Η εφαρμογή μέτρων ενεργειακής αποδοτικότητας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις μπορεί να αποδώσει πολλαπλά οφέλη, τα οποία δεν περιορίζονται μόνο στα περιβαλλοντικά.
Γράφει ο Κωνσταντίνος Γκαράκης, Ενεργειακός Μηχανικός MSC, MA
Στη Βιομηχανία, τα στοιχεία δείχνουν πως τα τελευταία 20 χρόνια έχει γίνει παγκοσμίως ουσιαστική πρόοδος στο θέμα της εξοικονόμησης ενέργειας, ειδικά στις ενεργοβόρες βιομηχανίες. Ωστόσο, η πιθανότητα πιο αποδοτικής χρήσης της ενέργειας υφίσταται ακόμα.
Η διαχείριση ενέργειας στις βιομηχανίες στηρίζεται στο συνεχή έλεγχο της ενεργειακής κατανάλωσης με συστηματικό και οργανωμένο τρόπο, στη σαφή γνώση των ενεργειακών απαιτήσεων, των προτεραιοτήτων, των οικονομικών μέσων και του ανθρώπινου δυναμικού. Αποτελεί μια πειθαρχημένη δραστηριότητα, οργανωμένη και δομημένη προς την πλέον αποδοτική χρήση της ενέργειας, χωρίς να μειωθούν τα παραγωγικά επίπεδα και χωρίς να θυσιαστεί η ποιότητα, η ασφάλεια, η ανταγωνιστικότητα ή τα περιβαλλοντικά πρότυπα του προϊόντος. Η θεμελιώδης αρχή της διαχείρισης ενέργειας είναι η οικονομική αποτελεσματικότητα.
Τα πιο σημαντικά εμπόδια για την ένταξη της ενεργειακής διαχείρισης σε μια βιοηχανική μονάδα είναι:
1. Έλλειψη πληροφόρησης των βιομηχανικών μονάδων για τις δυνατότητες βελτίωσης της ενεργειακής αποδοτικότητας, μέσα από τις διαδικασίες της ενεργειακής διαχείρισης.
2. Έλλειψη τεχνογνωσίας.
3. Το χαμηλό κόστος ενέργειας, με αποτέλεσμα μειωμένο ενδιαφέρον και διαφορετικές προτεραιότητες από τη διοίκηση των βιομηχανικών μονάδων.
Η εφαρμογή μέτρων ενεργειακής αποδοτικότητας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις μπορεί να αποδώσει οφέλη στα τρία παρακάτω διακριτά επίπεδα:
• Οικονομικά οφέλη, τα οποία συμβάλλουν στη μείωση των λειτουργικών εξόδων ή και στην αύξηση των κερδών της επιχειρησιακής μονάδας.
• Λειτουργικά οφέλη, τα οποία βοηθούν στη διαχείριση της επιχειρησιακής μονάδας και στη βελτίωση των επιπέδων άνεσης, ασφάλειας και αποδοτικότητας των εργαζομένων και στη βελτίωση της γενικότερης λειτουργίας της.
• Περιβαλλοντικά οφέλη, τα οποία αφορούν κυρίως στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου ή άλλων ρύπων, στη μείωση των ενεργειακών αναγκών σε εθνικό επίπεδο και στη διατήρηση των φυσικών πόρων. [1],[2]
Στις παραγράφους που ακολουθουν, θα αναφερθούμε σε μερικά έξυπνα συστήματα εξοικονόμησης ενέργειας που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία.
ΕΞΥΠΝΟΙ ΦΕΓΓΙΤΕΣ
Θολωτές γυάλινες κατασκευές, που χρησιμοποιούν συστήματα συλλογής/αντανάκλασης του ηλιακού φωτός για το φωτισμό εσωτερικών χώρων. Οι κατασκευές τοποθετούνται συνήθως σε οροφές κτιρίων. Περιλαμβάνουν trackers με συστήματα GPS που παρακολουθούν τον ήλιο, σύστημα φακών – καθρεφτών που συλλαμβάνει και μεγεθύνει το ηλιακό φως, ανακατευθύνοντάς το στον εσωτερικό χώρο. Ο συνδυασμός φεγγιτών και αισθητήρων φωτισμού συμβάλλει στην αυτοματοποίηση του όλου συστήματος: όταν το επίπεδο φωτεινότητας στο χώρο βαίνει μειούμενο, ενεργοποιείται αυτόματα ο τεχνικός φωτισμός στο εσωτερικό του χώρου. Ως συστήματα, συνδυάζουν στοιχεία βιοκλιματικού σχεδιασμού και έξυπνων αισθητήριων τεχνολογιών.
ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ (LIGHT SENSORS)
Αναφέρονται ως Αισθητήρες Εκμετάλλευσης Φυσικού Φωτισμού. Eίναι ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου φωτισμού, οι οποίες ρυθμίζουν αυτόματα το επίπεδο φωτισμού, που παράγεται από συστήματα τεχνικού φωτισμού με βάση την ποσότητα του φυσικού φωτισμού που ανιχνεύεται στο χώρο. Αποτελούν πλήρεις μονάδες ελέγχου, που περιέχουν κατάλληλο φακό για την είσοδο της ακτινοβολίας, φωτοκύτταρο και το απαραίτητο ηλεκτρικό κύκλωμα για την παραγωγή του σήματος εξόδου. Οι αισθητήρες φωτισμού αντικαθιστούν ή συμπληρώνουν το χειροκίνητο έλεγχο στα κτίρια.
Η εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω της απενεργοποίησης του τεχνητού φωτισμού ή την προσαρμογή της στάθμης του (dimming), όταν και όποτε κρίνεται ότι δεν απαιτείται η πλήρης λειτουργία του δοθέντος ενός ικανοποιητικού επιπέδου φυσικού φωτισμού. Εξοικονομείται ενέργεια χωρίς επέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα. Οι αισθητήρες φωτισμού είναι μία από τις πιο απλές λύσεις εξοικονόμησης ενέργειας μέσω βέλτιστης εξισορρόπησης τεχνικού – φυσικού φωτισμού σ’ έναν χώρο.
ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΚΑΙ ΚΙΝΗΣΗΣ (OCCUPANCY SENSORS)
Οι αισθητήρες παρουσίας διακόπτουν αυτόματα τη λειτουργία των κυκλωμάτων φωτισμού που ελέγχουν, όταν δεν ανιχνεύουν ανθρώπινη παρουσία στους χώρους στους οποίους είναι τοποθετημένοι. Έτσι, μειώνεται η ενεργειακή κατανάλωση των εσωτερικών/εξωτερικών χώρων και συνεπώς, ολόκληρου του κτιρίου. Μειονέκτημα των εν λόγω αισθητήρων είναι πως αν δεν τοποθετηθούν σωστά, μειώνεται η αποτελεσματικότητά τους (περιορίζεται η ζώνη ανίχνευσης). Χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή καθώς μεμονωμένα αντικείμενα παρακείμενα ή μπροστά στους αισθητήρες μπορεί να μειώσουν την περιοχή εμβέλειάς τους.
Οι περισσότεροι αισθητήρες διαθέτουν χειροκίνητες και αυτόματες επιλογές για τη ρύθμιση της ευαισθησίας στην ανίχνευση της κίνησης και τη ρύθμιση της χρονικής καθυστέρησης για την απενεργοποίηση του συστήματος φωτισμού από τη στιγμή που ο αισθητήρας δεν αντιλαμβάνεται κίνηση στου χώρους ελέγχου. Σε γενικές γραμμές, οι αισθητήρες αυτοί έχουν τις εξής τρεις ρυθμίσεις: α. αυτόματης ή χειροκίνητης έναυσης, β. αυτόματης ή χειροκίνητης σβέσης και γ. χρόνου αναμονής. Η μεγαλύτερη εξοικονόμηση επιτυγχάνεται με συνδυασμό χειροκίνητης έναυσης και αυτόματης σβέσης. Ανάλογα με τις ανάγκες φωτισμού του χώρου, χρησιμοποιούνται ανιχνευτές κίνησης (μόνο), ή ανιχνευτές παρουσίας (μόνο) ή συνδυασμός αυτών. Οι ανιχνευτές παρουσίας θεωρούνται καταλληλότεροι για εσωτερικούς χώρους, όπου η παραμικρή ανίχνευση παρουσίας στο χώρο (διάδρομοι, μπάνια κ.λπ.) ενεργοποιεί το φωτισμό.
Στους εξωτερικούς χώρους, όπως κήποι/ακάλυπτοι, προτιμώνται οι ανιχνευτές κίνησης (γι’ αυτό κι έχουν συνδεθεί περισσότερο με προστασία/ασφάλεια του κτιρίου). Ωστόσο, οι εν λόγω αισθητήρες/ανιχνευτές πολλές φορές συνδυάζονται, ανάλογα με τις απαιτήσεις χρήσης/εξοικονόμησης (υβριδικοί). Οι υβριδικοί ανιχνευτές είναι αποτελεσματικότεροι κι έχουν ένα πολύ μεγάλο φάσμα εφαρμογών, αλλά συνήθως είναι ακριβότεροι και απαιτούν προσεκτικότερη ρύθμιση. Η εξοικονόμηση ενέργειας με χρήση ανιχνευτών παρουσίας/κίνησης κυμαίνεται από 35 – 45 % (εξαρτάται απ’ το χώρο εφαρμογής, το είδος φωτισμού και το μοντέλο ανιχνευτή).
ΈΞΥΠΝΑ/ΕΥΦΥΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ
Ο έξυπνος φωτισμός (Smart Lighting) αναφέρεται σε μια συγκεκριμένη τεχνολογία φωτισμού χώρων, που στόχο έχει την εξοικονόμηση ενέργειας. Στον έξυπνο φωτισμό περιλαμβάνονται φωτιστικά υψηλής απόδοσης με αυτοματοποιημένους ελέγχους, που προσαρμόζονται ανάλογα με την παρουσία ανθρώπων στον επιθυμητό χώρο ή/και με τις συνθήκες πληρότητας – διαθεσιμότητας του φωτός.
Τα ευφυή συστήματα διαχείρισης φωτισμού είναι πολύπλοκα συστήματα ελέγχου που διαχειρίζονται και καθορίζουν τα επίπεδα φωτισμού πολλαπλών χώρων ενός κτιρίου ή συγκροτήματος, με τη χρήση ενός ή περισσότερων κεντρικών υπολογιστικών συστημάτων, βασιζόμενα σε πολλαπλούς ενεργειακούς παράγοντες. Χρησιμοποιούνται ευρέως για το φωτισμό εμπορικών, βιομηχανικών και οικιακών χώρων. Τέτοιοι παράγοντες είναι η ώρα της ημέρας, η τοποθεσία, η πληρότητα των χώρων (με χρήση ανιχνευτών παρουσίας στους χώρους), η διαθεσιμότητα φυσικού φωτισμού κ.λπ. Συνήθως, εφαρμόζεται συνδυαστική λογική για τη βέλτιστη απόδοση.
Το κυριότερο πλεονέκτημα των συστημάτων αυτών σε σχέση με πιο συμβατικές μεθόδους διαχείρισης φωτισμού είναι η δυνατότητά τους να έχουν εποπτεία και να διαχειρίζονται μεμονωμένα ή συνδυαστικά ένα ή/και πολλαπλά φωτιστικά σώματα σε ανεξάρτητους χώρους, μέσω ενός κεντρικού υπολογιστικού συστήματος. Ο έξυπνος φωτισμός βασίζεται στη χρήση αισθητήρων παρουσίας/κίνησης και αισθητήρων φωτισμού, η συμπεριφορά των οποίων προγραμματίζεται από το χρήστη.
Ανάμεσα στις συνηθέστερες λειτουργίες που παρέχονται στα συμβατικά έξυπνα συστήματα φωτισμού αναφέρονται:
• Η ενεργοποίηση συγκεκριμένων/επιλεγμένων φωτιστικών, όταν ανιχνευτεί παρουσία ή κίνηση απ’ τους αισθητήρες.
• Το αυτόματο κλείσιμο συγκεκριμένων φωτιστικών σωμάτων, όταν δεν ανιχνεύεται κίνηση/παρουσία σ’ ένα χώρο για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα.
• Αυτόματη ενεργοποίηση ή αύξηση της φωτεινότητας των άνω φωτιστικών σωμάτων, όταν μειώνονται τα επίπεδα φυσικού φωτισμού.
• Αυτόματο κλείσιμο ή μείωση της φωτεινότητας του τεχνητού φωτισμού, όταν τα επίπεδα φυσικού φωτισμού αυξάνονται.
• Παρέχουν σημαντικά μικρότερη ενεργειακή κατανάλωση, συμβάλλοντας με υτό τον τρόπο στην μέγιστη απόδοση και διάρκεια ζωής των λαμπτήρων.
ΕΛΕΓΚΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ
Η εγκατάσταση ηλεκτρονικών ισχύος στους κινητήρες συστημάτων ή υποσυστημάτων μονάδων μιας βιομηχανίας μπορεί να αποφέρει σημαντικά ενεργειακά οφέλη. Πιο συγκεκριμένα, σε κινητήρες οι οποίοι λειτουργούν για μεγάλο διάστημα του κύκλου τους με ισχύ μικρότερη του 50% της ονομαστικής τους ισχύος και με συντελεστή ισχύος cosφ < 0,7, προτείνεται η εγκατάσταση Ελεγκτών Ενέργειας. Οι Ελεγκτές Ενέργειας είναι συσκευές οι οποίες προσαρμόζουν την τάση και το ρεύμα ενός κινητήρα ανάλογα με τη φόρτισή του.
Σε περίπτωση που ο κινητήρας λειτουργεί σε χαμηλή ισχύ, τότε ο ελεγκτής ενέργειας μειώνει τις απώλειες σιδήρου και χαλκού και ταυτόχρονα βελτιώνει τον συντελεστή ισχύος του κινητήρα.
ΕΞΥΠΝΟΙ ΑΝΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ
Η ενεργειακή απαίτηση των ανελκυστήρων συχνά εμπίπτει στην κατηγορία του «απρόβλεπτου» ενεργειακού κόστους. Αναφορές και case studies σχετικά με την ενεργειακή απαίτηση – πιθανότητες εξοικονόμησης στη λειτουργία των ανελκυστήρων είναι πολλές φορές αναξιόπιστα, επειδή αυτός ο τομέας για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν είχε επαρκώς μελετηθεί.
Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την ενεργειακή αποδοτικότητα των ανελκυστήρων. Οι κυριότεροι απ’ αυτούς είναι:
1. Είδος Ανελκυστήρα: Οι μηχανικοί ανελκυστήρες λόγω του αντίβαρου καταναλώνουν λιγότερο απ’ τους συμβατικούς υδραυλικούς.
2. Τρόπος ανάρτησης: Οι περίπλοκοι τρόποι ανάρτησης δεν ενδείκνυνται, λόγω των απωλειών στις πολλές τροχαλίες. Η μηχανή συνίσταται να τοποθετείται στην άνω απόληξη του φρεατίου.
3. Αποδοτική μετακίνηση επιβατών με ευφυή συστήματα ελέγχου: Χρήση συστημάτων αποδοτικής διαχείρισης των κλήσεων, έτσι ώστε να αποφεύγονται άσκοπες διαδρομές, εκκινήσεις ή επιβραδύνσεις.
4. Αποδοτική Οδήγηση/Έλεγχος Κινητήρα: Τα συστήματα VVVF μετατρέπουν το ρεύμα γραμμής σε «VVVF» (μεταβλητής συχνότητας – ταχύτητας) AC – όπου η τάση και η συχνότητα εξαρτώνται απ’ το φορτίο και την ταχύτητα. Αποτελούν την πιο αποδοτική επιλογή ελέγχου του κινητήρα. Με το σύστημα VVVF, η απόδοση του κινητήρα βρίσκεται σε υψηλά επίπεδα (~90%) σε όλες τις συνθήκες φόρτισης, ο συντελεστής ισχύος προσεγγίζει τη μονάδα, ενώ ταυτόχρονα μειώνεται το ρεύμα εκκίνησης. Η τεχνολογία VVVF στους υδραυλικούς ανελκυστήρες συμβάλλει στην μείωση της εγκατεστημένης ισχύος και σε εξοικονόμηση ενέργειας κατά την εκκίνηση – όμως, παρουσιάζει αυξημένη κατανάλωση σε standby mode.
5. Κατάσταση Αναμονής/Standby mode: Σβήσιμο του φωτισμού του θαλάμου όταν δεν χρησιμοποιείται, καθώς και του inverter, των displays, του μηχανισμού θυρών και των λοιπών ηλεκτρικών διατάξεων όταν δεν είναι σε λειτουργία.
6. Χρήση ελαφριών υλικών – πλαστικών τροχαλιών: η χρήση ελαφρύτερων κατασκευών όσον αφορά τις διάφορες αναρτημένες μάζες του ανελκυστήρα (θάλαμος, θύρα, πλαίσιο ανάρτησης κ.α.) μειώνει την κατανάλωση ενέργειας, κυρίως στους υδραυλικούς ανελκυστήρες. Παράλληλα, το μέγεθος και το βάρος των τροχαλιών επηρεάζει την ενεργειακή απόδοση του ανελκυστήρα (μεγαλύτερες και βαρύτερες τροχαλίες εμφανίζουν μεγαλύτερη αδράνεια). Η χρήση πλαστικών τροχαλιών συμβάλλει στη μείωση της αδράνειας στο 1/5.
7. Αποδοτικότερος φωτισμός θαλάμου.
8. Χρήση μηχανών χωρίς μειωτήρα.
9. Χρήση αντίβαρου και σε υδραυλικούς ανελκυστήρες.
10. Ανάκτηση Ενέργειας (Regeneration): με την κατάλληλη διάταξη ανάκτησης ενέργειας, η ενέργεια μπορεί να επιστραφεί στο δίκτυο. Και σ’ αυτόν τον τομέα, δίνεται ιδιαίτερη έμφαση για ενεργειακά αποδοτικότερους ανελκυστήρες.
