grup de proiect mașini de prelucrare mecatronică cu .... cedric schultz_ro.pdf · extinderea...
TRANSCRIPT
Eficiență energetică și mai mult decât atât:
Reducerea costurilor cu energia prin flexibilitate
www.efficiency-from-germany.info
Grup de proiect
Mașini de prelucrare mecatronică
cu utilizare eficientă a resurselor
Eficiență energetică și mai mult decât atât:
Reducerea costurilor cu energia prin flexibilitate
www.efficiency-from-germany.info
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart
Șeful departamentului central al
grupului de proiect RMV
Titular al catedrei de Management
industrial și tehnica montajului (iwb)
Universitatea Tehnică München
ÎNFIINȚARE
1 ianuarie 2009
FAZA DE DEZVOLTARE: Creștere colectivă împreună cu
institutul iwb al TUM
OBIECTIVE DE
DEZVOLTARE 2017: Înființarea propriului institut
Frauenhofer pentru producție și
prelucrare cu utilizarea mai eficientă
a resurselor într-una dintre clădirile
parcului de inovații din Augsburg.
Grupul de proiect FrauenhoferUtilaje de prelucrare mecatronice cu utilizare eficientă a resurselor
Departamentul Planificare și control
Departamentul Fabrici cu utilizare eficientă
a resurselor
Departamentul Instalații și echipamente de comandă
Departamentul Componente și procese
Competențe de bază
PRODUCȚIE INTERCONECTATĂ INTELIGENT
EFICIENȚA UTILIZĂRII RESURSELOR ÎN
PROCESE
MODELARE ȘI SIMULARE
INTERCONECTATE
PRODUCȚIE ADITIVĂ
FLEXIBILIZAREA PRODUCȚIEI
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Provocările pieței de energie electrică germane
Germania în poziție de precursor
Eliminarea treptată a energiei nucleare până
în 2022
Creșterea producției de energie electrică din
surse regenerabile de la, în prezent, 23% la
80% până în anul 2050
Extinderea prioritară a energiei eoliene și
fotovoltaice
Efecte
77%
Oferta de energie depinde din ce în ce mai
mult de condițiile meteo, fiind astfel volatilă
Deosebiri regionale mari în ceea ce privește
producția de energie electrică
Costurile de extindere ale tranziției
energetice se transferă prin taxe în costurile
cu energia electrică
Substituirea energiei nucleare cu energii regenerabile reprezintă provocarea
viitorului pentru sistemul de electricitate german
Provocările pieței de energie electrică germane
Indexul de prețuri la electricitate
(industrie) Creșterea semnificativă a prețurilor energiei
electrice pentru clienții finali industriali
Pe de o parte, companiile producătoare pot profita de efectele asupra pieței de
electricitate, iar pe de altă parte, pot contribui la stabilizarea rețelei.
Efecte asupra pieței de energie electrică
Oscilațiile prețurilor pe bursa de
electricitate de-a lungul zilei
Este posibilă apariția unor valori
maxime extreme ale prețurilor, precum
și a prețurilor negative ale energiei
electrice
Încurajează companiile să profite de
oscilațiile prețurilor, respectiv să
stabilizeze rețeaua de energie electrică
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Strategii privind tranziția energetică
Oscilațiile prețurilor pentru energie electrică Creșterea prețurilor pentru energie electrică
Capacitarea întreprinderilor în sensul
utilizării
eficiente
a energiei
77%
Capacitarea întreprinderilor privind
utilizarea
flexibilă
a energiei
Companiile producătoare pot contribui la realizarea tranziției energetice
printr-o utilizare țintită a energiei
0
50
100
150
200
2000 2007 2014
t / a
€/MWh
+ 150 %
t / h
€/MWh
2013 2020
Epuizarea resurselorVolatilitate în sistemul de electricitate
Abordare de sus în jos: transparența este primul pas
Consumul la nivelul
fabricilor
Optimizarea lanțurilor
de producție
Alinierea obiectivelor
de consum cu cele de
producție
Energia în planificarea și controlul producției
Introducerea energiei ca resursă planificată și
monitorizată
Alegerea punctelor de măsurare relevante pe
teren pentru măsurarea permanentă
Fluxul valorilor energetice
Etapa de analiză: Măsurare,
vizualizare, analizare
Etapa de proiectare: Identificarea de măsuri,
prioritizare, determinarea interacțiunilor
Analiza consumului la nivelul fabricilor
Indică fluxurile energetice pentru diferite forme de
energie (incl. căldura reziduală)
Indică transformarea energiei pentru diferite
sectoare de producție
Pas
Förderband
0
Härteofen
0,1
Druckluftleitung
Druck (Anfang) [Bar]: 8,2
Druck (Ende) [Bar]: 8,0
Temperatur (Anfang) [°C]: 20
Temperatur (Ende) [°C]: 20
Länge [m]: 56
BZ [Sec.] = 1680
ZZ [Sec.] = 54
RZ [Sec.] = 2700
Losgröße [Stk.]= 6
Prozesstemp. [°C] = 900
Bauteiltemp. [°C]= 880
el. Energie [Wh/Stk.] =
Härteofen
0,1
Druckluft [bar] = 7,5
Druckluft [dm3/min] = 28
BZ [Sec.] = 1680
ZZ [Sec.] = 54
RZ [Sec.] = 2700
Losgröße [Stk.]= 6
Prozesstemp. [°C] = 900
Bauteiltemp. [°C]= 880
el. Energie [Wh/Stk.] = 87
Härteofen
0,1
Druckluft [bar] = 7,5
Druckluft [dm3/min] = 28
Härteofen
0,1
Temperatur [°C] = 32
Leistung [kW] = 0,3
Anlagen-
steuerung
Anzahl Bauteile [Stk.] = 18
Leistung [kW] = 0,4
Temperatur [°C]= 728
Leistung [kW] = 3,4
Druckluft [dm3/min] = 320
Druck [Bar] = 8,4
Temperatur [°C] = 48
Taupunkt [°C] = -24
BZ [Sec.] = 1680
ZZ [Sec.] = 54
RZ [Sec.] = 2700
Losgröße [Stk.]= 6
Prozesstemp. [°C] = 900
Bauteiltemp. [°C]= 880
el. Energie [Wh/Stk.] = 87
Druckluft [Bar] = 7,5
Druckluft [dm3/min] = 28
Druckluftsystem
0
Härteofen
0,1
Leitrechner
SPS
Sensoren Aktoren
OPC UA
Echtzeitbus
mit Energieprofil
sercos Energy
PROFIenergy
ERP-System
Schnittstelle
noch offen
Senso
r
Planning: ERP
Control: MES
Field
level
PLC
Actor
Analiza consumurilor instalațiilor se utilizează pentru:
economia de energie, flexibilizare și monitorizarea stării
Eficiența energetică a
instalațiilor
Flexibilizarea
energetică a
instalațiilor
Monitorizarea de stare
prin măsurători ale
consumului
Monitorizarea stării prin profiluri de sarcină
Detectarea defecțiunilor din profilurile de sarcină,
de ex., a uzurii
Evitarea timpurie a deranjamentelor și
defecțiunilor
Flexibilitatea energetică
Controlul timpului, cantității și prețului energiei
utilizate prin
măsuri organizatorice și
sisteme tehnice adaptate
Analiza profilurilor de sarcină
Clasificarea profilurilor de sarcină pentru diferite
tipuri de instalații
Analiză de corelări între parametrii procesului și
profilurile de sarcină
Pas
În funcție de obiectivul energetic
trebuie adaptată strategia de implementare
AbordareTrecerea la utilaje și
instalații mai eficiente
Controlul timpului,
cantității și prețului
energiei utilizate
Inițierea timpurie a
lucrărilor de întreținere
și reparații
Scop Economia de energie Flexibilizare Monitorizarea stării
Serii individuale de
măsurători
(aparate de măsură mobile)
Monitorizare continuă
(aparate de măsură instalate
permanent)
Vizualizare:
Software
Detectare:
Mijloace de măsurare
Comunicare:
Jurnalizator de date Leitrechner
SPS
Sensoren Aktoren
OPC UA
Echtzeitbus
mit Energieprofil
sercos Energy
PROFIenergy
ERP-System
Schnittstelle
noch offen
Senzor
Planificare: ERP
Enterprise Resource Planning
Control: MES
Manufacturing Execution System
Pe teren:
PLC
Actuator
Măsurare
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Corelarea consumului de energie cu datele privind producția
15
Măsurători energetice ca bază
pentru identificarea de măsuri
Gruparea stărilor de funcționare specifice
instalațiilor și a consumurilor de energie
Punerea la dispoziție de date și informații pentru planificarea și funcționarea unei
fabrici flexibile d.p.d.v. energetic
Dezvoltarea unei proceduri standardizate
de măsurare a energiei
Sursă imagini: Vattenfall
Introducerea energiei ca resursă
planificată și monitorizată
Înregistrarea datelor
energetice
Prelucrarea datelor
(baze de date)
Planificarea producției și
gestionarea energiei
Vizualizare
De
pa
rtam
en
t c
en
tra
l
de
IT p
rod
uc
ție
Co
ntr
olu
l
pro
ce
se
lor
Niv
elu
l
pro
ce
su
lui
Analiza offline a consumatorilor de
energie
Instalarea de puncte de măsurare
permanente pentru consumatorii
relevanți
Măsurarea în timp real a valorilor
consumului
Pregătirea și stocarea datelor energetice,
de ex., direct în sistemul de control al
echipamentului
Standarde IT pentru furnizarea de date
•Rețele de teren
(PROFIenergy, Sercos Energy…)
•OPC UA
Introducerea energiei ca resursă
planificată și monitorizată
Cockpit de producție
pentru monitorizarea continuă
Monitorizare energetică
Cameră de comandă grafică
Sistem de stocare
Consum de energie
Temperatură
Utilizarea transparenței privind energia
Pe termen lung (luni)
Valori-țintă
Controlul
producției
(MES)
Planificarea
producției
(ERP)
Proces
Înregistrarea
datelor
energetice
Capacitatea de
producție
Costurile cu
energia
Interpretarea
sistemelor de
producție în raport cu
energia
Pe termen mediu (zi/tură)
Pe termen scurt (15 min):
Planificarea detaliată
în funcție de aspectele
energetice
Gestionarea sarcinii
Pregătirea valorilor-țintă din proces
Intervenția în consumul de energie
la niveluri temporale diferite
MES efectuează îndeosebi
compensarea sarcinii pe termen
scurt
Exemplu: Gestiunea sarcinii pe o
perioadă de 15 min
Controlul consumului
Măsuri organizatorice
pentru controlul consumului
Adaptarea secvenței de activități
Preț curent electric
Pu
tere
[kW
]:
Timp [t]
Pu
tere
[kW
]:
Timp [t]
Preț curent electric
Adaptarea secvenței
de activități
Măsuri organizatorice
pentru controlul consumului
Grosime tablă [mm]
Oțel inoxidabil
Oțel
Aluminiu
Pu
tere
[kW
]
15 min. putere activă a unui
debitor cu laser
Domeniu de
variație de 36 kW,
respectiv 40% din
sarcina maximă
Clasificarea instalațiilor flexibile d.p.d.v energetic
Planificarea în funcție de
timp a utilizării instalațiilor
Gestionarea sarcinii
pe termen scurt
Provocare în creștere a flexibilizării energetice
Instalații energofage Echipamente pentru clădiri
Sursă imagini: SGL Carbon
Instalații de producție
Secvență de activități
orientată spre reducerea
consumului de energie
Sursă imagini: GROBSursă imagini: Lu-Ve, Kaeser
• Energia reprezintă cel
mai mare factor de cost
• Încărcarea totală nu
este întotdeauna
posibilă
• Sarcini ușor de
comutat
• Modificarea de stare
influențează foarte
puțin productivitatea
• Încărcarea totală ca
obiectiv principal
• Decuplarea pe termen
scurt duce la scăderea
productivității
Mijloace de stocare a energiei
Acumulator de aer comprimat de
înaltă presiune
Sursă imagini: cleanenergyauthority
Utilizarea mijloacelor de stocare a energiei
pentru compensarea sarcinii reziduale
Analizarea a diferite tehnologii de
creștere a flexibilității energetice
Posibile mijloace de stocare
a energiei:
•Sistem de aer comprimat
•Acumulator de căldură
•Produs
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Exemplu: Reducerea sarcinii de vârf
• Producție variată
• Decontarea prețului forței de muncă și a
prețului pe kilowatt
• Sarcinile de vârf frecvente inexplicabile
influențează prețul pe kilowatt
Scop: Reducerea sarcinilor de vârf
• Identificarea procesului cu cea mai mare
influență asupra consumului total
• Adaptarea secvenței activităților pentru
procese indirecte și flexibile
(de ex., stație QS)
Reducerea sarcinii de vârf cu 12%
Economie netă a costurilor cu energia
• Măsurarea sistematică a consumului de
energie
(de sus în jos de la stația de transformare)
• Corelarea consumurilor cu procesele
directe și indirecte
• Identificarea procesului cu cel mai mare
consum de energie
Sursă: Wittenstein (imagine)
RezultatProcedură
Situaţie iniţială
Exemplu: Răspuns la cerere
Sursă: SGL Carbon GmbH
• Producție energofagă
• Participare pe piața de energiei de rezervă
Scop: Identificarea și evaluarea
instalațiilor flexibile d.p.d.v. energetic
Exemple de măsuri identificate:
• Procesul cu cel mai mare consum de energie
poate fi întrerupt periodic
Transferul cererii din perioadele de vârf în
cele obișnuite pe o perioadă de mai multe ore
•Produsul finit poate fi folosit ca mijloc de
stocare a energiei
• Identificarea instalațiilor cu consum ridicat
de energie (penurie energetică)
• Determinarea și definirea posibilelor stări
ale mașinilor și a interacțiunilor acestora
• Evaluarea măsurilor de modificare a sarcinii
©SGL Carbon GmbH
RezultatProcedură
Situaţie iniţială
Exemplu: Independența energetică
Sursă: Müller Produktions GmbH (imagine)
Rezultat
• Fabricarea de aparate de climatizare
• Ridicarea unei fabrici model (Green field)
• Integrarea unui sistem descentralizat de
producție și stocare de energie
Scop: Independența energetică
• Tranparență deplină privind oferta și
consumul de energie
• Minimizarea aprovizionării cu energie din
exterior
Doar câteva ore de aprovizionare cu
energie din exterior (dimineața/seara)
Procedură
Situaţie iniţială
• Dezvoltarea unui concept IT
Definirea caietului de sarcini
• Integrarea datelor energetice într-un sistem
de gestionare la nivel de atelier
• Alegerea furnizorilor de servicii IT
• Monitorizarea implementării
Agendă
Introducere1
Provocările pieței de energie electrică germane2
Strategii privind tranziția energetică3
Flexibilizarea consumului de energie4
Exemple din industrie5
Perspective6
Perspective
Tranziția energetică nu trebuie să devină un dezavantaj concurențial pentru
producătorii germani.
Flexibilizarea cererii de energie, respectiv oferirea de capacități de rezervă
reprezintă potențiale noi pentru companii.
Producătorii pot contribui astfel la
realizarea tranziției energetice
În cazul în care mai aveți întrebări…
Ing. Cedric Schultz
Centrul de Aplicații al iwb Augsburg
Beim Glaspalast 5 I 86153 Augsburg
Telefon +49 821 56883-40 I Fax -50
www.iwb-augsburg.de