Úspory energií v tepelném zpracování I
Řekněme si narovinu. Začínat s tím teď je už docela pozdě. Ale pokud ještě máme šanci ročního odkladu, protože na základě vnuknutí Božího jsme si zafixovali ceny elektriky nebo plynu do konce roku 2023, tak je ještě čas se do toho pustit.
Jak pro analýzu své vlastní činnosti, tak i pro smluvní vztah s dodavatelem energie potřebujeme data. K tomu je potřeba:
- Musíme umět spotřebu měřit, a to nejen na vstupu do kalírny, ale především na každém významném individuálním spotřebiči. Tyto spotřeby je nutno měřit on-line v režimu 24/7. Pokud tato vstupní data nemáme, nemůžeme počítat ani úspory
- Skutečnou spotřebu musíme umět přiřadit ke skutečné vsázce a vyhodnocovat ji např. v Kč/kg, Kč/ks, Kč/hod apod. Proto kromě spotřeby je potřeba měřit i časy výrobních operací tak, aby bylo možno hodnotit přímé náklady na energie vztažené pouze a výhradně ke vsázce
- Musíme umět hodnotit i spotřeby pro nevýrobní časy zařízení, tzv. idling cost. Ty budou alokovány do režijních nákladů.
- V případě elektrické energie musíme umět měřit ¼ hodinové maximum a kalírnu regulovat jako celek tak, abychom snížili platby za tento parametr. Cena za rezervovaný příkon může činit 10-20% z celkové platby za elektrickou energii, penále za překročení nasmlouvaného příkonu jde ale do nebeských částek
- Musíme mít správně dimenzovanou kompenzaci účiníku za celou kalírnu nebo za individuální spotřebiče induktivního charakteru tak, abychom nebyli penalizování za jeho nedodržení v rozsahu 0,95-1,0.
Obr.č. 1 a 2 – Ukázky zobrazení aktuálního stavu ze systému měření
Teprve pokud máme výše uvedené splněno, a máme vstupní data, pro plánování budoucí spotřeby si vytvoříme matici spotřeb pro celou kalírnu, a pro skutečné spotřeby pak i tabulku skutečných spotřeb podle toho, co jsme naměřili. Matice zařízení může být např. v níže uvedené podobě, je to pouze na invenci hodnotitele.
Z výše uvedené tabulky, z hodnot pro plánování, můžeme plánovat hodnoty pro odběrový diagram s poskytovatelem energie, a z tabulky skutečných hodnot pak provádět další analýzy potřebné k ocenění spotřeby energie na naši produkci nebo k ocenění efektivnosti jednotlivých spotřebičů.
Např. již jen hodnocení, kolik produkce vyrobíme z 1 Kč vynaložené na energie pro naše tepelné zpracování, může být velice jednoduchým, ale názorným ukazatelem úspěšnosti kalírny. V našem teoretickém případě jsme si stanovili roční cíl získat prodej ve výši 6,50 Kč z každé vynaložené koruny na energie. Na základě našich opatření pak můžeme sledovat, jak se nám to projevuje do efektivnosti kalírny. Pokud měříme, a máme propojení na ERP systém, takovýto diagram můžeme vytvářet i pro každou pec podílející se na obratu.
Jiná situace je s rezervovanou kapacitou. Podle definice, rezervovaná kapacita je smluvně sjednaná hodnota maximálního čtvrthodinového elektrického výkonu v kW, kterou smí zákazník odebrat v jednom odběrném místě ze zařízení provozovatele distribuční soustavy. V praxi tato hodnota odpovídá souběhu odběru jednotlivých pecí a spotřebičů v kalírně, a je významným parametrem fakturace. Pokud jsme si sjednali příliš vysoké hodnoty, pak platíme za něco, co jsme neodebrali. Pokud jsme si sjednali příliš nízké hodnoty, vystavujeme se nebezpečí penalizace za překročení nasmlouvaných hodnot.
Rezervovanou kapacitu stanovujeme odhadem na základě minulosti, z faktur dodavatele, ale pokud ji chceme cíleně snižovat, musíme ji měřit. Jiná možnost neexistuje. V praxi to znamená, že v systému měření ¼ maxima nastavíme svoji žádanou hodnotu, a na hale kalírny dáme velký display s kopií obrazovky a zvukový signál. Pokud se začneme již v prvních minutách měřené čtvrthodiny blížit stavu, že bychom hodnotu překročili, systém nás na to upozorní.
Zásahy do pecí nelze provádět automaticky, žádný SW prozatím nepozná, jestli do programu pece můžeme zasáhnout či ne. To musíme udělat ručně, resp. operátoři musí oběhnout halu a tam kde lze odběr snížit bez dopadu na výslednou technologii, sníží v programovém kroku náběhovou rampu anebo pozastaví vytápění pece přechodem do mimořádné prodlevy.
Na Industrial Heating byl publikován zajímavý článek na toto téma. Autoři se zde zabývali vztahem mezi celkovou spotřebou pece při náběhu na teplotu při různých rampách ohřevu, a dopadem na rezervovanou kapacitu.
Na vakuové peci se vsázkou 1000 lb, cca 500 kg, byly testovány 3 různé rampy nájezdu na teplotu. 10 F/min = 5,55 C/min, 15 F/min = 8,33 C/min a 20 F/min = 11,1 C/min
Interpretace výsledku je taková, že nejvyšší rychlost ohřevu 20 F/min sice dává nižší spotřebu, protože časy ohřevu jsou kratší, ale ¼ maximum bude až 194 kW oproti hodnotě 135 kW při rychlosti 10 F/min, tedy o 43,7% vyšší.
Pokud použijeme sazby ČEZ za rezervovanou kapacitu a hodinovou sazbu za spotřebu 5 Kč/kWh, dostáváme následující hodnoty:
VVN – připojení na velmi vysokém napětí, VN – připojení na vysokém napětí
Rampa 10 F/min, rezervovaná kapacita na úrovni minima
Spotřeba: 280 kWh * 5 = 1 400 Kč
Platba za rezervované maximum ve výši 135 kW: 176 388 * 0,135 = 23 812 Kč
Celkem: 1 400 + 23 812 = 25 212 Kč
Rampa 20 F/min, rezervovaná kapacita na úrovni maxima
Spotřeba: 230 kWh * 5 = 1 150 Kč
Platba za rezervované maximum ve výši 194 kW: 176 388 * 0,194 = 34 219 Kč
Celkem: 1 150 + 34 219 = 35 369 Kč
Výsledek je takový, že při rychlém ohřevu budeme platit o (35 369 – 25 212) = 10 127 Kč více než při ohřevu pomalém.
V případě ale, že rezervovanou kapacitu překročíme, pak penále je čtyřnásobek původní hodnoty platby za rezervovanou kapacitu, tedy ne ze 176 388 Kč, ale ze 705 552 Kč.
Pokud bychom měli nasmlouvané maximu na 135 kW, a překročím je na uvedených 194 kW, pak z rozdílu 194-134 = 60 kW zaplatíme penále ve výši 0,06 x 705 552 Kč = 42 333 Kč. Režim snížené spotřeby s ohledem na nízkou rampu 10 F/min by se nám tedy hodně prodražil.
Pokud ale budeme mít nasmlouvánu rezervovanou kapacitu na 194 kW, a budeme ji využívat jen na 135 kW při rampě 10 F/min, pak naše náklady budou 34 219 + 1 400 = 35 619 Kč.
Rampa 10 F/min s nedočerpáním rezervované kapacity 194 kW
Spotřeba: 280 kWh * 5 = 1 400 Kč
Platba za rezervované maximum ve výši 135 kW: 176 388 * 0,194 = 34 219 Kč
Celkem: 1 400 + 34 219 = 35 619 Kč
Rampa 10 F/min s překročením rezervované kapacity 135 kW
Spotřeba: 280 kWh * 5 = 1 400 Kč
Platba za rezervované maximum ve výši 135 kW: 176 388 * 0,135 = 34 219 Kč
Penále za překročení rezervované kapacity o 60 kW 705 552 * 0,06 = 42 333 Kč
Celkem: 1 400 + 34 219 +42 433 = 78 052 Kč
Z uvedeného výpočtu vyplývá, že za stejný technologický výsledek můžeme zaplatit od 25 212 Kč v té nejlepší variantě až po 78 052 Kč v té variantě nejhorší. Je to tedy téměř 3x více. Je ale rovněž vidět, že v tomto extrémním případě s jednou pecí vlastní výkonová spotřeba se podílí na celkových nákladech na elektrickou energii pouze od 2 do 4%. Převážná část nákladů je vázána na platby za rezervovanou kapacitu.
S počtem zařízení a s jejich sousledností v odběru tento poměr se zlepšuje, i tak je ale ¼ maximum velmi citlivý parametr, na který si musíme dávat velký pozor.
Tolik tedy ke smluvnímu vztahu s dodavatelem energie. Pokud ale chceme dělat i analýzy spotřeby energie a náklady na energii na jednotku zboží, musíme mít propojení s ERP systémem. Jenže samotné měření nám dává jen jeden údaj pro naši úlohu. Ten druhý údaj musí vyplývat z ERP systému, kde máme data o vsázce, o hmotnosti, o počtech kusů.
Pouze pokud tyto dvě roviny dat propojíme, dostaneme přímý přístup k našemu úkolu, výpočet efektivnosti tepelného zpracování z hlediska spotřebované energie v kWh/kg, v kWh/ks, v kWh/hod.
A jaké by ty hodnoty měly být? Podle toho, co jsem uvedl v blogu o LPC, měli bychom se s jednotlivými pecemi dostat pod 1 kWh/kg, optimálně k 0,5 kWh/kg. Celkové výnosy kalírny by měly být 8,3x vyšší jak náklady na energie, což odpovídá 12% podílu energie na výnosech. Dosažitelnost takových výsledků je na následujícím grafu. Data jsou z roku 2012. Protože ale ceny za tepelné zpracování rostou úměrně cenám energie, obdobný poměr by měl platit i dnes.
10. ledna 2023
Jiří Stanislav
