Nowy poziom sprawności energetycznej: monitorowanie całego strumienia tworzenia wartości

Zwiększanie sprawności energetycznej jest i nadal będzie wyzwaniem zarówno z technicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia. Ma ono oznaczenie krytyczne dla sukcesu przedsiębiorstw produkcyjnych. Zakres działań w tym względzie obecnie się poszerza, gdyż nie ogranicza się już do poszczególnych maszyn, lecz obejmuje cały strumień tworzenia wartości. Celem jest rozpoznanie dalszych możliwości poprawy sprawności.

Zwiększanie sprawności energetycznej w produkcji jest głównym celem wielu przedsiębiorstw. Dzieje się tak z kilku różnych powodów. Zużycie energii jest istotnym elementem wpływającym na koszty operacyjne. Zobowiązania przedsiębiorstw w zakresie ograniczenia emisji CO2, podjęte dobrowolnie i nałożone przez prawo, mogą być zrealizowane tylko poprzez zmniejszenie zużycia energii. Ponadto w niektórych regionach szybkiego wzrostu, np. w Azji, energia nie zawsze jest dostępna bez ograniczeń, a w niektórych przypadkach jest racjonowana.
W krajach uprzemysłowionych, takich jak Niemcy, rośnie udział energii odnawialnej. Ilość energii elektrycznej generowanej ze źródeł odnawialnych może w znacznym stopniu się wahać w zależności od siły wiatru i ilości światła słonecznego. Analiza notowań na europejskich giełdach energii pokazuje, że mogą występować dobowe fluktuacje cen. Fluktuacje cen energii elektrycznej w okresie 24 godzin na giełdzie energii EPEX, która obsługuje Francję, Niemcy, Austrię i Szwajcarię, sięgają niekiedy nawet 800%.

W ostatnich latach wiele przedsiębiorstw produkcyjnych znacznie zwiększyło swoją sprawność energetyczną. Przy podejmowaniu nowych inwestycji i przy modernizacji wyposażenia zwracają one baczną uwagę na efektywność energii. Nowoczesne maszyny zużywają znacznie mniej energii i wykazują wyższą produktywność dzięki systemom i elementom zaprojektowanym z myślą o wysokiej sprawności energetycznej, a także dzięki utrzymywaniu produkcji na poziomie odpowiadającym faktycznemu zapotrzebowaniu oraz dzięki odzyskiwaniu energii przy hamowaniu.

Jednak prof. Gunther Reinhart, prezes stowarzyszenia badawczego FOREnergy, uważa, że chociaż nadal występuje jakiś niezrealizowany potencjał zwiększenia sprawności energetycznej na poziomie poszczególnych maszyn, kolejny duży postęp odbędzie się już na poziomie całej fabryki. Przykładem może tu być wymiana energii pomiędzy maszynami. Koncepcja ta już została zrealizowana. Inteligentne oprogramowanie zmienia silnik w generator przy hamowaniu wałów. Pozwala to na odzyskanie energii, która jest następnie przesyłana do innych jednostek w obrębie tego samego obwodu bądź też może być zmagazynowana lub zwrócona do sieci energetycznej. Dotychczas koncepcja ta była realizowana tylko w obrębie danej maszyny, ale obecnie otwiera się ogromny potencjał zwiększenia sprawności energetycznej w wyniku wymiany energii pomiędzy różnymi maszynami.

Warunki niezbędne do osiągnięcia takiego nowego poziomu oszczędności energii powstają obecnie w wyniku pojawienia się całkiem innej tendencji: pracy wszystkich urządzeń i maszyn w sieci w topologii poziomej i pionowej. Koncepcja ta jest określana jako Przemysł 4.0. Gdy zostanie ona zrealizowana, pomiar i ocena wszystkich przepływów energii oraz zwiększenie sprawności energetycznej w obrębie całego strumienia tworzenia wartości nie będą wymagać już prawie żadnych dodatkowych nakładów. Na podstawie takich danych system sterowania wyższego poziomu będzie w stanie rozpoznawać regularności poddające się optymalizacji, co jest warunkiem wstępnym dla ograniczenia obciążeń szczytowych. Prostym przykładem tego jest uruchamianie maszyn rano po kolei, a nie równocześnie. Ponadto sprawność energetyczną w obrębie fabryki można poprawić poprzez wymianę energii pomiędzy maszynami.

Technologia automatyzacji jest obecnie na to przygotowana, umożliwiając realizację tych koncepcji dzięki zdecentralizowanej inteligencji i otwartym interfejsom. W ten sposób użytkownicy przemysłowi będą mogli wkrótce osiągnąć nowy poziom energooszczędnej produkcji.