Metody i sposoby optymalizacji energii elektrycznej

W Polsce ok. 90% energii elektrycznej jest produkowane w elektrowniach konwencjonalnych, w których do wytwarzania wykorzystuje się paliwa kopalne, tj. węgiel kamienny oraz brunatny. Ten sposób charakteryzuje się niską sprawnością (do ok. 35%) oraz negatywnym oddziaływaniem na środowisko naturalne. Aspekt ekologiczny związany jest m.in. z faktem, iż spalanie węgla w dużych elektrowniach systemowych powoduje emisję do atmosfery m.in. pyłów, SO2, CO2, NOX. 

Ponadto, z uwagi na fakt, iż to paliwa „nieodnawialne”, ich zasoby są ograniczone. Chcąc więc umożliwić korzystanie z nich przyszłym pokoleniom, należy już dziś podjąć działania zapewniające poprawę efektywności energetycznej oraz zwiększenie udziału energii wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii (OZE) w całkowitym bilansie krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE). Celem działania jest wprowadzenie optymalizacji energetycznej.

Zarówno w przedsiębiorstwach, jak i w gospodarstwach domowych stosuje się szereg działań, których celem jest redukcja zużycia energii elektrycznej i ograniczenie jej kosztów. Poniżej przedstawiamy kilka sposobów pozwalających zmniejszyć nakłady na energię. 

Optymalizacja energetyczna – koszty związane z energią bierną

Koszty związane z energią bierną indukcyjną i/lub pojemnościową często występują na fakturach dostawców energii elektrycznej. Warto wówczas przeprowadzić analizę przyczyn i podjąć stosowne działania redukujące te koszty. Czym zatem jest energia bierna?

To taka forma energii, która nie zostaje zamieniona na pracę. Energia ta pulsuje między źródłem wytwórczym (zazwyczaj jest nim generator synchroniczny w elektrowni), a odbiornikiem. Jednostką energii biernej jest Varh.

Przesyłanie energii biernej przez sieci elektroenergetyczne niesie za sobą szereg negatywnych skutków, takich jak spadki napięć, nagrzewanie się przewodów, zmniejszenie przepustowości infrastruktury wykorzystywanej do przesyłu energii. Należy jednak pamiętać, że energia bierna w wielu sytuacjach jest potrzebna, a wręcz konieczna do zapewnienia pracy niektórych odbiorników, m.in. silników i transformatorów. 

W przypadku energii biernej można zastosować pewne działania optymalizacji kosztów energii. Jeśli występuje problem związany z niewłaściwym bilansem przepływu energii biernej indukcyjnej, rozwiązaniem może być instalacja baterii kondensatorów. Z kolei w przypadku występowania zjawiska oddawania do sieci energii biernej pojemnościowej pomocny okaże się układ do kompensacji z dławikami.

Odbiorca, który jest obciążany kosztami wynikającymi z niedotrzymania odpowiedniej wartości tangens fi (zazwyczaj nie powinna ona przekraczać 0,4 – wartość ta oznacza proporcję ilości pobranej z sieci energii biernej do energii czynnej), w związku z występowaniem u niego odbiorników typu: światła jarzeniowe, wyładowcze itp., zamiast instalowania układów do kompensacji energii biernej może przeprowadzić wymianę źródeł światła na oświetlenie typu LED. Decydując się na taki krok, można uzyskać dodatkowe korzyści. Aby jednak ta inwestycja dała satysfakcję oraz wymierne profity, należy pamiętać o kilku istotnych zagadnieniach. Wszystkie z nich mają na celu optymalizację energii elektrycznej.

Optymalizacja zużycia energii w źródłach LED. Zanim kupisz…

Przy wyborze źródeł LED zaleca się uwzględniać przede wszystkim: efektywność / sprawność świecenia [Lm/W], współczynnik oddawania barw CRI (Ra) oraz moc źródła i okres gwarancji producenta.

Jednostką strumienia świetlnego jest lumen [Lm] – im wyższa jest jego wartość w przeliczeniu na jednostkę mocy źródła światła [W], tym źródło to będzie emitowało więcej światła. Pamiętajmy, że często popełnianym błędem podczas kupowania LED jest sugerowanie się wyłącznie wartością mocy źródła światła.

Źródła o wysokim współczynniku oddawania barw CRI (Ra > 80) są znacznie droższe niż te z niższym współczynnikiem. Wybór źródła światła, którego parametr Ra < 80, powodować może przekłamania w ocenie rzeczywistych barw przedmiotów oświetlanych takim źródłem. W związku z powyższym przed ostatecznym zakupem LED należy przeanalizować, jakie wymagania będą musiały spełniać te źródła. 

Do zalet źródeł LED zalicza się:

• bardzo niskie zużycie energii (obniżenie kosztów do 80%),
• długi czas pracy – do 100 tys. godzin,
• niewielką emisję ciepła,
• bezpieczeństwo użytkowania,
• odporność na wstrząsy i wibracje,
• brak szkodliwych substancji (np. rtęć i ołów).

Instalacja LED pozwala ponadto obniżyć wartość mocy umownej, przyczyniając się do redukcji kosztów dystrybucji energii.

Wymiana źródeł światła to jeden ze sposobów na obniżenie mocy umownej

Optymalizacja zużycia energii i doboru mocy umownej przez zarządzanie jej poborem umożliwia znaczne obniżenie kosztów energii elektrycznej. W zależności od tego, do której grupy taryfowej zakwalifikowani są odbiorcy, koszty dystrybucji energii będą zróżnicowane. Stawki (m.in. składnik stały i zmienny opłaty sieciowej) są wskazane w zatwierdzonych przez Urząd Regulacji Energetyki (URE) taryfach. 

Operatorzy Systemów Dystrybucji energii (OSD) obciążają odbiorców kwotami wynikającymi głównie z wartości mocy umownej. Optymalizacja zużycia energii oraz wartości mocy umownej, pozwala na skuteczne obniżenie kosztów opłaty przejściowej oraz jakościowej.

Zbyt duża moc umowna generuje wysokie koszty dystrybucji energii, natomiast zbyt niska jej wartość może w konsekwencji prowadzić do nałożenia na odbiorcę dodatkowych opłat wynikających z jej przekraczania.

Optymalizacja energetyczna, a w rezultacie optymalizacja kosztów mocy umownej powinna wiązać się z wykorzystaniem systemów pomiarowych pozwalających zarządzać i sterować zapotrzebowaniem na moc. System taki umożliwia pozyskanie danych dotyczących bieżącego (dla całej firmy) poboru mocy w głównym punkcie zasilania oraz poboru mocy przez najważniejsze odbiorniki. Analiza danych pomiarowych pozwala podjąć decyzję o czasowym wyłączeniu wybranych odbiorników, a ponadto przesuwać w czasie uruchamianie innych odbiorników. Działania takie mogą być prowadzone wówczas, gdy nie powodują zaburzeń w procesach produkcyjnych / technologicznych w przedsiębiorstwie. 

---

Przejdź na stronę »

---

Optymalizacja energii przez kogenerację – wytwarzamy energię elektryczną i cieplną jednocześnie

Doskonałym narzędziem pozwalającym przeprowadzić optymalizację energii elektrycznej jest kogeneracja, czyli jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej oraz cieplnej podczas tego samego procesu technologicznego. Systemy kogeneracyjne działają w oparciu o spalanie paliwa w silniku gazowym lub w turbinie gazowej.

Produkcja energii cieplnej oraz elektrycznej w kogeneracji odbywa się ze znacznie większą sprawnością niż produkcja rozdzielna (oddzielnie energia elektryczna w elektrowni oraz energia cieplna w ciepłowni). Paliwem wykorzystywanym w kogeneracji może być gaz ziemny bądź biogaz. Energia cieplna wytworzona w kogeneracji może być spożytkowana na potrzeby ciepłej wody użytkowej, centralnego ogrzewania, procesów technologicznych, a także do wytwarzania pary technologicznej. 

Rozbudowanie kogeneracji o absorpcyjny / adsorpcyjny chiller wody lodowej daje możliwość wytworzenia wody lodowej o temperaturze do ok. 4 stopni Celsjusza, która może być wykorzystywana do klimakonwektorów oraz do procesów technologicznych wymagających schładzania.

Uzupełnienie kogeneracji o chiller wody lodowej powoduje, że w jednym procesie uzyskujemy trzy różne formy energii: elektryczną, cieplną oraz chłód. Mówimy wówczas nie o kogeneracji, lecz o trigeneracji. 

Wytworzona przez kogenerację energia elektryczna może być skonsumowana przez odbiorniki na terenie przedsiębiorstwa, a nadmiar energii oddany do sieci OSD.

Liczba jednostek energii elektrycznej wyprodukowanej w kogeneracji będzie równa liczbie jednostek energii, która nie zostanie pobrana z sieci. W związku z tym produkcja własna w kogeneracji pozwoli na optymalizację kosztów dystrybucji energii elektrycznej niepobranej z sieci. 

Dodatkowe korzyści z kogeneracji: 

• agregat kogeneracyjny może stanowić rezerwowe źródło zasilania, podobnie jak agregat prądotwórczy, 
• energia elektryczna wyprodukowana w wysoko­sprawnej kogeneracji pozwala pozyskać świadectwa pochodzenia, które później jako prawa majątkowe można sprzedać na Towarowej Giełdzie Energii, uzyskując dodatkowe przychody. 

Wykorzystując system kontroli i sterowania poborem mocy w przedsiębiorstwie, można zarządzać pracą kogeneracji m.in. przez jej uruchamianie w okresach szczytowego zapotrzebowania na moc.

Wyżej przedstawione przykładowe sposoby optymalizacji energetycznej, a więc redukcji kosztów energii elektrycznej da się z powodzeniem wykorzystać w większości przedsiębiorstw. Działania te mogą być ponadto postrzegane przez kontrahentów jako proekologiczne z uwagi na fakt, iż każda zaoszczędzona MWh powoduje uniknięcie emisji dwutlenku węgla CO2 o ok. 1 tonę.

Autor: Włodzimierz Cebulski

Źródła zdjęć:

https://pixabay.com/pl/photos/elektryczne-elektryczno%C5%9B%C4%87-budowa-1080584/

https://pixabay.com/pl/photos/led-%C5%BCar%C3%B3wka-energii-o%C5%9Bwietlenie-led-2937960/

https://pixabay.com/pl/photos/elektrownia-moc-ro%C5%9Blin-1367316/