Jeden laser zamiast pięciu maszyn. Dlaczego większa moc nie musi oznaczać większego zużycia energii?

Czy wymiana pięciu maszyn produkcyjnych na jedno urządzenie może przynieść oszczędności energii, nawet jeżeli nowa maszyna ma dużą moc zainstalowaną?

Tak. W audytach efektywności energetycznej nie chodzi jednak o samo porównanie mocy urządzeń. Znacznie ważniejsze jest to, ile energii potrzeba do wykonania określonej produkcji.

Dobrym przykładem jest analizowana przez nas modernizacja procesu obróbki rur i profili stalowych, w której pięć dotychczasowych urządzeń ma zostać zastąpionych jednym systemem laserowym.

Pięć urządzeń, jeden proces produkcyjny

W analizowanym zakładzie obróbka rur i profili odbywa się z wykorzystaniem kilku oddzielnych maszyn:

• dwóch pił,
• wiertarki,
• dwóch centrów obróbczych.

Poszczególne etapy procesu realizowane są na różnych stanowiskach. Materiał wymaga przemieszczania pomiędzy urządzeniami, a każda operacja zajmuje określony czas.

Planowana modernizacja zakłada zastąpienie tych pięciu maszyn jednym laserowym systemem do cięcia i obróbki rur oraz profili.

Nowe urządzenie ma umożliwiać realizację kilku operacji technologicznych w ramach jednego stanowiska, ograniczając konieczność wielokrotnego przemieszczania i mocowania materiału.

Większa moc nie oznacza większego zużycia energii

Analizowany system laserowy ma moc zainstalowaną wynoszącą około 53 kW.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że urządzenie o takiej mocy będzie zużywać dużo energii elektrycznej. Problem polega jednak na tym, że sama moc zainstalowana niewiele mówi o rzeczywistym zużyciu energii.

Moc wyrażona w kilowatach (kW) określa możliwości energetyczne urządzenia. Zużycie energii wyrażone w kilowatogodzinach (kWh) zależy natomiast od rzeczywistego poboru mocy i czasu pracy.

Dla przykładu:

• maszyna pobierająca średnio 20 kW przez 2 000 godzin zużyje 40 000 kWh,
• maszyna pobierająca średnio 40 kW przez 800 godzin zużyje 32 000 kWh.

Drugie urządzenie pobiera w trakcie pracy dwukrotnie większą moc, ale jego roczne zużycie energii jest o 20% niższe.

To przykład poglądowy, a nie wynik opisywanego audytu. Pokazuje jednak mechanizm, który często występuje przy modernizacji procesów produkcyjnych.

W audycie porównujemy tę samą produkcję

W analizowanym przypadku dotychczasowe urządzenia pracują w różnych operacjach technologicznych, a planowany system laserowy ma przejąć ich funkcje.

Dlatego nie wystarczy zestawić mocy znamionowych starych maszyn i nowego lasera.

Trzeba określić:

• ilość produkcji realizowanej przed modernizacją i planowanej po modernizacji,
• rzeczywisty lub wiarygodnie oszacowany pobór mocy poszczególnych urządzeń,
• czas pracy potrzebny do wykonania porównywalnej produkcji,
• zakres operacji technologicznych przejmowanych przez nowe urządzenie,
• zużycie energii w całym analizowanym procesie.

Szczególnie ważne jest zachowanie porównywalnej wielkości i struktury produkcji. W przeciwnym razie różnica w zużyciu energii może wynikać ze zmiany skali działalności, a nie poprawy efektywności energetycznej.

Jednym z przydatnych wskaźników jest jednostkowe zużycie energii, np. kWh/kg gotowego wyrobu.

Pozwala ono porównać, ile energii potrzeba do wykonania tej samej ilości produkcji przed modernizacją i po niej.

Skrócenie procesu może być ważniejsze niż moc maszyny

W przypadku integracji kilku operacji technologicznych w jednym urządzeniu potencjalne oszczędności mogą wynikać z kilku czynników.

Pierwszym jest skrócenie czasu potrzebnego do wykonania określonej produkcji.

Drugim jest ograniczenie operacji pomocniczych, takich jak przemieszczanie i ponowne mocowanie obrabianych elementów.

Trzecim może być zmniejszenie czasu pracy części urządzeń pomocniczych oraz ograniczenie przestojów pomiędzy operacjami.

Nie oznacza to oczywiście, że każdy laser zastępujący kilka maszyn automatycznie zapewni oszczędności energii. Wynik zależy od rzeczywistych parametrów procesu, organizacji produkcji i sposobu wykorzystania nowej technologii.

W opisywanym projekcie wyniki audytu wskazują na potencjał istotnego ograniczenia zapotrzebowania na energię. Są to jednak oszczędności prognozowane na podstawie przyjętych założeń, a nie wyniki potwierdzone pomiarami po uruchomieniu nowego urządzenia.

Czy taką modernizację można objąć dofinansowaniem?

Modernizacja polegająca na zastąpieniu kilku starszych maszyn jedną, bardziej wydajną technologicznie, może być rozpatrywana jako inwestycja poprawiająca efektywność energetyczną przedsiębiorstwa.

Przykładem instrumentu finansowania jest Kredyt Ekomax BGK, w którym znaczenie ma wykazanie odpowiedniej oszczędności energii pierwotnej.

Sama wymiana maszyn nie przesądza jednak o kwalifikowalności inwestycji. Konieczne jest sprawdzenie warunków programu oraz przeprowadzenie obliczeń potwierdzających wymagany efekt energetyczny.

Więcej o zasadach tego finansowania opisujemy w artykule: Kredyt Ekomax BGK – gwarancja i dopłata do 30%.

Co z tego wynika dla przedsiębiorcy?

Przy planowaniu zakupu nowej maszyny nie należy oceniać jej efektywności energetycznej wyłącznie na podstawie mocy wskazanej w dokumentacji technicznej.

Urządzenie o większej mocy może zużywać mniej energii, jeżeli wykonuje tę samą produkcję w znacznie krótszym czasie lub zastępuje kilka dotychczasowych operacji.

Dlatego w audytach energetycznych maszyn analizujemy cały proces, a nie tylko pojedyncze urządzenie.

Najważniejsze pytanie brzmi: ile energii potrzeba do wykonania tej samej produkcji przed modernizacją i po niej?

Dopiero odpowiedź na to pytanie pozwala wiarygodnie ocenić potencjalne oszczędności i zasadność inwestycji.