Partner serwisu
15 lutego 2019

Jak poprawić efektywność energetyczną?

Kategoria: Artykuły z czasopisma

Jest to pytanie, które z całą pewnością coraz częściej pojawia się na ustach osób odpowiedzialnych 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.

Jak poprawić efektywność energetyczną?

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 stają się coraz bardziej atrakcyjne i mogą pozwolić zmniejszyć zapotrzebowanie na zakup energii z zewnątrz. Finalnie przyczyni się to do zmniejszenia kosztów i zamortyzowania potencjalnych podwyżek cen hurtowych energii.

Efektywność energetyczna – co to jest?

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


 

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 tą wydajność zwiększyć. Dodatkowo taka definicja prowadzi nas nieuchronnie do wniosku, że do wyznaczenia dokładnej jego wartości konieczne jest posiadanie konkretnych informacji o procesie i obiekcie, który ma być monitorowany.

Jak współczynnik energochłonności może pomóc podnieść 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?

Przepompownie – nie da się ukryć, że 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. Z tego względu jest to jeden z pierwszych obszarów, jakim warto zająć się w kontekście podnoszenia efektywności energetycznej, bo 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.

Proces napowietrzania ścieków – co można doskonalić?

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 energochłonności 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 energochłonności 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) pozwala na realizację zaawansowanych algorytmów sterowania procesem.

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 możliwe jest dokładne zaplanowanie przeglądów tych elementów, dzięki czemu układ będzie cały czas pracował na optymalnych warunkach związanych z obciążeniem, co pozwoli obniżyć jego energochłonność.

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.

Pasywna oczyszczalnia? Jak jeszcze lepiej wygenerować oszczędności dla zakładu wod-kan? Jaka jest rola układów kogeneracji w realnej redukcji kosztów?

Wymienione w poprzedniej części artykułu obszary mogą w oczywisty sposób przyczynić się do obniżenia zużycia energii w kluczowych obszarach funkcjonowania obiektów z branży wod-kan. Często jednak nawet te działania to za mało, żeby skutecznie walczyć z rosnącą ceną energii elektrycznej i konieczne jest podjęcie bardziej zdecydowanych wyzwań, które pozwolą jeszcze bardziej ograniczyć ilość energii kupowaną przez te obiekty.

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 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, co dobitnie pokazuje, 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.

Centralna dyspozytornia, control room – jedno miejsce, wszystkie informacje

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.

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. Może w tym pomóc wdrożenie na obiekcie zaawansowanego systemu SCADA, który pozwoli na zebranie danych z wszystkich najważniejszych obiektów i procesów działających w obrębie przedsiębiorstwa:

•    dane o zużyciu energii elektrycznej na pompowniach, dmuchawach i innych, energochłonnych urządzeniach,

•    informacje o produkcji energii w układach OZE – kogeneratorach, układach fotowoltaiki, czy innych źródłach energii odnawialnej,

•    wielkość zużycia energii elektrycznej pobieranej z przyłącza głównego – tzw. „czarnej energii”,

•    informacje 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.
 

Artykuł został również opublikowany w nr 1/2019 magazynu Kierunek Wod-Kan.

fot. zasoby autora
Nie ma jeszcze komentarzy...
CAPTCHA Image


Zaloguj się do profilu / utwórz profil
ZAMKNIJ X
Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ