SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
V NITRE
TECHNICKÁ FAKULTAUID 2125696
DIPLOMOVÁ PRÁCA
2011 Martin Kubačka, Bc.
1
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
V NITRE
TECHNICKÁ FAKULTA
MOŽNOSTI ÚSPOR ENERGIE VO VÝROBNOM PODNIKU
Diplomová práca
Študijný program: Spoľahlivosť a bezpečnosť technických systémov
Študijný odbor: 2386800 Kvalita produkcie
Školiace pracovisko: Katedra elektrotechniky, automatizácie a informatiky
Školiteľ: Ľudovít Nagy, Ing.
Nitra, 2011 Martin Kubačka, Bc.
2
ABSTRAKT
Pre každú firmu je dôležitá úspora a prispôsobenie svojich energetických či iných
nákladov.
Energetik musí mať potrebné vedomosti a vzdelanie na vykonávanie týchto krokov
a aplikovanie dosiahnutých výsledkov v praxi ako know-how. Musí počítat s viacerími
možnosťami úspory a tým výtvoriť určitý manažment systému úspory elektrickej
energie.
Téma mojej práce sú možnosti úspor energie vo výrobnom podniku. Cieľom práce
bolo navrhnúť nové možnosti úspory elektrickej energie v konkrétnom výrobnom
zariadení a aplikovať nové modely úspory energie. Vyzdvihol som aj dôležitosť
sledovania energetickej spotreby, ktorá by mala byť tiež kontrolovaná. Popísal som
zariadenia a produkty na úsporu elektrickej energie a reálne zhodnotil výsledky, ktorými
je možné dosiahnuť úspory elektrickej energie vo výrobných hálach v podniku.
Navrhol som dve konkrétne možnosti na úsporu elektrickej energie. Prvá použitím
regulátora napätia, ktorú som zakomponoval do existujúceho sýstému osvetlenia
a druhá použitím indukčných výbojok, ktoré nahradili pôvodné halogenidové výbojky.
3
ABSTRACT
Today is necessary component streamlined business monitoring and adjustment
energy demand de latere purchaser.
Energetic engineer must own at it necessary qualification, detailed poop about installed
performance individual appliance and know-how. Must account therewith, that near
established management system energy demand will be must shadow, when originate
possible overrun booking size and from what reason and as if myself those give useful
forestall.
The topic of my work: The possibilities of energy save in business concern. The aim
of my project was to suggest the new possibilities – ways for the enrgy save in the
concrete bussines concern and then apply this new model of save energy into practise.
After I including system of monitoring consumption electric power in company and
I showed a technical equipment, which is possible to save electric power on a company
production hall lighting.
I proposed two concrete possibilities for saving electric energy. The first is regulator
voltage, which is include to existing lightining system. The second saving is consisting
from replace halide lamps to using induction lamps.
4
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Podpísaný Martin Kubačka vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému
Možnosti úspor energie vo výrobnom podniku vypracoval samostatne s použitím
uvedenej literatúry. Som si vedomý zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené údaje
nie sú pravdivé.
V Šuranoch dňa 6. 5. 2011 ......................
podpis
5
POĎAKOVANIE
Touto cestou vyslovujem poďakovanie pánovi Ing. Ľudovítovi Nagyovi za
pomoc, odborné vedenie, cenné rady a pripomienky pri vypracovaní mojej diplomovej
práce.
V Šuranoch dňa 6. 5. 2011 .......................
podpis
6
POUŽITÉ OZNAČENIE
EU - európska únia
ÚRSO - Úrad pre reguláciu sieťových odvetví
ZSE - Západoslovenská energetika
NN - nízke napätie
VN - vysoké napätie
VVN - veľmi vysoké napätie
% - percento
V - volt
A - ampér
kWh - kilowatthodina
Mwh - megawatthodina
kW - kilowatt
napr. - napríklad
obr. - obrázok
el.energia - elektrická energia
max. - maximálne
OBSAH
7
ÚVOD...........................................................................................................................9
1 PREHĽAD O SÚČASTNOM STAVE RIEŠENEJ PROBLEMATIKY.......11
1.1 Energetika Slovenskej republiky...................................................................11
1.2 Všeobecné pojmy..........................................................................................11
1.3 Cena elektrickej energie................................................................................14
1.3.1 Základné princípy platby za odber elektrickej energie.....................15
1.4 Optimalizácia odberu elektrickej energie......................................................16
1.4.1 Opatrenia optimalizácie....................................................................17
1.4.2 Princíp optimalizácie.........................................................................19
1.4.3 Energetické riešenie..........................................................................19
1.4.4 Odhad veľkosti úspory dosiahnuteľnej optimalizáciou...................20
2 CIEĽ PRÁCE........................................................................................................22
3 METODIKA PRÁCE...........................................................................................23
4 VÝSLEDKY PRÁCE...........................................................................................24
4.1 Charakteristika spoločnosti Bourbon Fabi, spol.s.r.o.....................................24
4.2 Monitorovanie spotreby elektrickej energie...................................................25
4.3 Návrh na úsporu elektrickej energie...............................................................28
4.3.1 Regulátory napätia LEC...................................................................28
4.3.2 Inštalácia regulátorov napätia – návrh riešenia.................................30
4.3.3 Úspora energie výmenou halogenidových za indukčné výbojky.....37
4.3.3.1 Celkové úspory vzhľadom na náklady.............................46
5 DISKUSIA..............................................................................................................47
6 ZÁVER....................................................................................................................48
7 POUŽITÁ LITERATÚRA....................................................................................49
ÚVOD
8
Energetická náročnosť, vyjadrená podielom celkovej primárnej spotreby energie
a hrubého domáceho produktu, má od vzniku Slovenskej republiky neustále klesajúcu
tendenciu. Stále je však v porovnaní s priemerom krajín v Európskej únii 7,7 krát vyššia
použijúc výmenný kurz a pri použití parity kúpnej sily je 2,3 krát vyššia. Dôvodom sú
najmä nízka produktivita práce v porovnaní s krajinami Európskej únie, ale aj vysoký
podiel priemyslu na tvorbe hrubého domáceho produktu a vysoký podiel energeticky
náročných odvetví priemyslu. Spomalenie rastu hrubého domáceho produktu v
posledných rokoch bolo sprevádzané miernym poklesom spotreby primárnych
energetických zdrojov, poklesom konečnej spotreby energie ako aj spotreby elektriny.
Spotreba primárnych energetických zdrojov na obyvateľa je v SR na úrovni cca 85 %
priemeru krajín Európskej únie.
Slovensko má energeticky štvornásobne náročnejší priemysel v porovnaní s
priemerom EÚ. Aj keď túto nelichotivú štatistiku do určitej miery vytvárajú oceliarne,
hlinikáreň a veľké závody, šetrenie energiou sa už stáva prioritou najmä vo väčších
firmách.
Spotreba primárnych energetických zdrojov u nás síce stúpa, ale pomalšie ako
tvorba hrubého domáceho produktu. Jednotka produktu je tak predsa len energeticky
menej náročná. Tento trend je pozitívny. Pripomeňme, že napríklad gigajoul tepla stál
ešte v čase nežnej revolúcie 20 korún. Dnes je to približne 33-krát viac. Priemysel je
najväčší konzument energií, ktorý zoberie 35 % z celého koláča. Ale až 95 %
nevyhnutných primárnych energetických zdrojov, ako sú ropa, zemný plyn, jadrové
palivo, musí Slovensko dovážať.
Je zrejmé, že veľké firmy majú záujem správať sa efektívne. Napríklad
mnohé menšie firmy však energetickú úsporu nepokladajú za prioritu. Ale pritom podľa
analýz Energetického centra Bratislava sa prostriedky vložené do šetrenia energií môžu
firmám vrátiť už v priebehu dvoch - troch rokov. A z ušetrených peňazí sa dá splácať
prípadný úver.
Ďalšou stránkou su budovy. Optimálna spotreba v "dobrej" budove by mala byť
zhruba 160 kilowatthodín energie na štvorcový meter plochy za rok. Väčšina
moderných budov sa už projektuje s veľkým dôrazom na minimalizáciu prevádzkových
nákladov.
Vo výrobniach a v závodoch môže byť problémom navyše aj zmena účelu, s
9
ktorou sa spája aj nový spôsob využívania. Príkladom je príchod zahraničných
investorov, napríklad do strojárstva, ktorí namiesto využitia ponúkaných výrobných hál
radšej postavili nové. Viedol ich k tomu najmä záujem o energeticky efektívnu
prevádzku, ktorú bolo jednoduchšie zabezpečiť v nových halách, než rekonštruovať
staré.
V mojej diplomovej práci sa budem snažiť získať dostatočné množstvo
informácií o možnostiach úspory elektrickej energie vo vybranom výrobnom podniku.
Takisto budem prezentovať námety na úsporu elektrickej energie a sňou súvisiacej
optimalizácie. Zároveň si prehĺbim vedomosti z danej oblasti. Budem sa snažiť
o preskúmanie danej problematiky tak, aby som získané teoretické vedomosti mohol čo
najlepšie využiť pri samotnej práci.
10
1 PREHĽAD O SÚČASNOM STAVE RIEŠENEJ PROBLEMATIKY
1.1 Energetika Slovenskej republiky
Slovenská republika má nedostatok vlastných primárnych energetických surovín
a preto je závislá na dovoze z iných krajín. Vysokým percentom sa na dovoze podieľajú
dovozy zemného plynu a ropy z Ruska.
Ešte stále nedoceňované sú možnosti využitia obnoviteľných zdrojov energie.
Často ich využívanie je prerušované, závislé od meniaceho sa počasia (veterná energia,
slnečná energia, atď .) resp. obmedzené na určité miesto (geotermálna energia, atď.). Ich
energetický potenciál je však oveľa väčší, než je naša súčasná spotreba. Moderné
technológie využívania niektorých zdrojov sú už na takom stupni vývoja, že v určitých
oblastiach sú schopné úplne nahradiť klasické zdroje energie.
Najviac využívaný obnoviteľný zdroj energie na výrobu elektrickej energie na
Slovensku je vodná energia, pričom najväčší technický potenciál má biomasa. Vďaka
svojím prírodným podmienkam má Slovensko významný potenciál aj v geotermálnej
energii, tvorený predovšetkým geotermálnymi vodami.
Obrovské rezervy má Slovensko v úlohe šetrenia a racionálneho využívania
energie. Pri uspokojovaní svojich energetických potrieb by sa malo zamerať hlavne na
maximálne zefektívnenie procesov získavania, premeny, dopravy a predovšetkým
racionálneho využívania energie.
1.2 Všeobecné pojmy
Energetika – je vedná disciplína, ktorej predmetom skúmania je
zabezpečenie energie pre obyvateľstvo. Zaoberá sa otázkami výroby energie, jej
rozvodu, distribúcie a spotreby.
Elektroenergetika – je vedná disciplína, ktorej predmetom skúmania je
zabezpečenie elektrickej energie pre obyvateľstvo. Je spojená so širokým okruhom
11
problémov spojených s elektrickou energiou v rôznych oblastiach života (Fecko, 1991).
Patria sem:
výroba elektrickej energie,
prenos elektrickej energie,
distribúcia elektrickej energie,
spotreba elektrickej energie,
prevádzka elektrizačnej sústavy a dispečerské riadenie,
zabezpečenie a riadenie rozvoja elektroenergetiky,
ekonomizácia elektroenergetiky,
uplatnenie trvalo udržateľného rozvoja elektroenergetiky,
riešenie ergonomických problémov elektroenergetiky.
Energetická sústava – je nadradený termín na označenie veľkého
systému, ktorý pozostáva z nasledujúcich prvkov:
elektrizačná sústava,
teplofikačná sústava,
plynofikačná sústava,
sústava zásobovania jadrovými palivami,
sústava zásobovania kvapalnými palivami.
Elektráreň – je energetické zariadenie, ktoré vyrába elektrickú energiu
formou premeny z rozličných druhov energií. Zahŕňa zariadenie na premenu energie,
stavebnú časť a všetky potrebné pomocné zariadenia. Podľa prvotného zdroja energie sa
delia elektrárne na vodné, veterné, slnečné (solárne) a tepelné.
Elektrická stanica – stanica so zariadením, ktoré slúži k transformácii,
rozvodu alebo premene elektrickej energie.
Elektrické vedenie – súbor vodičov, izolačných materiálov a konštrukcií
určených na prenos elektrickej energie medzi dvoma bodmi elektrickej siete. Podľa
druhu rozoznávame:
káblové vedenia,
vonkajšie vedenia,
12
vedenia izolované plynom
Elektrické vedenia sa delia podľa:
účelu: rozvodné a prenosové,
umiestnenia: vonkajšie, káblové a elektrická inštalácia,
menovitého napätia: nn, vn, vvn, zvn, uvn.
Elektrická sieť - je spojovacím článkom medzi výrobou a spotrebou
elektrickej energie. Je to súbor jednotlivých vzájomne prepojených elektrických staníc,
vonkajších a káblových elektrických vedení určených na prenos a rozvod elektriny.
Podľa prúdovej sústavy rozoznávame jednosmernú elektrickú sieť a striedavú elektrickú
sieť. Podľa účelu sa elektrické siete delia na: distribučné a prenosové. Podľa
menovitého napätia sa delia na:
siete nízkeho napätia nn (nad 50 V do 1000 V),
siete vysokého napätia vn (nad 1 kV do 52 kV),
siete veľmi vysokého napätia vvn (nad 52 kV do 300 kV),
siete ultravysokého napätia uvn (nad 800 kV).
Rozvodná sieť – časť elektrickej siete, ktorá slúži na dodávku elektrickej
energie ku spotrebiteľom.
Elektrizačná sústava (ES) - je systém zabezpečujúci plynulé
odovzdávanie elektrickej energie elektrickými sieťami ovládanými informačným
systémom, ktorý sprostredkúva reguláciu a riadenie sústavy. ES teda zabezpečuje
výrobu, prenos, rozvod (distribúciu) a konečné využitie (spotrebu) elektrickej energie
(Bystriansky, 2008).
Maximálna rezervovaná kapacita - maximálna hodnota výkonu,
ktorý je technicky možné odoberať z distribučnej sústavy – hodnota štvrť hodinového
výkonu na napäťovej úrovni vvn a vn dohodnutá v zmluve o pripojení do sústavy a
určená v pripojovacích podmienkach.
Rezervovaná kapacita - dohodnutá hodnota 1/4 hodinového výkonu,
ktorý zabezpečuje pre odberateľa elektriny, dodávateľa elektriny alebo obchodníka s
13
elektrinou prevádzkovateľ distribučnej sústavy na základe platnej zmluvy o distribúcii,
alebo zmluvy o združenej dodávke alebo rámcovej distribučnej zmluvy. Rezervovaná
kapacita nemôže prekročiť hodnotu maximálnej rezervovanej kapacity.
1.3 Cena elektrickej energie
V súčasnosti sú na Slovensku ceny elektrickej energie regulované. Cenový
výmer ÚRSO SR stanovuje maximálnu výšku cien elektrickej energie, ktorá potom
charakterizuje jednotlivé sadzby cenníka elektrickej energie dodávanej z rozvodných
energetických podnikov (ZSE).
Podľa ÚRSO SR sa odberatelia elektrickej energie zo sietí slovenskej elektrizačnej
sústavy delia do niekoľkých kategórií:
odberatelia NN – odberatelia, ktorých odberné elektrické zariadenie je pripojené na
verejný rozvod elektriny nízkeho napätia s napätím medzi fázami do 1 kV,
odberatelia VN – odberatelia, ktorých odberné elektrické zariadenie je pripojenéna
verejný rozvod elektriny vysokého napätia s napätím medzi fázami od 1 kVdo 52 kV,
odberatelia VVN – odberatelia, ktorých odberné elektrické zariadenie je pripojené na
verejný rozvod elektriny veľmi vysokého napätia s napätím medzi fázami nad 52 kV.
1.3.1 Základné princípy platby za odber elektrickej energie
14
Veľkoodberateľ neplatí len za odobranú elektrickú prácu (tak, ako platia za el.
energiu maloodberatelia, napr. domácnosti), ale formou platby za technické maximum a
1/4-hodinové výkonové maximum platí i za nerovnomernosť odberu. Ide o nemalú
čiastku, mnohokrát tieto položky tvoria 50 i viac percent sumy, fakturovanej za dodávku
el. energie. Dôležité je, že obidve tieto položky závisia od rovnomernosti odberu a sú
ovplyvniteľné optimalizáciou.
Pre platbu je rozhodujúca tá štvrťhodina mesiaca, v ktorej bola dosiahnutá
najvyššia úroveň priemerného štvrťhodinového výkonu. Všetky ostatné štvrťhodiny
sú z hľadiska platby za obidve maximá nepodstatné, a na fakturovanej sume za tieto
položky sa nič nezmení ani v prípade, keby vo všetkých ostatných štvrťhodinách mal
objekt nulový odber. Úlohou optimalizácie teda je zrovnomerniť odber a nepripustiť
vznik štvrťhodín extrémneho odberu.
Technické maximum – je zmluvne dohodnutá maximálna úroveň priemerného výkonu
v štvrťhodine. Dojednáva sa s platnosťou minimálne na 1 rok, pričom vyhodnotenie
neprekročenia zmluvnej úrovne, resp. penalizácia pri jej prekročení, sa robí mesačne.
Platí sa za dojednanú úroveň, a to i v prípade nedosiahnutia tejto úrovne, napr. pri
sadzbe B3, B4 je aktuálna cena 3,65 eur/ kW mesačne.
Štvrťhodinové maximum – je najvyššia úroveň priemerného štvrťhodinového výkonu
dosiahnutá v kalendárnom mesiaci. Odberatelia s technickým maximom nad 150 kW
majú možnosť alternatívnej voľby tarify. Buď platia za skutočne dosiahnutú hodnotu
štvrťhodinového maxima, pričom odberateľ úroveň odberu vopred nezjednáva (napr.
sadzba B4), alebo platia za vopred dojednanú úroveň maxima, ktorú sa zaväzujú v
danom mesiaci neprekročiť (napr. sadzba B3). Pri dohodnutej sadzbe B3 nemá skutočne
dosiahnutá úroveň odberu na platbu vplyv, s výnimkou výraznej penalizácie pri
prekročení zjednanej hodnoty.
Rozdiel v sadzbe za kW napr. pri porovnateľných sadzbách B3, B4 je:
pri nezjednávanej sadzbe B4 platí v súčasnosti taxa 10,12 eur/kW,
pri zjednávanej sadzbe B3 platí v súčasnosti taxa 8,63 eur/kW,
Teda rozdiel medzi sadzbou B3 a B4 je 1,49 eur/kW, čo predstavuje cca 15 %, čiže
rozdiel je v prospech zjednávanej sadzby B3.
Zdanlivo veľmi lákavá je možnosť dosiahnutia úspory jednoduchým prechodom zo
sadzby nezjednávanej na sadzbu zjednávanú.
15
Teoreticky možno takto ušetriť napr. u odberateľa s dosahovanou úrovňou
štvrťhodinového maxima 500 kW sumu 500 x 1,49 = 745 eur mesačne. V skutočnosti je
však problém omnoho zložitejší.
Úroveň maxima sa zjednáva vopred a pri dohodnutej sadzbe B3, reálne nie je možné s
dostatočnou presnosťou vopred odhadnúť vývoj odberovej situácie v danom mesiaci.
Obecne platí zásada, že čím viac odberateľ vyhovie potrebám dodávateľa, tým
výhodnejšie tarifné podmienky získa, ale súčasne je za porušenie zjednaných
podmienok tvrdšie penalizovaný (Šmejkal, 1999).
1.4 Optimalizácia odberu elektrickej enegie
Optimalizáciu elektrickej energie možno vnímať ako veľmi špecifický,
odborne náročný proces, preto sa riešenie problematiky optimalizácie v objekte zvykne
odkladať na neurčito. Optimalizáciu možno však vnímať aj ako zavedenie
bezproblémového racionalizačného opatrenia, ktoré v konečnom dôsledku nijako
výrazne nezasahuje do bežnej, každodennej prevádzky výrobného podniku, nemocnice,
školy, či prevádzky administratívnej budovy. Správne je pristupovať k optimalizácii
najskôr ako k špecifickému, odborne náročnému procesu, a potom, po uvedení
optimalizačného systému v objekte do prevádzky a po prekonaní počiatočných
problémov konštatovať, že v konečnom dôsledku vlastne ide o bežné racionalizačné
opatrenie.
Vzhľadom na rozsiahlosť problematiky optimalizácie odberu elektrickej energie
a obmedzený rozsah príspevku je mojím zámerom hlavne zvýrazniť niektoré základné
princípy a priblížiť problematiku optimalizácie chápaniu nezainteresovaného človeka,
neodborníka na oblasťoptimalizácie.
1.4.1 Opatrenia optimalizácie
16
Udalosťou, ktorá vo výrobnom podniku spôsobí rozruch a vyvoláva naliehavú
potrebu riešenia, je prekročenie technického maxima a pochopiteľne, najmä pokuta,
ktorá je s touto udalosťou spojená.
Urýchlene sa začnú prijímať improvizované, viac alebo menej účinné opatrenia, ktoré
môžu problém na určitú dobu vyriešiť:
• Zvýši sa technické maximum. Zvýšenie musí byť dostatočné, teda také, aby
nová dohodnutá úroveň s dostatočnou rezervou zodpovedala predpokladanému vývoju
odberovej situácie v časovom horizonte minimálne jedného roka, a to vrátane vykrytia
mimoriadnych odberových špičiek. Zvýšenie technického maxima sa prejaví v položke
platba za technické maximum, uhrádzanej každý mesiac. Napr. pri sadzbách B3, B4
predstavuje toto zvýšenie sumu 3,65 eur za každý kW, a to i v prípade, že v ďalších
mesiacoch dôjde napr. k poklesu odberu objektu. Môže sa teda stať, že sa bude platiť
zbytočne, a to po dobu min. jedného roka, po uplynutí ktorého bude možné realizovať
ďalšiu korekciu dohodnutej úrovne.
• Príjmu sa organizačné opatrenia typu „zákaz zapínania vybraných spotrebičov
v určitom časovom úseku dňa“, zákaz používania varičov, ohrievačov a pod., presunie
sa časť výroby, a teda aj spotreby z kritického časového úseku do inej časti dňa (druhá,
či tretia zmena).
• Začne sa uplatňovať aktívna regulácia na báze sledovania vývoja odberu a
„ručného“ vypínania vybraných spotrebičov, príp. zadávania telefonických príkazov na
vypnutie spotrebičov, či technologických celkov.
• Príjmu sa iné opatrenia, príp. kombinácia viacerých opatrení. Uvedené
opatrenia sa dajú realizovať veľmi rýchlo a akútny problém prekračovania dohodnutej
úrovne technického maxima sa môže zdať uspokojivo vyriešený. V tejto súvislosti je
však potrebné uvedomiť si niekoľko skutočností. Účinnosť organizačných opatrení,
rovnako ako účinnosť „ručnej regulácie“, je veľmi problematická. Výsledný efekt
takejto regulácie je závislý od spoľahlivosti ľudského činiteľa, preto nesie aj riziko,
ktoré z tejto skutočnosti vyplýva. Zlyhanie človeka, nazvime ho „dispečer“, hoci na
jednu štvrťhodinu v mesiaci, môže znamenať degradáciu inak perfektnej regulácie vo
všetkých ostatných štvrťhodinách mesiaca. Navyše aj pri bezchybnej činnosti dispečera
17
počas celého mesiaca má takáto regulácia ďalšie zásadné nevýhody, ktoré vyplývajú už
z jej princípu.
• Dispečer sa musí regulácii venovať systematicky, a to predovšetkým v
kritických časových úsekoch dňa, čo môže znamenať značné náklady i s prihliadnutím
na to, že túto prácu musí vykonávať človek precízny, odborne zdatný, ktorý môže byť
efektívnejšie využitý pre inú odbornú prácu.
• Dispečersky riadená regulácia musí byť zákonite hrubšia, nie je čas na
postupné vypínanie jednotlivých spotrebičov, vypínajú sa celé technologické celky
(výrobné linky, dielne a pod.). Pri takejto hrubej regulácii dochádza k zbytočne veľkým
stratám z dôvodu obmedzovania výroby, a taktiež k stratám z dôvodu zníženia kvality
výroby, spôsobenej častým narúšaním kontinuity technologického procesu. Straty môžu
byť niekedy i výraznevyššie, než je dosiahnutá úspora.
• Regulačné zásahy sú realizované s časovým oneskorením vyplývajúcim z
reakčných časov človeka. Vyhodnotenie zmeny odberovej situácie, zadanie príkazov na
vypnutie spotrebičov, samotné vypnutie atď., to všetko sú oneskorenia, s ktorými pri
riešení akútnej zmeny odberu v závere štvrťhodiny treba počítať. Vypínať sa teda musí s
predstihom, častokrát aj úplne zbytočne.
Je vhodné, ak sa v takejto situácii v podniku začne uvažovať o systémovom riešení
problému a začne sa uvažovať o optimalizácii odberu elektrickej energie. Realizácia
projektu optimalizácie nemôže byť len záležitosťou energetika, veď napokon o
realizácii projektu rozhoduje vrcholové vedenie, no zásadný význam má stanovisko
ekonómov, výrobárov a pod. V tejto etape je potrebné, aby si aspoň základné minimum
znalostí tejto problematiky osvojil každý zainteresovaný pracovník (VÚVT, 2008).
18
1.4.2 Princíp optimalizácie
Princíp optimalizácie odberu elektrickej energie vychádza z princípu platby za
štvrťhodinové maximum a technické maximum.
Centrálny elektromer odberného miesta v každej štvrťhodine vyhodnocuje priemerný
štvrťhodinový výkon a zaznamená počas mesiaca najvyššiu dosiahnutú úroveň, ktorá je
potom vyhodnocovaná pri mesačnej fakturácii. Optimalizačný systém v reálnom čase
vyhodnocuje odberovú situáciu v každej štvrťhodine, a to už od jej začiatku. Ak v
určitej fáze štvrťhodiny sa vývoj javí ako kritický, optimalizačný systém vypína
vybrané spotrebiče tak, aby výsledný odber v 1/4 hodine neprekročil nastavenú
regulačnú úroveň.
Vypínanie sa realizuje inteligentným a selektívnym spôsobom a rešpektuje vypínacie
podmienky, nastavené individuálne pre každý spotrebič:
poradie v akom budú spotrebiče vypínané (prioritný systém),
max. doba vypnutia spotrebiča (napr. u chladiarenských zaria-
dení doba tepelnej zotrvačnosti, aby nedošlo k neprípustnému
nárastu teploty),
minimálna doba medzi dvomi vypnutiami toho istého spotrebiča,
vypnutie jedného spotrebiča je podmienené určeným stavom iného spotrebiča
(napr. mlyn možno vypnúť len vtedy, keď s predstihom bol vypnutý dopravník
prisúvajúci surovinu),
vypnutiu spotrebiča predchádza aktivácia akustickej alebo optickej predzvesti
(napr. pri sústruhu sa takto vytvorí časová rezerva na dokončenie úkonu, aby
nedochádzalo k zničeniu nástroja).
1.4.3 Energetické riešenie
Energetik musí riešiť problém, ako stanoviť optimálnu hodnotu v priestore
vymedzenom dvomi mantinelmi:
19
buď dojednať úroveň s dostatočnou rezervou a s rizikom, že v
skutočnosti sa nedosiahne dojednaná úroveň a platí sa zbytočne za kW
navyše,
alebo dojednať úroveň bez rezervy a s rizikom, že dôjde k prekročeniu
dojednanej úrovne a platia sa penále za prekročenie dojednanej úrovne.
Analogicky je nutné riešiť problém zjednania optimálnej úrovne pri technickom
maxime, kde je situácia ešte zložitejšia. Pri technickom maxime je potrebné predikovať
vývoj situácie na rok dopredu a dojednávaniu sa nedá vyhnúť (s výnimkou špecifických
sadzieb, ktoré však majú iné nevýhody, príp. sú určené pre špeciálne druhy odberu, ako
napr. objekty s el. vykurovaním, sadzba B11). V objektoch so živelným, neriadeným
odberom je nevyhnutné zjednávať technické maximum so značnou rezervou a pri 1/4
hodinovom maxime využívať sadzbu nezjednávanú, s vyššou taxou za kW.
Je evidentné, že odberové špičky, ktorým sa pri neregulovanom odbere nedá vyhnúť,
zvyšujú položky platba za technické maximum a platba za 1/4 hod. maximum, a to
veľmi výrazne najmä pri objektoch s nerovnomerným odberom. Čiastkovým riešením
situácie je už spomenutá hrubá regulácia odberu, ktorá však nie je vhodná ako trvalé
riešenie. Pragmatickým riešením je vybavenie objektu dostatočne inteligentným,
plnoautomatickým optimalizačným systémom, ktorý precíznou a selektívnou reguláciou
riadi odber objektu a umožňuje dosiahnutie optimálnej úspory pri minimalizovaných
zásahoch do výrobného procesu.
1.4.4 Odhad veľkosti úspory dosiahnuteľnej optimalizáciou
S postupným prehlbovaním znalostí problematiky odberu el. energie sa
problém prekračovania technického maxima v podniku rozšíri na problém komplexného
riešenia optimalizácie odberu a nadíde čas, keď je k spolupráci prizvaná firma,
zameraná na optimalizáciu. Uskutočnia sa prvé rokovania o možnej realizácii riešenia
optimalizačného projektu – vybavenia objektu optimalizačným systémom.
Základné otázky, na ktoré sa od špecialistov prizvanej firmy očakáva odpoveď, sú:
akú úsporu možno očakávať od realizácie projektu optimalizácie?
20
aké budú náklady na realizáciu projektu a samozrejme, akú možno
očakávať dobu návratnosti investície?
Kým kalkulácia nákladov na realizáciu optimalizačného projektu môže byť pre
projektanta po oboznámení sa s objektom rutinnou záležitosťou, odhad veľkosti úspory
dosiahnuteľnej optimalizáciou je podstatne zložitejší. Parametrom využiteľným pri
prvom orientačnom posúdení odberovej situácie v objekte (na odbernom mieste) je
komplexná cena za 1 kWh odobranej el. práce. Táto cena sa vypočíta z faktúry za odber
el. energie ako podiel celkovej fakturovanej sumy a množstva odobranej el. práce (ďalej
kWh cena).
Skúsený projektant optimalizačných systémov z vypočítanej kWh ceny a
výsledku obhliadky objektu dokáže už pri prvej návšteve objektu orientačne odhadnúť
efektívnosť možnej investície do realizácie projektu optimalizácie. Vždy však ide o
hrubý odhad vychádzajúci z porovnania vypočítanej kWh ceny s cenou dosahovanou pri
porovnateľných objektoch, najmä podobných objektoch s optimalizovaným odberom. V
tomto zmysle by mal byť odhad projektanta interpretovaný majiteľovi, či užívateľovi
objektu (VÚVT, 2008).
21
2 CIEĽ PRÁCE
Cieľom mojej diplomovej práce je navrhnúť spôsob optimalizovania spotreby
elektrickej energie v oblasti osvetlenia pre jednotlivé výrobné haly a sňou spojenej
úspory v podniku Bourbon Fabi, spol.s.r.o. pomocou zariadenia na to určeného a tým
znížiť náklady vynaložené za odber elektrickej energie.
22
3 METODIKA PRÁCE
Na dosiahnutie uvedeného cieľa je potrebné vykonať tieto čiastkové úlohy:
štúdium literatúry zaoberajúcej sa optimalizáciou spotreby elektrickej energie,
charakteristika vybraného objektu (prehľad o súčasnom stave monitorovania
spotreby elektrickej energie a jej reálneho zobrazovania),
návrh konkrétnych systémov pre úsporu elektrickej energie,
spracovanie jednotlivých návrhov,
zhodnotenie technických a ekonomických parametrov navrhnutého riešenia,
výsledky práce.
23
4 VÝSLEDKY PRÁCE
4.1 Charakteristika spoločnosti Bourbon Fabi SK, spol.s.r.o.
Obr. 4.1 Snímok samotného podniku
Výrobný podnik Bouron Fabi SK bol vybudovaný v roku 2005 po dohode s
jeho záladnými a potenciálnymi klientmi do budúcnosti.
Spoločnosť sa zaoberá výrobou plastových výliskov výlučne pre automobilový
priemysel. Výrobný podnik poskytuje široké možnosti výroby výliskov z plastového
granulátu podľa potrieb a požiadaviek zákazníka.
Dodávané výrobky poskytujú svojou kvalitou všetky nároky, kladené zo strany
klienta. Kvalita je podmienená takisto aj sériami úspešných auditov. A v neposlednom
rade spoločnosť disponuje získanými certifikátmi pre automobilový priemysel.
Charakteristika trhu
Súčasnými klietmi sú :
PSA, všetky Európske produkčné miesta
24
Faurecia, všetky Európske produkčné miesta
Toyota
Renault, všetky Európske produkčné miesta
Spoločnosť je špecializovaná na výrobu v týchto oblastiach :
- vnútorných výduchov ventilácie pre automobily, s možnosťou ich ďalšej
úpravy následným lakovaním alebo dekorovaním,
- vnútorné a vonkajšie klučky a madlá dverí s možnosťou následného
lakovania
- lisovanie špeciálných výliskov na dvojkomponentnom lise
Objekty, ktoré sa nachádzajú v areály sú napájané z vysokonapäovej (VN)
rozvodne, na ktorú sú napojené transformátory. Celkovo sa tu nachádzajú tri
transformátory :
rezerva) – vzduchom chladený transformátor Trihal 800 kVA
vzduchom chladený transformátor Trihal 800 kVA
vzduchom chladený transformátor Trihal 800 kVA
4.2 Monitorovanie spotreby elektrickej energie
Spoločnosť má zmluvný vzťah s poskytovateľom služieb na monitorovanie
odberu elektrickej energie (firma PPA Power s.r.o.). Na základe diagramov odberu je
možné kedykoľvek v priebehu dňa diagnostikovať množtvo odobratej elektrickej
energie, elekrickej práce, činný odber, jalový odber.
Obsluha si može pomocou grafov spätne skontrolovať v období niekoľko mesiacov stav
v akom sa nachádzala kontorla spotreby v danom dni, tyždni, mesiaci alebo kvartáli.
Toto monitorovanie spotreby elektrickej energie zároveň pomáha energetikovi,
reagovať na zmeny odberu elektrickej energie. Plánuje a nahlasuje predpokladaný odber
elektrickej energie z hľadiska aktuálnej produkcie v závode. Týmto vlastne šetrí na
samotnom odbere, ale taktiež i finančné prostriedky.
Reálne monitorovaná spotreba:
25
Graf 4.1 Odobrátá elektrická práca – mesačné zobrazenie
Graf 4.2 Diagram odbreru – denné zobrazenie
26
Graf 4.3 Diagram odbreru – týždenné zobrazenie
Monitorované a namerané hodnoty z týždenného diagramu:
Výsledky meraní výchádzajú z dní 12.5. 2010 až 18.5. 2010.
Ročná rezervovaná kapacita: 700kW
Kladná odchýlka: 689, 80 kWh
Záporná odchýlka: 42,41 kWh
Maximálny nameraný výkon 1: 657. 90 kW (12.5.2010 13: 45)
Maximálny nameraný výkon 2: 643. 82 kW (12.5.2010 13: 15)
Maximálny nameraný výkon 3: 642. 06 kW (12.5.2010 13: 30)
Minimálny nameraný výkon 1: 33.44 kW (15.5.2010 15: 00)
Minimálny nameraný výkon 2: 35.20 kW (15.5.2010 13: 15)
Minimálny nameraný výkon 3: 35.55 kW (15.5.2010 12: 45)
Priemerný nameraný výkon: 406.66 kW
4.3 Návrh na úsporu elektrickej energie
27
Kedže sa v podniku pracuje v nepretržitej prevádzke, tomu priamo úmerne
prislúcha aj svietenie vo výrobných halách a skladovacích priestoroch, ktoré sú
rozsiahle a kde je neustály príjem a výdaj materiálu. Svietenie je tým pádom
nevýhnutnou každodennou súčasťou výrobného procesu.
V rámci šetrenia elektrickej energie sa zameriam na osvetlovaciu techniku tam kde
je to najefektívnejšie. Konkrétne sa jedná o halu pre vstrekovanie plastov, halu montáže
a skladovacie haly.
Presný popis, ako sa môže realizovať možnosť tejto konkrétnej úspory podrobne
rozoberiem a takisto stým spojené výhody použitím zariadení pre úsporu elektrickej
energie.
4.3.1 Regulátory napätia LEC – riešenie pre úspory energie
v osvetleníAko prvý rozoberiem návrh úspory elektrickej energie využitím regulátora
napätia.
LEC (Lighting Energy Controller) je rada produktov vyvinutých firmou Power
Electronics System, pre použitie v aplikáciach na úsporu energie v osvetlovacích
systémoch a svetelných sústavách. Princíp úspory energie spočíva v jednoduchej
myšlienke, ktorá bola prakticky realizovaná vývojom a výrobou týchto zariadení.
Podstata úspory energie spočíva v rozdiele napájacieho napätia distribuovaného v
elektrickej sieti a požadovaným napätím nutným pre správnu funkciu svetelného
zdroja, resp. svetelnej sústavy. Bežné napätie v elektrickej sieti európskych krajín,
ktoré zabezpečuje bezpečnú prevádzku napájaných elektrických zariadení a spĺňa tak
všetky normy, sa pohybuje v rozmedzí hodnôt 230V +/-10%, t.j. (207 - 253V).
Výrobcovia svetiel, tak aby bola dodržaná táto skutočnosť, navrhujú
osvetlenie tak, aby efektívne pracovalo už pri 207V. Prevádzka osvetlenia pri vyššom
napätí vedie k výrazne vyššej spotrebe elektrickej energie. Pri projektovaní
svetelných sústav je rátané s kapacitnou rezervou tak, aby bola splnená technická i
hygienická norma. Naddimenzovanú časť (spotrebu) musí užívateľ platiť, pokiaľ nemá
možnosť túto sústavu regulovať. Reguláciou a stabilizáciou napájacieho napätia v
svetelných sústavách zariadeniami LEC dochádza k úspore elektrickej energie v
28
rozmedzí 15% - 35% odoberanej energie a takisto k sekundárnej úspore na nákladoch
spojených s výmenou svetelných zdrojov, ktorých životnosť sa predlžuje o jednu
tretinu.
Produktová rada zariadení LEC:
Obr. 4.2 LEC typ A - jednofázový Obr. 4.3 LEC typ A - trojfázový
Obr. 4.4 LEC typ B - jednofázový Obr. 4.5 LEC typ B - trojfázový
Obr. 4.6 LEC typ B Super -trojfázový Obr. 4.7 Ecolite
Zariadenia LEC (Lighting Energy Controller) sú produktom vyrábaným firmou Power
Electronics Ltd. Regulátor napätia LEC je riešením pre zníženie nadbytočného
napätia v elektrických svetelných obvodoch, ktoré „samo-transformovaním"
elektrickej energie ovláda výstupné napätie. Je to jednoduchý, malý a lacný
produkt. Z komerčného hľadiska je najväčšou prednosťou LEC to, že prvýkrát bolo
ponúknuté komplexné riešenie úspory energie v osvetlení v obvodoch s prúdovou
záťažou v intervale od 1A do 250A.
29
Princíp činnosti LEC:
• Prípustné napätie v sieti podľa normy sa pohybuje v intervale 207 - 253 V
(230 V ± 10%.)
• Dodávka napätia > ako 207 V je pre elektrické zariadenia bez väčšieho úžitku
Sieť 230V L
E -10%
C
207V Osvetlenie
Obr. 4.8 Schématické zobrazenie činnosti LEC
4.3.2 Inštalácia regulátorov napätia - návrh riešenia Do existujúceho osvetlenia, ktoré sa nachádza v týchto výrobných halách: hala
vstrekovania, hala montáže, hala skladu č.1, hala skladu č.2, vonkajšie osvetlenie, som
použil tento typ regulátora napätia:
LEC typ B Super je trojfázové (LEC typ B Sp - jednofázové) inteligentné zaradenie,
ktoré zabezpečuje reguláciu napätia (zníženie napätia) v svetelnej sústave. Pomocou
tohto zariadenia môže byť napätie dodávané do svetelného okruhu znížené až o 25V
(35V). Regulátor vychádza z typu LEC B, je však doplnený o možnosti ovládania,
programovania a zobrazovania parametrov.
Osvetlenie haly vstrekovňa je tvorené svietidlami Alexandra 400, ktoré sú osadené
halogenidovými výbojkami 400W. Osvetlenie ostatných výrobných hál a skladov je
tvorené halogenidovými výbojkami 250W (svietidlá Alexandra 250). Pri vonkajšom
osvetlení sa používajú sodíkové výbojky 100W. Priemerné napätie vo svetelných
sústavách sa pohybuje nad hornou hranicou referenčného napätia, t.j. vintervale 238-
240V na každej fáze trojfázového rozvádzača pre svetelnú sústavu.
30
Pri súčasnom nafázovaní a vyťažení rozvádzačov hala vstrekovňa, hala montáže a hala
sklad navrhujem inštaláciu po 1 ks regulátora LEC typ B super 3x50A do každého
svetelného rozvádzača.
Pre svetelné rozvádzače - hala skladu č.2 a vonkajšie osvetlenie navrhujem inštaláciu po
1 ks regulátora LEC typ B super 3x20A do každého svetelného rozvádzača.
Regulátory budú spínané do režimu šetrenia spoločne so zapínaním osvetlenia.
Keďže napätie na jednotlivých fázach, namerané na všetkých rozvádzačoch je
priemerne 235V, navrhujem skokové zníženie napätia o -25V t.j. na hranicu cca 210V
na fázu. Takto regulované napätie spĺňa technickú normu, a má iba minimálny vplyv na
svietivosť svetelných zdrojov a prináša značnú úsporu nákladov vynaložených na nákup
elektrickej energie.
Výhody zariadenia:
úspora energie
plná ochrana proti tepelnému a prúdovému preťaženiu
vstavaný display a klávesnica pre jednoduché programovanie
integrácia s EMS (Energy Mnagement System)
kompaktné a vysoko účinné zariadenie
žiadne harmonické skreslenie.
Dôležité prvky systému:
• automatický obtok systému (Automatic Bypass) - automatické a kompletné
odstavenie resp. obtok zariadenia nastáva pri poruche systému, pri tepelnom a prúdovom
preťažení bez prerušenia činnosti svetelnej sústavy resp. systému, v ktorom je
zariadenie LEC B Super zapojené
• manuálny obtok systému (Manual Bypass) - vstavaná možnosť manuálneho
Bypassu (obtoku). Manuálny Bypass slúži zároveň ako bezpečné odstavenie systému
pri údržbe
• zapaľovacia fáza (Ignition Sequence) - LEC B Super po spustení nabieha do tzv.
zapaľovacej fázy. Na konci zapaľovania znižuje LEC výstupné napätie o 15V. Ak sa
31
však skutočné výstupné napätie líši od požadovaného, výstupné napätie sa zníži
podľa konfigurácie. DÍžku zapaľovacej periódy je možné nastaviť v intervale 0-99
min.
• prevádzkové režimy (Operations Modes)
Manual - prevádzkový režim manuálny
Remote - prevádzkový režim ovládania na diaľku
Automatic - prevádzkový režim automatický je defaultný režim
Astro Clock - spínač astro-časovacieho zariadenia
• prevádzka v reálnom čase (Real Time Clock) - LEC B Super je možné
prevádzkovať v reálnom čase v automatickom režime podľa zabudovaných
astronomických hodín, ktoré sú závislé od reálneho kalendára a času
• astronomické hodiny (Astronomic Clock) - zabudované astronomické hodiny, resp.
tabuľka pre riadenie vonkajšieho osvetlenia podľa ročného obdobia, času, východu a
západu slnka...
• časové okná (Time Windows) - LEC B Super má možnosť zadefinovať štyri časové
okná s požadovaným výstupným napätím
• percentuálna úspora (Percentage Saved) - zobrazuje na displeji vypočítanú
percentuálnu úsporu a aktuálnu úsporu v kWh
• Podpäťová ochrana (Under Voltage Protection) - LEC B sa automaticky prepína do
módu obtoku (Bypass mode) ak vstupné napätie klesne pod 205V.
Komunikácia, kontrola a monitoring :
32
RS 232/485 Integrovaný protokol pre obojsmernú dátovú komunikáciu.
Input – Vstup Tlačítka na ovládanie LEC – Start, Stop alebo Bypass.
Možnosť pripojenia fotoelektronického časovača pre ovládanie
zariadenia.
Auxiliary Input Prídavné vstupy.
Output – Výstup Tlačítka na ovládania stavu alarmu. Možnosť pripojenia
pomocného zariadenia, napr. alarm-bzučiak.
Tab.4.1 Technické parametre regulátora napätia
Vstupné napätie3x230V AC ±10% (L-0)3x400V AC ±10% (L-L) Krytie IP
IP21 / IP31 (s
krytom)
Výstupné napätie Znížené o 25VKlimatická
trieda4K4H
Frekvencia 50Hz/60Hz Vlhkosť okolia 0% - 90%
Harmon.skreslenie < 1%Špičkové
napätie2000V
Okolitá teplota -20oC - +50oC Špičkový prúd Podľa ističa
Trieda siete TN/TN-C-S Skratový prúd Podľa ističa
Toto zariadenie smozrejme ponúka aj systémy ochrany, ktoré su nižšie popísané.
Patria sem:
Tepelná ochrana:
pri dosiahnutí 60°C aktivuje termostat transformátoru LEC, ventilátor
pri dosiahnutí 140°C sa zariadenie automaticky prepína do Bypass módu
hlásenie alarmu je indikované na hlavnej obrazovke.
Ochrana proti preťaženiu
Zariadenie LEC má dva typy ochrán proti preťaženiu:
33
ochranu istením
bypass mód (režim obtoku).
Alarmy a varovania
Zariadenie LEC B Super poskytuje doplnkové alarmy a varovania o stave siete
a prevádzke LEC.
podpäťová ochrana
prepäťová ochrana
varovania – nadprúd
upozornenie – žiadne šetrenie
Regulátory napätia v osvetlení – prepočet úspory energie a návratnosti
investíciePrepočet sa týka výrobných, skladovacích priestorov a vonkajšieho osvetlenia
v podniku Bourbon Fabi s.r.o.
V prepočte úspory energie a návratnosti investície vychádzam z konštánt uvedených
v nasledujúcej tabuľlke.
Tab. 4.2 Konštanty výpočtu
Súčiniteľvýkonu – účinník [-] 0,95
Úspora 25%
Cena za 1kWh [EUR] 0,1044
Počet mesiacov v roku 12
Tab. 4.3 Hodnoty napätí a prúdov v jednotlivých obvodoch osvetlenia
34
Názov rozvodnePopis
obvoduL1 L2 L3 R S T
[V] [V] [V] [A] [A] [A]
Hala -
Vstrekovaniaosvetlenie 239 237,2 237,8 45 26,5 36,2
Hala - Montáže osvetlenie 237,8 239,5 238,1 29,3 22,5 17,5
Hala – Sklad
č.1osvetlenie 238,5 238,7 239,5 22,9 26,8 22,8
Hala – Sklad
č.2osvetlenie 240,1 241,4 238,2 7,9 8,1 8,1
Vonkajšie
osvetlenieosvetlenie 237,5 237,4 237,8 6 6,5 4,8
Tab. 4.4 Hodnoty napätí, prúdov a výkonov
Názov rozvodne
Priem. hodnota
napájacieho
napätia
Súčet prúdov Výkon jalový Výkon činný
[V] [A] [kWA] [kW]
Hala -
Vstrekovania238 107,7 25,6 24,35
Hala - Montáže 238,5 69,3 16,5 15,7
Hala – Sklad č.1 238,9 72,5 17,3 16,5
Hala – Sklad č.2 239,9 24,1 5,8 5,5
Vonkajšie
osvetlenie237,6 17,3 4,1 3,9
Tab. 4.4 Spotreby a úspory v jednotlivých halách
Názov rozvodne
Počet
prac.
hodín v
roku
Min. cena
energie
Ročná
spotreba
energie
Ročná
úspora
energie
Ročná
úspora
Mesačná
úspora
[h] [EUR] [kWh] [kWh] [EUR] [EUR]
35
Hala -
Vstrekovania5400 0,1044 131 495 32 874 3 432 286
Hala - Montáže 5400 0,1044 84 777 21 194 2 213 184
Hala – Sklad
č.15400 0,1044 88 853 22 213 2 319 193
Hala – Sklad
č.28760 0,1044 48 114 12 029 1 256 105
Vonkajšie
osvetlenie4250 0,1044 16 594 4 148 433 36
Σ 369 833 92 458 9 653 804
Tab. 4.5 Cena zariadení a návratnosť investície
Názov rozvodneTyp zariadenia
LEC
Cena
zariadenia
Návratnosť
investície
Návratnosť
investície
[EUR] [v meisacoch] [v meisacoch]
Hala -Vstrekovania LEC B 3x50A 4350 15,2 1,3
Hala - Montáže LEC B 3x50A 4350 23,6 2,0
Hala – Sklad č.1 LEC B 3x50A 4350 22,5 1,9
Hala – Sklad č.2 LEC B 3x50A 3300 31,5 2,6
Vonkajšie
osvetlenieLEC B 3x50A 3300 91,4 7,6
Σ 19 650 36,9 3,1
Použitím redulátora napátia LEC B je možné dosiahnuť reálnu úsporu elektrickej
energie. Jednotlivé úspory vo výrobných a nevýrobných halách sú uvedené v tabuľkách.
Návratnosť investície po nainštalovaní týchto regulátorov je 3,1 roka.
36
4.3.3 Úspora energie výmenou halogenidových za indukčné
výbojky
Indukčne výbojky pracujú na princípe bezelektródového výboja, ktorý je zabezpečený
pomocou elektronického predradníka, zapaľovacieho plynu a amalgámu obsiahnutého v
tele výbojky. Pracovný kmitočet indukčnej výbojky je okolo 230kHz s minimálnym
výkyvom, čo zaručuje nekonfliktné chovanie sa týchto svetelných zdrojov voči
ostatným elektrospotrebičom.
Technológia indukčných výbojok zaručuje vynikajúce osvetlenie svetelnými zdrojmi
novej generácie. Svetelné žiarenie vzniká vďaka zapojeniu vysokofrekvenčného
magnetického poľa. Tento svetelný zdroj má veľmi dlhú životnosť (60 až 100 tisíc
hodín, tj. viac ako 22 rokov pri 12 hodinovom svietení denne).
Spotreba elektrickej energie je o (30 – 50)% nižšia ako u vysokotlakovej sodikovej
ortuťovej alebo halogenidovej vybojky.
Pre porovnanie 210W indukčná výbojka má jas 510 luxov oproti 460W halogenidovej
výbojke s jasom 373 luxov.
Európske normy na ochranu zraku doporučujú pre umelé zdroje svetla kmitočet vyšší
ako 40KHz. Koeficient amplitúdy pritom musí byť menší ako 1,7 a CRI vyššie ako 80.
Indukčné výbojky majú kmitočet 230kHz s minimálnym výkivom. To zaručuje stabilnú
svietivosť bez blikania.
Obr.4.9 Indukčná výbojka LVD Saturn Series TX 120W
LVD indukčné výbojky – porovnanie s konvenčnými svetelnými
zdrojmiV nižšie uvedených tabuľkách je porovnanie technických parametrov
indukčných výbojok a energetická úspora týchto svetelných zdrojov oproti
metalhalogenidovým výbojkám, ktoré sa používajú na osvetľovanie výrobných
priestorov firmy.
37
Porovnanie indukčných výbojok s halogenidovými a vysokotlakovými sodíkovými
výbojkami:
Z tabuľky porovnania parametrov indukčnej výbojky voči konvenčným druhom
výbojových svietidiel chcem vyzdvihnúť najmä tieto skutočnosti :
životnosť indukčnej výbojky je až 100 tisíc hodín, čo je v porovnaní s
konvenčnými výbojovými zdrojmi 5 – 10 krát viac
na indukčné výbojky LVD je poskytovaná záruka 5 rokov.
Tab.4.6 Porovnanie parametrov indukčnej výbojky s konvenčnými výbojkami
Predmet porovnanieIndukčná výbojka
LVD
Halogenidová
výbojka
Vysokotlaková
sodíková výbojka
Záruka 5 rokov žiadna žiadna
Životnosť (hod.)kompaktná: 60 000
jednotlivá: 100 0006000 – 20 000 24 000
Merný výkon
fotooptická účinnosť:
150 plm/W (plm =
pupilárny lumen)
tradičná účinnosť: 80
lm/W
fotooptická účinnosť:
110 plm/W (plm =
pupilárny lumen)
tradičná účinnosť: 75
lm/W
fotooptická účinnosť:
90plm/W (plm =
pupilárny lumen)
tradičná účinnosť: 120
lm/W
Slabnutie svitu v [%] 5% po 2 000 hod. 40% po 2 000 hod. 30% po 2 000 hod.
Prevádzková teplota < 60°C > 150°C > 180°C
Index podania farieb
(CRI)>80 (Ra) 65 – 80 (Ra) 60 (Ra)
Opätovné zapálenie okamžité Po 10 - 15 minútach Po 10 - 15 minútach
Blikanie žiadne veľlké veľlké
Oslnenie žiadne veľlké veľlké
Vplyv na životné
prostredie
neobsahuje ortuť,
minimálny
elektroodpad v období
5 – 10 rokov
obsahuje ortuť, veľké
množstvo
elektroodpadu po 2
rokoch
obsahuje ortuť, veľké
množstvo
elektroodpadu po 2
rokoch
38
Modelový prepočet - energetická úspora halogenidová výbojka HQI vs.
indukčná výbojka LVD : Uvedená tabuľka 4.7 uvádza modelový prepočet ročnej energetickej úspory ( v
kWh a EUR). Do výpočtu návratnosti investície je však potrebné zahrnúť servisné
náklady pri výmene súčasného typu používaných výbojok.
Indukčná výbojka LVD – garantované prakticky bez údržbové osvetlenie po
dobu 5 rokov.
Halogenidová výbojka – veľmi vysoká pravdepodobnosť výmeny všetkých
žiariviek v priebehu 1-2 rokov.
Tab.4.7 Energetická úspora - halogenidová výbojka a indukčná výbojka
Svetelný zdroj Halogenidové výbojky Indukčné výbojky
Skutočná spotreba enrgie 460W(výbojka+preradník) 210W(výbojka +preradník)
Osvetlenosť 373 lx 510 lx
Účinnosť svitu nízka, veľlké slabnutie svitu vysoká, malé slabnutie svitu
Životnosť
8 000 hodín, 1 rok svietenia
24hod./deň, výmena výbojky
každoročne
100 000 hodín, 10 rokov
svietenia, 24 hod./deň, bez
výmeny výbojky za 10 r.
Počet svietidiel 100 ks 100 ks
Spotreba energie (100 ks
svietidiel za 10 hod./deň)
460W(výbojka+predradník)
460W x 100 = 460kW
460kW x 10 hod.= 460kWh
210W(výbojka+predradník)
210W x 100 = 210kW
210kW x 10 hod.= 210kWh
Svietenie 100 svietidiel, 10
hod. denne, za cenu 0,15
EUR/kWh
460 kWh x 0,15 EUR =
69 EUR
210 kWh x 0,15 EUR = 31.5
EUR
Svietenie 100 svietidiel,10
hodín denne, 365 dní za rok,
za cenu 0.15EUR/kWh
69 EUR x 365 =
25 185 EUR
31,5 EUR x 365 =
11 497.5 EUR
Ročná úspora iba na
elektrickej energii25 185 EUR – 11 497.5 EUR = 13 687.5 EUR
Údržbaveľmi pravdepodobná výmena
100 ks výbojok každoročne
žiadna výmena , záruka 5 rokov,
životnosť až 100 tisíc hodín
39
Prepočet energetickej úspory – výmena halogenidových HQI výbojok
za indukčné výbojky
Jednoduchým prepočtom príkonu starých svietidiel voči energeticky úsporným
indukčným výbojkám môžeme konštatovať viac ako 50% úsporu na elektrickej energii.
Nižšie som uviedol presný príkon starej a novej svetelnej sústavy, zakomponovanej
priamo do riešenej úspory elektrickej energie vo firme Borubon Fabi.
Ďalej som popísal reálne úspory elektrickej energie po výmene halogenidových
výbojok za indukčné výbojky.
Príkon svetelnej sústavy – staré svetelné zdroje halogenidové výbojky HQI 400W a
HQI 250W:
Tab.4.8 Príkon pôvodnej svetelnej sústavy
Halogenidová výbojka HQI
400W + 50WPočet výbojok
[ks]Príkon svetelnej sústavy
[W]
Hala vstrekovania 64 28 800
Halogenidová výbojka HQI
250W + 25WPočet výbojok
[ks]Príkon svetelnej sústavy
[W]
Hala montáže 42 11 550
Hala skladu č.1 42 11 550
Hala skladu č.2 18 4 950
Príkon starej svetelnej sústavy 166 56 850
Príkon svetelnej sústavy – nové svetelné zdroje indukčné výbojky LVD typ TX
200W a 120W:
Tab.4.9 Príkon novej svetelnej sústavy
indukčná výbojka LVD typ Počet výbojok Príkon svetelnej sústavy
40
TX 200 + 10W [ks] [W]
Hala vstrekovania 64 13 440
Indukčná výbojka LVD typ
TX 120 + 10WPočet výbojok
[ks]Príkon svetelnej sústavy
[W]
Hala montáže 42 5 460
Hala skladu č.1 42 5 460
Hala skladu č.2 18 2 340
Príkon novej svetelnej sústavy 166 26 700
Výmena halogenidových výbojok HQI 400W za indukčné výbojky
LVD TX 200W – kalkulácia úspory a návratnosti
Výpočet nákladov – pôvodný stav
Halogenidová výbojka HQI 400W
Počet výbojok 1(ks) 400W výbojka stará
Ballast – preradník 1(ks) 50W
Spotreba elektrickej energie 0,45W
Cena energie EUR/kWh 0,1 Eur
Prevádzka – hodín/deň 24
Počet svietidiel 64
Vypočítané náklady:
Náklady na jedno svietidlo 0,045 Eur
Celkom za deň 1 svietdlo 1,08 Eur
Celkom za deň všetky svietidlá 69,12 Eur
Prevádzka za rok 365 dní – energetické náklady 25 228,8 Eur
Výpočet nákladov – nový stav
Indukčná výbojka TX 200W
Počet výbojok 1 (ks) 200W výbojka nová
Ballast – preradník 1 (ks) 10W
Spotreba elektrickej energie 0,2W
41
Cena energie EUR/kWh 0,1 Eur
Prevádzka – hodín/deň 24
Počet svietidiel 64
Vypočítané náklady:
Náklady na jedno svietidlo 0,02 Eur
Celkom za deň 1 svietdlo 0,48 Eur
Celkom za deň všetky svietidlá 30,72 Eur
Prevádzka za rok 365 dní – energetické náklady 11 212,8 Eur
Zhodnotenie úspor porovnaním predchádzajúceho stavu a stavu s novými
výbojkami:
Náklady na starý systém 25 228,8 Eur
Náklady na LVD TX 200 -11 212,8 Eur
Ročná úspora 14 016 Eur
Mesačná úspora 1 168 Eur
Cena LVD TX 200W (kus/celkom) 300 eur / 19200 Eur
Návratnosť investície 16,4 mesiacov
Z výsledkov vidieť, že použitím nových svietidiel je úspora pozitívna.
Použitím nových svietidiel zároveň klesá aj zaťaženie životného prostredia.
Emisné zaťaženie
CO2 emisie 12,096 kg/kW starý systém
CO2 emisie -5,376 kg/kW nové svietidlá
6,720 kg/kW zníženie CO2
Základ pre tento výpočet je priemyselný štandart 0,42 kg CO2 emisií na 1kWh, 0,1 Eur
za 1kWh.
42
Výmena halogenidových výbojok HQI 250W za indukčné výbojky
LVD TX 120W – kalkulácia úspory a návratnosti
Výpočet nákladov – pôvodný stav
Halogenidová výbojka HQI 250W
Počet výbojok 1(ks) 250W výbojka stará
Ballast – preradník 1(ks) 25W
Spotreba elektrickej energie 0,275W
Cena energie EUR/kWh 0,1 Eur
Prevádzka – hodín/deň 24
Počet svietidiel 102
Vypočítané náklady:
Náklady na jedno svietidlo 0,0275 Eur
Celkom za deň 1 svietdlo 0,66 Eur
Celkom za deň všetky svietidlá 67,32 Eur
Prevádzka za rok 365 dní – energetické náklady 24 571,8 Eur
Výpočet nákladov – nový stav
Indukčná výbojka TX 120W
Počet výbojok 1 (ks) 120W výbojka nová
Ballast – preradník 1 (ks) 10W
Spotreba elektrickej energie 0,12W
Cena energie EUR/kWh 0,1 Eur
43
Prevádzka – hodín/deň 24
Počet svietidiel 102
Vypočítané náklady:
Náklady na jedno svietidlo 0,012 Eur
Celkom za deň 1 svietdlo 0,288 Eur
Celkom za deň všetky svietidlá 29,376 Eur
Prevádzka za rok 365 dní – energetické náklady 10 722,24 Eur
Zhodnotenie úspor porovnaním predchádzajúceho stavu a stavu s novými
výbojkami:
Náklady na starý systém 24 571,8 Eur
Náklady na LVD TX 200 -10 722,24 Eur
Ročná úspora 13 849,56 Eur
Mesačná úspora 1 154,13 Eur
Cena LVD TX 120W (kus/celkom) 190 eur / 19 380 Eur
Návratnosť investície 16,79 mesiacov
Z výsledkov vidieť, že použitím nových svietidiel je úspora pozitívna.
Použitím týchto svietidiel zároveň klesá aj zaťaženie životného prostredia.
Emisné zaťaženie
CO2 emisie 11,781 kg/kW starý systém
CO2 emisie -5,1408 kg/kW nové svietidlá
6,6402 kg/kW zníženie CO2
Základ pre tento výpočet je priemyselný štandart 0,42 kg CO2 emisií na 1kWh, 0,1 Eur
za 1kWh.
44
4.3.3.1 Celkové úspory vzhľadom na náklady Celkové úspory vzniknú spočitaním nákladov oboch typov predchádzajúcich halogenidových výbojok HQI 400W a HQI 250W a následným odpočítaním nákladov na indukčné výbojky a to indukčnej výbojky TX 200W a výbojky TX 120W.
Halogenidová výbojka HQI 400WEnergetické náklady/rok 25 228,8 Eur Halogenidová výbojka HQI 250WEnergetické náklady/rok 24 571,8 Eur
Celkové náklady na starý systém 49 800,6 Eur
Indukčná výbojka TX 200WEnergetické náklady/rok 11 212,8 Eur
Indukčná výbojka TX 120WEnergetické náklady/rok 10 722,24 Eur
Celkové náklady na nový systém 21 935,04 Eur
Kompletná úspora celého sýstému za rok: 27 865,56 EurMesačná úspora: 2 322,13 Eur
Cena LVD TX 200W (kus/celkom) 300 eur / 19200 Eur
Cena LVD TX 120W (kus/celkom) 190 eur / 19 380 Eur
Investícia celkom 38 580 Eur
Návratnosť celkovej investície 16,6 mesiacov
45
5 DISKUSIA
V mojej diplomovej práci som sa snažil navrhnúť systém riadena spotreby
a úspory elektrickej energie v danom podniku.
Poukázal som na dôležitosť sledovania a monitorovania spotreby elektrickej
energie, ktorú vykonáva energetik v podniku.
Vytvoril som dva rôzne spôsoby ako sa dá efektivne vypracovať úspora energie
v oblasti osvetlovacej techniky vo výrobnom podniku.
Prvý spôsob je zakomponovaný už do existujúceho technického zariadenia, použítím
regulátorov napätia. Druhým spôsobom pre úsporu elektrickej energie je nenáročný
zásah do existujuceho zariadenia, teda nahradenie pôvodných halogenidových výbjok za
indukčné výbojky. Výmenou týchto svietidiel sa zároveň šetrí aj životné prostredie,
znížením emisného zaťaženia.
Obidva navrhované systémy sú úsporným riešením pre daný podnik.
Inštlovaním takýchto systémov v podnikoch sa dá dosiahnuť významná úspora energií,
pri pomerne veľmi krátkom čase návratnosti vložených investícií.
46
6 ZÁVER
V závere zhrniem výsledky práce, ktoré sa týkaju samotného návrhu na úsporu
elektrickej energie v podniku.
Teoreticky som zdôvodnil a charakterizoval význam optimalizácie elektrickej
energie a sňou spojenú úsporu. Vychádzal som pri tom z odbornej literatury. Jej
štúdiom som získal poznatky o význame zavedenia optimalizácie elektrickej energie.
Popri optimalizácií je doležitá kontrola spotreby, čiže monitorovanie pribežného stavu
odberu. Zavedenie monitorovacieho systému je jedným z predpokladov na efektívne
riešenie znižovania energetickej náročnosti technologických procesov. Samotný
monitorovací systém energiu nešetrí, ale v rukách skusených odborníkov sa získané
údaje stávajú silným nástrojom na efektívne využívanie energie.
Mnou vypracovaný model úspory elektrickej energie predstavuje prínos pre podnik
v zmysle reálne usporenej elektrickej energie. Vytvoril som dva modely pre úsporu
elektrickej energie. Prvý som realizoval použitím regulátora napätia do existujúceho
osvetlenia. Výsledok bol pozitívny. Reálne usporená elektrická energia s návratnosťou
do investovanej technológie tri roky.
Druhý model sa týkal výmeny pôvodných halogenidových výbojok za úsporné indukčné
výbojky, ktorých prednosťou nie je len ich úspornosť, ale aj dlhá životnosť. Takisto sa
dosiahol pozitívny výsledok, usporená elektrická energia a sňou spojené náklady.
Návratnosť investície je pomerne rýchla, necelých 17 mesiacov. Výmenou týchto
svietidiel sa takisto šetrí aj životné prostredie a to znížením emisného zaťaženia.
Z hľadiska doby návratnosti investície sa javí ako výhodnejší druhý model a to
indukčné výbojky, v porovnaní od regulátora napätia, s ktorým sa taktiež dosiahli
47
úspory. Doba návratnosti investície do indukčných výbojok s porovnaním regulátora
napätia je polovičná.
6 POUŽITÁ LITERATÚRA
ŠMEJKAL, L. 1999. Regulace spotreby elektrické energie, In: Automatizace, 1999,
177s.
BYSTRIANSKY, P. – 2008. Elektroenergetika. Slovenská poľnohospodárska univerzita
v Nitre, Vydavateľstvo SPU, 110 s., ISBN 978-80-552-0062-0
BALÁK, R. 1989. Nové zdroje energie. Praha: Polytechnické knižnice SNTL, 1989,
243 s.
FECKO, Š. 1991. Elektroenergetika. Bratislava: Alfa, 1991, 215 s.
MARKO, M. – SMOLA, A. – ŠIMUNEK, P. 1989. Energetické zdroje a premeny.
Bratislava: Alfa, 1989, 214 s.
ZSE. 2008. Elektroenergetická spoločnosť zaoberajúca sa distribúciou elektrickej
energie. Dostupné na internete:
<http://www.zse.sk>
VÚVT – Engineering. 2008. Optimalizácia odberu elektrickej energie. Dostupné na
internete:
<http://www.vuvt.sk/produkty4.htm>
48
PIECKA, V. 2008. Riadenie odberu elektrickej energie vo vybranom podniku. In: Diplomová práca, Nitra, 2008.
RAPŠÍK, M. – SMOLA, A. – BOHÁČ, M. – MUCHA, M. 2004. Základy energetiky 1.
– Bratislava : STU v Bratislave FEI, 2004. – 201 s., ISBN 80-227-2074-7
SCHNEIDER ELECTRIC SLOVAKIA, spol. s.r.o. Spoločnosť zaoberajúca sa
zariadeniami pre úsporu elektrickej energie. Dostupné na internete:
<http://www.schneider-electric.sk/>
PPA Power. 2009. Monitorovanie odberu elektrickej energie. Dostupné na internete:
<http://www.ppapower.sk/?subpage=poweriem>
LIGHTEC, spol. s.r.o. Spoločnosť zaoberajúca sa zariadeniami pre úsporu elektrickej
energie. Dostupné na internete:
<http://www.lightec.sk>
49