Czym jest transformacja energetyczna przemysłu?
Transformacja energetyczna przemysłu to zmiana sposobu pozyskiwania i wykorzystywania energii w zakładach produkcyjnych. Obejmuje poprawę efektywności energetycznej, rozwój źródeł niskoemisyjnych, zastępowanie części procesów opartych na paliwach kopalnych technologiami elektrycznymi oraz bardziej elastyczne zarządzanie zapotrzebowaniem na energię.
W praktyce nie ma jednej drogi dla wszystkich fabryk. Zakład obróbki metali, producent żywności i huta mają inne potrzeby energetyczne. Różnią się wymaganymi temperaturami procesów, ciągłością pracy, udziałem energii w kosztach oraz możliwościami modernizacji.
Dlatego punktem wyjścia powinno być zrozumienie własnego procesu: gdzie energia jest potrzebna, jakie zadanie wykonuje i w których miejscach jest tracona. Dopiero na tej podstawie można ocenić, które zmiany przyniosą korzyści.
Energia staje się elementem strategii przedsiębiorstwa
Komisja Europejska wskazuje, że w branżach energochłonnych, takich jak przemysł chemiczny, metalowy, szklarski i papierniczy, koszty energii stanowią istotną część kosztów produkcji i wpływają na decyzje inwestycyjne. Przystępność cenowa energii, bezpieczeństwo dostaw i konkurencyjność przemysłu są również powiązanymi celami unijnego planu działania na rzecz przystępnej cenowo energii.
Dla zarządzających fabryką oznacza to potrzebę szerszej oceny inwestycji. Cena zakupu maszyny i jej nominalna wydajność nie wystarczą, aby określić przyszłą opłacalność produkcji. Znaczenie mają również zapotrzebowanie na energię, warunki zasilania oraz koszt eksploatacji przy rzeczywistym obciążeniu.
Warto więc pytać:
- Jak inwestycja zmieni zapotrzebowanie zakładu na energię i moc?
- Czy infrastruktura pozwoli wykorzystać pełne możliwości nowych urządzeń?
- Jak zmieni się koszt produkcji przy różnych cenach nośników energii?
- Czy rozwiązanie umożliwi późniejszą rozbudowę lub zmianę sposobu zasilania?
Strategia energetyczna i strategia rozwoju produkcji powinny powstawać razem. W przeciwnym razie przedsiębiorstwo może zaplanować wzrost, którego infrastruktura energetyczna nie będzie w stanie obsłużyć w oczekiwanym terminie.
Elektryfikacja zmienia sposób dostarczania ciepła do procesów
Energia w fabryce to również ciepło potrzebne do mycia, suszenia, podgrzewania czy wytwarzania pary technologicznej. Jednym z kierunków transformacji jest elektryfikacja takich procesów, czyli wykorzystanie energii elektrycznej w miejsce bezpośredniego spalania paliw.
Międzynarodowa Agencja Energetyczna wskazuje przemysłowe pompy ciepła i kotły elektryczne jako dostępne komercyjnie technologie. Jednocześnie podkreśla bariery ich wdrażania: relację cen energii elektrycznej do gazu oraz długi czas oczekiwania na przyłączenie do sieci. Dostępność technologii nie oznacza więc automatycznie opłacalności jej zastosowania w każdym zakładzie.
Przedsiębiorstwo rozważające modernizację źródła ciepła musi połączyć ocenę techniczną z ekonomiczną. Liczą się wymagana temperatura, profil pracy, sprawność całego układu, możliwość wykorzystania ciepła odpadowego i koszt dostosowania infrastruktury.
Zmienia to sposób planowania modernizacji. Wymiana urządzenia staje się okazją do ponownego przeanalizowania całego procesu: czy potrzebuje on takiej ilości ciepła, czy można je odzyskiwać i czy jego wytwarzanie musi odbywać się dokładnie w chwili zużycia.
Najpierw ograniczenie strat, później dobór nowych źródeł
W dyskusji o transformacji łatwo skupić się na instalacjach: fotowoltaice, magazynach energii czy nowych źródłach ciepła. Tymczasem wielkość potrzebnej inwestycji zależy również od tego, jak efektywnie zakład wykorzystuje energię.
IEA zaleca poprawę efektywności jako podstawę przygotowania do elektryfikacji ciepła przemysłowego. Odzysk ciepła odpadowego, poprawa izolacji i optymalizacja procesów mogą ograniczyć zapotrzebowanie, a przez to pozwolić na zastosowanie mniejszych instalacji.
To ważna zmiana perspektywy. Zanim przedsiębiorstwo zapyta, jak zapewnić więcej energii, powinno sprawdzić, jaka część obecnego zużycia jest rzeczywiście konieczna.
Warto też odróżniać spadek zużycia energii od poprawy efektywności. Niższy rachunek może wynikać z mniejszej liczby zamówień. Z kolei rosnące zużycie nie musi oznaczać pogorszenia wyników, jeśli zakład produkuje więcej, a energia potrzebna do wykonania porównywalnego produktu maleje.
Dlatego ocena zmian wymaga uwzględnienia wielkości i struktury produkcji. Sama suma kilowatogodzin nie wyjaśnia, czy fabryka lepiej gospodaruje energią.
W Queris wspieramy takie podejście poprzez monitoring mediów w systemie Queris MES. Zestawienie danych o zużyciu energii z przebiegiem produkcji pomaga wskazać obszary wymagające analizy oraz ocenić efekty wprowadzonych usprawnień. Daje też pełniejszy obraz niż porównywanie samych miesięcznych rachunków.
Znaczenie ma również to, kiedy fabryka zużywa energię
Kolejnym kierunkiem zmian jest elastyczność energetyczna. Oznacza możliwość dostosowania poboru energii w czasie, z zachowaniem wymagań procesu i zobowiązań wobec klientów.
IEA wskazuje, że część zakładów przemysłowych, szczególnie wykorzystujących procesy wsadowe lub dysponujących własnymi możliwościami magazynowania, może przesuwać wybrane obciążenia albo czasowo je ograniczać. Zakres tej elastyczności zależy jednak od charakteru produkcji.
Przedmiotem analizy mogą być na przykład godziny pracy wybranych urządzeń pomocniczych, przygotowanie ciepła z wyprzedzeniem lub kolejność wykonywania energochłonnych operacji. Nie oznacza to, że każdą produkcję można przenieść na godziny tańszej energii.
Procesy ciągłe, wymagania jakościowe, terminy dostaw i dostępność pracowników wyznaczają granice takich działań. Znaczenie ma też umowa zakupu energii: zmiana godzin poboru nie w każdym modelu rozliczeń przyniesie taki sam efekt finansowy.
Elastyczność energetyczna ma wartość wtedy, gdy oszczędność nie odbywa się kosztem jakości, terminowości lub wyższych kosztów w innym miejscu zakładu.
Fabryka może aktywniej zarządzać swoim zaopatrzeniem w energię
Własne źródła wytwarzania i magazynowanie rozszerzają możliwości zarządzania energią. Przedsiębiorstwo może analizować nie tylko zakup, lecz także moment wytworzenia, wykorzystania i przechowania energii.
Szczególne znaczenie dla przemysłu może mieć magazynowanie ciepła. Według IEA pomaga ono połączyć zmienną produkcję energii odnawialnej z ciągłym zapotrzebowaniem zakładu na ciepło technologiczne.
Każde takie rozwiązanie powinno jednak odpowiadać profilowi pracy fabryki. Instalacja produkująca energię w innych godzinach niż zakład jej potrzebuje wymaga innej oceny niż źródło dobrze dopasowane do bieżącego zużycia.
Podobnie należy rozdzielać cele inwestycji. Ograniczenie kosztów zakupu energii, redukcja emisji i zabezpieczenie ciągłości zasilania to różne zadania. Nie każda instalacja realizuje je jednocześnie. Przykładowo zapewnienie pracy podczas przerwy w dostawie energii wymaga odpowiednio zaprojektowanego układu zasilania rezerwowego.
Dostęp do energii wpływa na możliwości rozbudowy fabryki
Przy wyborze lokalizacji zakładu naturalnie analizuje się dostępność pracowników, transport i bliskość odbiorców. Transformacja energetyczna wymaga równie uważnego sprawdzenia infrastruktury energetycznej.
IEA wymienia ograniczenia sieciowe oraz czas przyłączenia wśród barier elektryfikacji przemysłu. Zwraca również uwagę na potrzebę uwzględniania przyszłego zapotrzebowania przemysłowego w planowaniu rozwoju sieci.
Wniosek dla inwestora jest praktyczny: dostępność terenu nie przesądza o gotowości lokalizacji do uruchomienia produkcji. Przed podjęciem decyzji należy ustalić możliwą do uzyskania moc, warunki i harmonogram przyłączenia oraz możliwości późniejszej rozbudowy.
Dotyczy to także istniejących fabryk. Zwiększenie udziału technologii elektrycznych może zmienić wymagania wobec infrastruktury nawet wtedy, gdy powierzchnia zakładu pozostaje bez zmian.
Transformacja energetyczna wymaga współpracy kilku działów
Decyzje energetyczne łączą kwestie techniczne, finansowe i organizacyjne. Dlatego warto ustalić wspólny sposób ich oceny.
Produkcja określa wymagania procesu i dopuszczalny zakres zmian. Służby techniczne oceniają stan infrastruktury oraz możliwości modernizacji. Zakupy analizują warunki dostaw energii, a finanse porównują nakłady, koszty eksploatacji i ryzyko.
Wspólną podstawą powinny być dane pokazujące zależność między energią a rzeczywistą pracą zakładu. Pozwalają one sprawdzić, czy wzrost poboru wynika z większej produkcji, zmiany asortymentu, rozruchu urządzeń czy strat.
Technologie cyfrowe pomagają połączyć te informacje. W Queris łączymy kompetencje w zakresie automatyki przemysłowej i systemów zarządzania produkcją, aby dane z hali mogły służyć podejmowaniu decyzji. W kontekście transformacji energetycznej to podstawa do rozpoznania, gdzie warto szukać oszczędności i jak zweryfikować rezultaty zmian.
Od czego zacząć zmianę sposobu myślenia o energii?
Dobrym początkiem jest wspólna ocena obecnych potrzeb energetycznych i planów rozwoju przedsiębiorstwa. Powinna odpowiedzieć na pięć pytań:
- Gdzie zużywamy energię? Jakie procesy i instalacje odpowiadają za największe zapotrzebowanie?
- Co możemy ograniczyć? Gdzie występują straty, zbędna praca lub niewykorzystane ciepło?
- Jak zmienią się nasze potrzeby? Co oznaczają nowe linie, większa produkcja i planowana elektryfikacja?
- Jakie mamy ograniczenia? Czy dotyczą infrastruktury, technologii, kapitału czy organizacji pracy?
- Jak ocenimy rezultaty? Jakie wskaźniki pokażą zmianę kosztów, efektywności i odporności zakładu?
Transformacja energetyczna zmienia definicję dobrze przygotowanej fabryki. Oprócz maszyn, ludzi i zamówień potrzebuje ona sposobu zasilania dopasowanego do obecnej produkcji oraz przyszłego rozwoju. Przedsiębiorstwo, które uwzględni te zależności odpowiednio wcześnie, zyska lepsze podstawy do podejmowania decyzji inwestycyjnych.
