SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Организация энергоменеджмента на примере молочной отрасли

В наши дни случается так, что и успешные предприятия, выпускающие качественную продукцию и оснащенные современным и надежным оборудованием, по-прежнему испытывают затруднения с прогнозированием затрат и энергопотребления, и, как следствие, теряют прибыль и доверие партнеров. Правильная организация энергоменеджмента, которая включает в себя работу по энергоаудиту, четкое понимание экономического эффекта и сроков окупаемости, поможет решить подобные проблемы. Автор статьи рассказывает о том, как исключить необоснованные затраты и человеческий фактор, и приводит примеры организации энергоменеджмента на примере молочной отрасли. 

ООО «Сименс», г. Москва

Siemens_site.gif


История энергосбережения в России началась достаточно давно и вовсе не с Федерального закона № 28-ФЗ «Об энергосбережении» от 1996 года. Например, можно найти материалы XXVII КПСС от 1986 года о проведении энергосберегающей политики, но до сих пор на многих предприятиях этим, по сути, не занимаются. В Европе стали успешно применять и использовать энергосберегающие технологии уже очень давно, поэтому целесообразно воспользоваться уже накопленным опытом, что мы и сделаем. 

Прежде чем проводить какие-либо мероприятия на заводе, необходимо навести порядок в плане получения оперативной информации в on-line режиме с различных счетчиков. Все энергопотребление должно быть абсолютно прозрачным, только тогда можно вести разговор о какой-то оптимизации. Коммерческих систем учета, которые стоят уже на всех заводах, для этого недостаточно, они служат для других целей. Основные вопросы, которые должны быть решены, представлены на рис.1.

pic1.jpg

Рис. 1. Основные вопросы энергоменеджмента

Данные по энергоносителям участвуют в общем энергопланировании, благодаря чему нужно не только предсказывать энергопотребление, но и понимать, когда выгоднее пользоваться не внешними источниками энергоносителей, а использовать, например, внутренние генераторы. Нужно контролировать все энергопотоки, а также распределение энергоносителей на единицу выпущенной продукции, затраты на сточные воды и многое другое.

Какие требуются энергоносители и в каком количестве? 

Ответить на этот вопрос, конечно, можно, просто сняв показания с коммерческих постов учета. Но ответ может получиться несколько однобоким, ведь для оптимизации энергозакупок нужно знать подробный прогноз с информацией об энергопотреблении, желательно с точностью до часа, с возможными пиками и т.д. Причем в анализе необходимо сравнивать потребление не только за предыдущий месяц, но и за аналогичный месяц прошлого года. Фактор сезонности весьма актуален для молочной промышленности. Поскольку на современном молочном заводе счетчиков гораздо больше, чем 3 (например, газ, вода и электричество), то и данных получается огромное количество. Поэтому они хранятся не в отдельных файликах Excel, а в СУБД, типа Oracle (система энергоменеджмента b.data), или MS SQL Server.

pic2.jpg

Рис. 2. Отчет по потреблению электроэнергии (система b.data фирмы Siemens)

Пример отчета вы можете видеть на рис. 2. 
В отчете можно видеть потреб­ление энергоносителей за различные промежутки времени в перерасчете на тонну выпущенной продукции (форму отчета, данные, периоды времени и пр. можно легко переделать).

Для прогнозирования в системе энергоменеджмента b.data существует очень мощный инструментарий, позволяющий «включать/отключать» различные производственные линии, добавлять масштабные коэффициенты, оперировать различным количеством выпущенной продукции и пр. Таким образом, можно получать различные результаты в зависимости от начальных условий. В соответствии с полученными данными уже можно осуществлять эффективную энергополитику и оптимально работать с энергопоставщиками.

Какие потребители используют больше всего энергоносителей?

Ответ на этот вопрос позволяет не только выявить текущую картину с раскладкой по МВЗ (местам возникновения затрат), но и также выявить TOP потребителей для выявления потерь. Пример такого отчета вы можете видеть на рис. 3.

pic3.jpg

 Рис. 3. Обзор потребления по молочному заводу (система b.data)

В отчете, как вы можете видеть, находятся данные по всем энергоносителям в их абсолютном и процентном соотношении, а также их распределение по цехам. В остатке можно видеть все неучтенные потери. Аналогичного вида отчет строится автоматически, но уже со значениями стоимости. Такие же отчеты, уже более подробные, можно получать по конкретному оборудованию в цехе. Имея такие отчеты за смену/сутки/неделю/месяц/год, уже можно легко анализировать текущую ситуацию, оперативно выявляя отклонения от планируемого потребления.

Что является энергетической себестоимостью?

Оценки затрат энергоносителей на единицу выпущенной продукции, как правило, либо делаются весьма приблизительно, либо им вообще не придается никакого значения. Между тем подобные данные легко собираются в системе b.data и привязываются к соответствующим партиям выпущенной продукции, после чего можно получить как отчеты в табличном виде, так и графики.

Таблица. Потери предприятия при различных утечках

pic4.jpg

По подобным графикам легко определить, сколько электро­энергии было потрачено на тонну выпущенной продукции/партию. Далее пытливые умы могут задаться вопросом – почему при тех же условиях (вид продукции, качество, количество и пр.) в последнюю смену за то же количество времени было затрачено больше электро­энергии (тепла, моющих растворов и пр.), чем в предыдущую и сделать оргвыводы.

Знакомая ситуация на заводе – оборудование стоит, открываем шкаф с пневмоостровами и – шшш… Слышим, как вовсю выходит воздух из некоторых трубок пневмоостровов. Собственно, когда туда вообще последний раз заглядывали? Шипит себе и шипит, а кому это мешает? Компрессор между тем работает и работает… Давайте разберемся, а сколько же у нас уходит воздуха в воздух и сколько денег мы тратим на ветер: сколько таких утечек по заводу? 

Это мало или нет? 328 500 р. Мелочь? А некоторые думают, что копейка рубль бережет. Разрешите тогда немедленно приехать к вам на завод, устранить утечки, а сэкономленные деньги отдадим в детский дом.

pic5.jpg

Рис. Pinch-анализ

Есть также истории, когда покупалось компрессорное оборудование исходя из расчетов номинального потребления + допустимые потери + прогноз роста потребления. Оборудование приезжало и выяснялось, что не хватает мощности. Устранив потери, выходили на проектное потребление. Но зачем допускать такие ошибки? В соответствии со стандартом EN16001 (да и по простой логике тоже) процесс мониторинга, выработки энергополитики и соответствующих мер должен происходить постоянно. Процесс устранения утечек должен быть незамедлительным. Что для этого нужно? Ответ простой – постоянный мониторинг и грамотный анализ данных. Это только по потреблению воздуха, то же самое касается всех остальных энергоносителей. Когда необходимо ремонтировать систему кондиционирования, а когда стоит подождать? Ответ лежит на поверхности. Получив соответствующие отчеты в b.data, вы не только точно узнаете время, но и спланируете свой ремонт и узнаете, когда вернутся капиталовложения.

pic6.jpg

Рис. Иерархия систем энергоменеджмента

Где есть потенциалы для сохранения энергии?

Частично мы уже ответили на этот вопрос. Но рассмотрим интересный метод Pinch-анализа. Данный метод позволяет оценить тепловые потери по заводу, наметить себе карту идеального распределения теплового баланса и отслеживать шаги по достижению этой цели. В Википедии можно найти достаточно емкое определение: «Пинч-анализ (англ. pinch – сжатие, сужение) представляет собой методологию для минимизации потребления энергии химических процессов путем расчета термодинамически осуществимой целевой энергии (или минимума потребления энергии) и ее достижение путем оптимизации тепла рекуперации системы, методов подвода энергии и условий эксплуатации. Пинч-анализ также известен как процесс интеграции, тепловая интеграция, энергетическая интеграция или пинч-технология. Исходные данные для процесса представляются в виде набора энергетических потоков или зависимостей тепловой нагрузки (кВт) от температуры (°С). Эти данные объединяются для всех потоков на предприятии, чтобы дать композитные кривые, одну для всех горячих потоков (отдающих тепло) и одну для всех холодных потоков (требующих тепло). Точка наибольшего сближения горячей и холодной композитных кривых – это пинч-температура (пинч-точка или просто пинч), и является точкой с наибольшими ограничениями. Таким образом, найдя эту точку и начав проектирование с нее, можно достичь целевой энергии с помощью теплообменников путем передачи теплоты между горячими и холодными потоками. На практике в ходе пинч-анализа довольно часто находятся потоки с температурой выше пинч-точки и ниже ее, которые обмениваются энергией друг с другом. Удаление этих обменов взаимным выравниванием позволяет достичь целевой энергии».

Выглядит это следующим образом: на многих молочных заводах pinch температура находится в районе 70°С. Например, применение водяной экономайзера для котельного газа может оказаться неэффективным. Наи­более целесообразная температура для экономайзера – около 150°С. Таким образом, построение подобных кривых позволяет не только оценить экономическую целесообразность различных энергосберегающих решений, но и, что немаловажно, оценить их реальный экономический эффект.

Различных решений здесь очень много. Очень хороший обзор представлен в документе «Bulletin of the international Dairy Federation”, который вы можете без труда найти в Интернете или по адресу http://www.dairysustainabilityinitiative.org/Files/media/IDF_Publications/401-2005.pdf 

Приведу лишь некоторые выдержки из этого документа по возможностям энергосбережения на молочных комбинатах:
применение экономайзеров в бойлерах;
совершенствование систем охлаждения молока (грамотная организация режимов охлаждения может сэкономить немало средств, например, снижение на 1 градус при производительности 100 000 литров/день требует дополнительно 116 кВт•ч);
комбинированные системы Тепло&Энергия (CHP) – ежегодная экономия несколько миллионов рублей;
системы регенерации тепла: решения для парогенераторов, применение тепловых насосов, решения для генерации сжатого воздуха, систем охлаждения, пастеризаторов, производства сыра и многое другое;
CIP станции и пр.

Одним словом, решений может быть очень много. Решить вопрос по постоянному мониторингу, планированию и пр. в соответствии с европейским стандартом EN16001 можно только применением специализированного программного обеспечения. Программное обеспечение для целей энергосбережения может быть как на уровне систем АСУ ТП – систем управления технологическими процессами, так и на уровне MES – т.е. систем управления производством. По поводу системы на уровне АСУ ТП, под названием powerrate для PCS7 или WinCC, фирмы Siemens, уже рассказывалось в предыдущих номерах. Вкратце отмечу наиболее важные моменты – в системе powerrate существуют мощные инструменты не только для сбора и анализа данных, но также и для активного вмешательства в технологический процесс для уменьшения энергопотребления. Благодаря этому, систему можно интегрировать с уже существующими системами АСУ ТП на базе PCS7 и WinCC, без кардинальной переделки программного обеспечения, что делает ее уникальной на рынке. Система b.data, фирмы Siemens, в свою очередь занимает уровень выше.

pic7.jpg

Рис. 4. Интерфейс программы по энергоменеджменту b.data

Затраты на энергоносители можно снизить различными путями, которые уже описаны выше, а также путем оптимизации закупок на рынке энергетики. Здесь речь может идти об оптимизации контрактов, тарифных систем и пр. Для этого необходима полная прозрачность всех энергопотоков, а также мощная система прогнозирования, позволяющая рассчитать энергопотребление в зависимости от партий выпускаемой продукции, сезонности, нагрузки оборудования и пр. Все это возможно с передовой системой энергоменеджмента – b.data. Кроме того, она решает следующие вопросы:
- построение отчетов по энергопотреблению за различные временные промежутки времени с привязкой к месту возникновения затрат (например, офисное помещение, цех и пр.); 
- отчеты за различные промежутки времени с указанием количества выпущенных партий изделий, общего количества продукции и разбивкой по технологическим участкам;
- отчеты по энергоносителям с привязкой к технологическому оборудованию и участкам;
- хранение данных за несколько лет с последующим их сопоставлением относительно времен года, объема выпущенной продукции и пр.;
- идентификацию оборудования, имеющего наибольшее энергопотребление с разбивкой по периодам. Целью является выделение областей/оборудования имеющего наибольшее энергопотребление, для понимания потерь и определения мер по снижению энергозатрат. Примером типичных областей могут быть: -- -- процессы, цеха, оборудование, здания и сооружения, различные системы обслуживания здания, исходные материалы, вода, различные сервисы (например, транспорт) и пр.;
- оценку потребления энергоресурсов в будущих периодах;
- определение путей для оптимизации энергопотребления. Для этой цели применяется различный инструментарий: анализ требуемого энергопотребления; энергоаудит; диаграммы Парето; оценка контрактов на приобретение энергоресурсов; пинч-анализ (метод исследования системы на энергоемкость), мониторинг производительности (включая EPI (energy performance indicators) анализ) и многое другое. Причем показатели EPI могут, в свою очередь, также подразделяться на уровни, в зависимости от того, для кого они предназначены, например для руководства или для операторов техпроцесса.

Что немаловажно для современного производства, это позволяет быстро вносить различные модификации в систему по возможности без привлечения сторонних разработчиков. Действительно, зачем тратить деньги, когда простые изменения можно внести самостоятельно. Система b.data, обладая дружественным интерфейсом (рис. 4), спроектирована таким образом, что не требуется никакого программирования для того, чтобы запараметрировать систему, изменить алгоритмы пересчета и т.д.

Система может коммуницировать через OPC с уже установленными на заводе системами АСУ ТП, что делает ее платформонезависимой системой. Также преду­смотрена отправка данных в различные ERP-системы, например SAP.

Система b.data широко внедрена уже на многих различных заводах, таких, как например, Opel, Audi, BMW, Pepsi, ряде молочных заводов (Obersteirische Molkerei) и многих других.

Применение b.data позволяет идти в ногу со временем и еще больше снижать себестоимость продукции, издержки производства, а стало быть, увеличивать прибыль, повышать заработную плату и премии. 

Резюмируя, еще раз хотелось бы подчеркнуть, что энергосбережение на заводе – это не только замена одних лампочек на другие и учет энергоресурсов с помощью коммерческих систем энергоучета, а постоянная работа по энергоаудиту с привлечением самых передовых разработок, с четким пониманием экономического эффекта и сроков окупаемости.

Давайте рассмотрим типичные вопросы, которые обычно задают об организации энергоменеджмента на предприятиях и работе с программой b.data.

Вопрос: Можно ли организовать энергоменеджмент с помощью таблички Excel? 
Ответ: Может быть, и можно, особенно если на заводе количество счетчиков ограничивается цифрой 3–4 (но это уже не энергоменеджмент). Можно также и вести бухучет тоже с помощью Excel. Можно даже в целях «оптимизации затрат» зайти в бухгалтерию и предложить это им. Но я бы не рисковал…

Вопрос: У нас стоит система АСУ ТП, на базе замечательной SCADA-системы … ХХХ. Почему нельзя сделать все на ней?
Ответ: Для того чтобы вывести показания счетчиков, ее действительно более чем хватает. Но для экономического анализа (а мы ведь хотим действительно много сэкономить, а не просто блеснуть данными на совещании у директора) этого уже совершенно недостаточно. Но можно попробовать, правда, затраты в человеко-часах на разработку подобного программного решения гарантированно превысят стоимость любой специализированной системы на рынке.

Вопрос: Если мы установим программное обеспечение для энергоменеджмента, то когда оно окупится?
Ответ: Тема энергоменеджмента и энергосбережения выходит далеко за рамки только одного программного обеспечения, как, например, мультиметр у электрика. Когда он окупается, через сколько? 

Электрик просто без него работать не может, это его инструмент. А вы будете доверять врачу, который решит вас послушать без стетоскопа? Кашляйте громче, я и так все что нужно услышу! Поэтому данное программное обеспечение тоже является специализированным инструментом, который нужно правильно использовать. Сроки окупаемости энергосберегающих решений обычно от 1 года до 3 лет.

Вопрос: У нас в настоящий момент есть много устаревшего оборудования, с которого невозможно получить данные в автоматическом режиме – стрелочные индикаторы и пр. Как быть в этом случае?
Ответ: В системе предусмотрены различные способы ввода данных как раз для таких случаев. Например, ввод данных вручную в компьютере, через сотовый телефон, удаленно через WEB и пр. Но для того, чтобы уйти от человеческого фактора, нужно модернизировать системы учета. Обратите внимание на шкаф с приборами учета на одном из молочных заводов, приведенный в качестве примера в начале статьи.

Вопрос: На нашем заводе сложился уникальный коллектив. Некоторые члены этого коллектива весьма «творческие» люди и у них вполне может возникнуть желание «подкрутить» некоторые цифры в отчетах, чтобы не расстраивать других работников и не отвлекать людей от более важных вопросов. Есть ли возможность избежать когнитивного диссонанса в головах этих сотрудников при творческом подходе к формированию отчетности?
Ответ: Да, конечно, есть! В системе предусмотрены различные способы ее формирования, как в ручном режиме с возможностью внесения изменений, так и в автоматическом с получением результата в формате pdf (который уже нельзя поменять), распечаткой, отправкой по электронной почте всем заинтересованным лицам и пр. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(35)_2011

ООО «Сименс», г. Москва,
e-mail: info@siemens.com,
www.siemens.com