmy dostosowane do różnych szeregów kondensatorów. Przydatny jest również wskaźnik awarii oraz sygnalizator załączonych stopni.

W niektórych modelach przewidziano zegar sterujący. Tym sposobem zyskuje się możliwość sterowania w oparciu o czas. Stąd też o określonej porze regulator jest w stanie wyłączyć kondensatory. Zalet wynikających ze stosowania takiego rozwiązania jest wiele. Przede wszystkim istnieje możliwość zachowania cosinusa naturalnego, np. w porze nocnej. Rozwiązanie takie przyczynia się także do kompensacji niewielkich przepływów mocy biernej, które mogą wystąpić chociażby podczas jałowej pracy transformatorów.

Nabyć można modele regulatorów z podwójnym wejściem prądowym. Tym sposobem zyskuje się możliwość pracy z dwoma przekładnikami prądowymi, zainstalowanymi w dwóch różnych polach dopływowych. Regulatory tego typu najczęściej znajdują zastosowanie w systemach z zasilaniem dwustronnym lub rezerwowym. Zyskuje się więc skuteczne prowadzenie procesu kompensacji zarówno podczas normalnego stanu pracy systemu, jak w czasie pracy awaryjnej. Dostępne są także regulatory przeznaczone do kompensacji w układzie z rezerwą jawną. Regulator w takim przypadku prowadzi kompensację dla aktualnie pracującego transformatora, a następnie w sposób automatyczny przełącza sterowanie w przypadku uruchomienia i obciążenia transformatora rezerwowego.

Niektóre modele regulatorów zostały zaprojektowane z myślą o systemach zasilania z rezerwą ukrytą. W momencie, gdy dojdzie do zaniku napięcia na jednym z transformatorów, system załączania rezerwy przełącza obciążenia, a drugi transformator całkowicie przejmuje zasilanie wszystkich odbiorów.

Nabyć można 14-wyjściowe wersje regulatorów mocy biernej, przeznaczone do sterowania stycznikami i tyrystorowymi łącznikami kondensatorów. W przemysłowych systemach wymiany danych przydatny może okazać się interfejs komunikacyjny RS-485 lub RS-232.

 

System zarządzanie energią zgodnie z normą ISO 50001:2011

Oszczędność energii uwzględnia się również na poziomie zarządzania fabryką. Stąd też coraz szersze zastosowanie znajduje system zarządzania energią oparty na normie ISO 50001:2011.

Jest to narzędzie, które zapewnia organizacjom skuteczne wykorzystanie energii, a także ochronę zasobów i redukcję negatywnego oddziaływania na środowisko. System zarządzania energią bazuje na modelu ciągłego doskonalenia będącego nieodzownym elementem systemów zarządzania opartych chociażby na normach ISO 9001 czy też ISO 14001.

Norma ISO 50001 określa wymagania zarządzania, które dotyczą takich elementów, jak określanie energetycznej linii bazowej, ustanowienie wskaźników do monitorowania i pomiarów wydajności energetycznej oraz opracowanie przez najwyższe kierownictwo polityki energetycznej organizacji. Oprócz tego ważna jest identyfikacja znaczących aspektów energetycznych i określenie bieżącej wydajności energetycznej obiektów, urządzeń, systemów i procesów, które są związane ze znaczącym użytkowaniem energii. Elementem systemu zarządzania opartego na normie ISO 50001:2011 jest również zapewnienie odpowiedniej komunikacji i kompetencji pracowników wszystkich szczebli organizacyjnych, które mają wpływ na zarządzanie energią ze szczególnym uwzględnieniem roli najwyższego kierownictwa. Ważne jest wdrożenie odpowiednich rozwiązań prowadzących do zwiększenia efektywności energetycznej, monitorowania i pomiarów efektów działalności energetycznej, ewaluacji postępów we wdrażaniu efektywnych rozwiązań energetycznych oraz ciągłego doskonalenia wdrożonych praktyk systemu zarządzania energią.

System zarządzania energią oparty na normie ISO 50001:2011 można poddać certyfikacji przez niezależną jednostkę. Zyskuje się wtedy korzyści w postaci poprawy wydajności energetycznej danej organizacji, zmniejszenie zużycia energii, a w konsekwencji redukcję kosztów oraz doskonalenie funkcjonowania firmy poprzez szczegółowy nadzór nad oddziaływaniem na środowisko. Dzięki temu poprawia się wydajność energetyczna i redukowane są gazy cieplarniane. Certyfikat pozwala na zaprezentowanie ustawodawcom i organom administracji publicznej faktu zachowania zgodności z przepisami prawa, dotyczących środowiska oraz zgodności formalnej w zakresie zastosowanych rozwiązań. System zarządzania ISO 50001:2011 niejednokrotnie jest integrowany z innymi systemami zarządzania.

 

Audyt energetyczny

Audyty energetyczne oraz audyty efektywności energetycznej są konieczne przy procedurach ubiegania się o dotacje i premie oraz na potrzeby systemów białych certyfikatów. Audyty tego typu zazwyczaj przeprowadzane są zgodnie z wytycznymi ustawy o efektywności energetycznej lub wymagań określonego programu. Biorąc pod uwagę zakres rzeczowy technologicznego audytu energetycznego, uzgadnia się procesy technologiczne i produkcyjne objęte audytem. Oprócz tego definiowane są procesy technologiczne i produkcyjne przeznaczone do objęcia rejestracją parametrów. Kluczowe miejsce zajmuje ustalenie parametrów do rejestracji temperatury, przepływu, napięcia, natężenia prądu, a także poboru energii, zużycia paliw gazowych i płynnych oraz efektywności procesów spalania. Ważna jest rejestracja zmiennych oraz audyt całości procesu, łącznie z ewaluacją czynnika ludzkiego. Warto zwrócić uwagę na szczegółowy audyt urządzeń biorących udział w procesie.

Raport końcowy z audytu obejmuje szczegółowe dane, które dotyczą przetwarzania energii w procesie oraz analizę energetyczną i przygotowanie bilansu energetycznego procesu. Kluczowe miejsce zajmuje rekomendacja dotycząca zmian w realizacji procesu w celu poprawy efektywności energetycznej oraz przygotowanie obliczeń opłacalności wdrożenia rekomendacji dotyczących nakładów inwestycyjnych w celu poprawy efektywności procesu. Warto przy tym przypomnieć, że w myśl ustawy o efektywności energetycznej efektywność to stosunek uzyskanej wielkości efektu użytkowego danego obiektu, urządzenia technicznego lub instalacji, w typowych warunkach ich użytkowania lub eksploatacji, do ilości zużycia energii przez ten obiekt, urządzenie techniczne lub instalację, niezbędnej do uzyskania tego efektu.

Kluczowe miejsce zajmują układy sprężonego powietrza, układy wytwarzania i obiegu pary oraz napędy elektryczne i oświetlenie. Informacje zwrotne stanowi raport końcowy prezentujący charakterystykę zużycia i kosztów energii w odniesieniu do wielkości produkcji. Ważne są mapy przetwarzania i wykorzystania energii w przedsiębiorstwie oraz wstępna ocena efektywności energetycznej budynków, procesów technologicznych i procesów pomocniczych w przedsiębiorstwie. Użytkownik ma do dyspozycji główne wskaźniki efektywności energetycznej oraz wstępną listę możliwości oszczędzania energii i poprawy efektywności.

 

Damian Żabicki

 

Przegląd energetyczny

Od audytu energetycznego trzeba odróżnić przegląd energetyczny, który ocenia stan efektywności energetycznej w dowolnym momencie. Oceniane są sposoby zarządzania kosztami i zużyciem energii w przedsiębiorstwie. Zbiera się informacje dotyczące źródeł i dostawców energii dla przedsiębiorstwa, przy czym analizowane są faktury i rachunki. Kluczowe miejsce zajmuje zebranie danych o wielkości produkcji. Ważny jest przy tym wizualny audyt obiektów, procesów technologicznych i procesów pomocniczych w przedsiębiorstwie. W szczególności chodzi o ciągi i procesy technologiczne, system ogrzewania i c.w.u., układ wentylacji i klimatyzacji, a także układy chłodnicze i wody lodowej. 

Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

Background Image

Header Color

:

Content Color

:

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług zgodnie z Polityką prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce lub w konfiguracji usługi. Polityka prywatności.