Model kosztowy pracy urządzeń energetycznych

Efektywność energetyczna istotnym czynnikiem w budowie modelu kosztowego pracy urządzenia energetycznego

W dobie wysokich cen energii i ich spodziewanego wzrostu szczególnej analizy wymagają procesy modernizacyjne urządzeń pobierających energię. Już na etapie analiz przedprojektowych, do których zalicza się audyty efektywności energetycznej, jak również na etapie przygotowywania wszelkiego rodzaju koncepcji modernizacji, należy wykonać wielowariantową analizę, w ramach której, dla jednoznacznie zidentyfikowanego stanu wyjściowego, przedstawia się kilka wariantów technicznych możliwych do zastosowania w konkretnym przypadku, ze wskazaniem wariantu najkorzystniejszego.

Uchwalona w drugim kwartale 2011 r. Ustawa o efektywności energetycznej obliguje, ale również zachęca do podejmowania aktywności zmierzających do poprawy efektywności energetycznej. Znajdujące się w niej zapisy pozwalają także wnioskować, że poziom techniczny audytu efektywności energetycznej powinien być wysoki i zgodny z dobrą praktyką inżynierską. Właściwe podejście organizacyjne i techniczne, zakładające podejmowanie działań sprawdzających i opiniujących na każdym z etapów podejmowania procesów modernizacyjnych, pozwala na wyeliminowanie większości błędów, jakie mogą się pojawić w takim procesie. Jak wskazuje doświadczenie, koszty usuwania błędów i niedociągnięć, które zostały popełnione na etapie tworzenia dokumentacji koncepcyjnej i projektowej mogą być bardzo wysokie. Istotną zatem sprawą jest niwelowanie zagrożenia poprzez staranne opracowanie dokumentacji, która optymalnie dopasuje modernizowany element instalacji do istniejącego układu.
W niniejszym artykule przedstawione zostaną obszary wymagające szczególnej troski ze strony kadry inżynierskiej, od których zależą koszty eksploatacji danego urządzenia czy linii technologicznej. W obszarze obowiązków i zachęt do podejmowania działań modernizacyjnych, wynikających z Ustawy o efektywności energetycznej, zinterpretowane zostaną niektóre jej zapisy, precyzujące według autora niniejszego artykułu poziom należytej staranności, jaki będzie wymagany przy realizacji audytów efektywności energetycznej.

Identyfikacja stanu istniejącego

Poziom opomiarowania urządzeń – zwłaszcza w elektrowniach i elektrociepłowniach – jest coraz wyższy i pozwala na dokładne śledzenie trendów ważniejszych parametrów eksploatacyjnych pracy danego urządzenia. Wnioski z analizy tych parametrów powinny więc stanowić podstawę do podjęcia dalszych działań zmierzających do dokładnego zbadania potencjału oszczędności w danym urządzeniu bądź linii technologicznej. Zatem w oparciu o doświadczenie eksploatacyjne i obserwacje wspomnianych trendów parametrów charakteryzujących pracę urządzenia, służby eksploatacji powinny wyjść z inicjatywą konkretnych działań. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że przy dużej ilości układów nawet pobieżne oszacowanie potencjału nie będzie możliwe z uwagi na braki w opomiarowaniu niektórych kluczowych parametrów pracy układu. Dalsze działania związane z pełną identyfikacją potencjału oszczędności w obszarze urządzenia bądź linii technologicznej należy zatem powierzyć specjalistycznej firmie dysponującej odpowiednim potencjałem personalnym, sprzętowym i metodycznym. W oparciu o informacje uzyskane od wspomnianych służb, potencjalny wykonawca badań identyfikujących zasoby układu powinien zaproponować program badań wymagany dla osiągnięcia założonych celów. Program ten powinien zawierać specyfikę pracy danego układu i w odwołaniu do niej powinien zostać opracowany również konkretny harmonogram pomiarów.

Pomiary te powinny między innymi:

dać możliwość sprawdzenia poprawności wskazań istotniejszej aparatury ruchowej zainstalowanej w obszarze modernizacji,
określić odchyłki dla stanu istniejącego od danych fabrycznych dla badanych urządzeń,
określić parametry pracy urządzenia w istniejącym układzie współpracy urządzenia z linią technologiczną,
określić parametry możliwe do uzyskania w danym układzie dla obecnego poziomu techniki,
określić możliwości zmian sposobu regulacji lub innych istotnych cech układu.

Przeprowadzona w oparciu o w/w pomiary analiza powinna zawierać również wariant, w jakim układ będzie pracował po przeprowadzonej modernizacji. W wielu przypadkach warunki takie można zasymulować w trakcie przedmiotowych pomiarów i w ten sposób precyzyjnie zdiagnozować zachowanie się części instalacji, która nie będzie podlegać modernizacji. We wszelkiego rodzaju układach pompowych, sprężarkowych, wentylatorowych czy innych układach pomocniczych odpowiednie podejście doświadczonych technologów pozwoli na pozyskanie informacji, które nie są możliwe do osiągnięcia w najbardziej nawet drobiazgowej analizie teoretycznej, oderwanej od rzeczywistych i miarodajnych wielkości pomiarowych. Działania na tym etapie należą do najważniejszych, ponieważ dają rzeczywisty obraz stanu istniejącego oraz stwarzają możliwości podejmowania działań związanych z modernizacją danego układu.

Niestety, w praktyce często przedstawiony powyżej sposób identyfikacji stanu wyjściowego w procesie modernizacji jest bagatelizowany. Założenia (wytyczne) do projektu modernizacji bazujące na niedokładnych pomiarach i obserwacjach, pomijające wykonanie badań, pomiarów i analiz przez wyspecjalizowaną firmę, lub też podejmowanie decyzji inwestycyjnych w oparciu o pobieżne sięganie po dane statystyczne nie jest zgodne z dobrą praktyką inżynierską. Tymczasem, jak wynika z praktyki pomiarowej, często nawet trzydziestoletnie urządzenia, przy prawidłowo prowadzonej polityce remontowej posiadają sprawności nieznacznie odstępujące od danych fabrycznych. W takich przypadkach – oczywiście, jeżeli nie ma innych przesłanek, takich jak trudności z dalszym prowadzeniem remontów, wyczerpaniem materiałowym urządzeń czy też znaczącym skokiem technologicznym wynikającym z postępu techniki bądź innych czynników (np. zmiana sposobu regulacji urządzeń oraz konsekwencje, jakie ze sobą niesie zastosowanie przemienników częstotliwości) – nie jest zasadne podejmowanie działań zmierzających do wymiany danych urządzeń. Opisana powyżej metoda, która pozwala na zminimalizowanie ryzyk związanych z nieoptymalną modernizacją układu i zarazem z optymalizacją kosztów na etapie eksploatacji, stoi niestety w sprzeczności z tak powszechną ostatnio metodą realizacji przetargów na prowadzenie tego typu analiz i badań. Kryterium ,,100% – cena” w procesie wyłaniania wykonawcy przedmiotowych badań wiąże się zazwyczaj z obniżeniem ich jakości. Osiągnięte w ten sposób oszczędności są niewspółmierne do kosztów, jakie mogą wystąpić w późniejszych etapach. Negatywnym zjawiskiem jest również niewłączanie technologów eksploatujących dane urządzenia w proces wyłaniania wykonawcy. Tym samym utracona zostaje możliwość zapewnienia należytej jakości badań, koniecznych do oceny stanu wyjściowego do modernizacji.

Działania mające na celu identyfikację stanu istniejącego stanowią także jeden z istotniejszych elementów procesu ubiegania się o białe certyfikaty – według mechanizmów opisanych w Ustawie o efektywności energetycznej. Audyt wstępny jest niczym innym jak właśnie precyzyjnym zdiagnozowaniem stanu wejściowego do dalszych działań modernizacyjnych, mających na celu poprawę efektywności energetycznej. System białych certyfikatów, wspierający działania proefektywnościowe, jest również obwarowany zapisami, które powinny zapewnić należyty poziom merytoryczny dla realizowanych audytów efektywności energetycznej. W art. 28 ust.1 Ustawy poprzez wprowadzenie zapisów ,,Prezes URE dokonuje albo zleca dokonanie innym podmiotom wyłonionym na zasadach i w trybie określonym w przepisach o zamówieniach publicznych…” określa się mechanizmy kontrolne, nadając kompetencje w tym zakresie Prezesowi URE. Przywołana w w/w zapisie możliwość podzlecania wspomnianych powyżej działań kontrolnych ,,innym podmiotom” pozwala sądzić, że Ustawodawca jest zainteresowany rzetelnymi badaniami. Pobieżne wykonanie audytu może przysporzyć inwestorowi wielu problemów. Obszar działań identyfikacyjnych związany z systemem białych certyfikatów wymaga zatem starannej realizacji w celu uniknięcia problemów natury formalnej, a przede wszystkim finansowej (z uwagi na opisane zagrożenia związane z ponoszeniem nadmiernych kosztów bieżącej eksploatacji urządzenia bądź linii technologicznej).

Gwarancje techniczne – element zapewniający właściwy poziom techniczny dostaw

Kontynuacją opisanych powyżej aktywności, których celem jest postawienie właściwej diagnozy w zakresie układu przewidzianego do modernizacji, jest projekt techniczny. Projekt powinien podlegać opiniowaniu zespołu inwestora bądź zespołu doradcy technicznego lub też, w przypadku dużych inwestycji, Inżyniera Kontraktu. Następnym krokiem (czasem działania te biegną równolegle bądź wyprzedzają wyżej opisane), istotnym z punktu widzenia zapewnienia należytej staranności, jest opracowanie listy parametrów gwarantowanych. Założenia techniczne podjęte w rekomendowanym wariancie realizacji modernizacji powinny zostać odpowiednio ujęte w części Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia (SIWZ) na dostawę i wykonawstwo przedmiotu modernizacji. Zapisy te znajdują się zazwyczaj w odrębnym załączniku zawierającym listę parametrów gwarantowanych wraz z metodyką ich sprawdzenia.
Praktyka Energopomiaru w tym zakresie wskazuje, że w wielu przypadkach gwarancje są sformułowane dosyć niefortunnie, co w konsekwencji prowadzi do braku możliwości ich weryfikacji. Sporych kontrowersji dostarcza również obszar związany ze stosowaniem krzywych poprawkowych ujmujących wpływ zmienności parametru odniesienia dla danego układu na wielkość gwarantowaną. Kolejnym zagadnieniem nastręczającym wiele problemów jest część metodyki związana z określaniem niepewności wyznaczania wielkości gwarantowanej. Niewłaściwie opracowana część SIWZ, która dotyczy tego zagadnienia, w skrajnym przypadku może skutkować nie złożeniem ofert przez oferentów i w efekcie opóźnieniem całego procesu realizacji danego zadania. W wariancie minimalnym SIWZ powinna zawierać:

listę parametrów gwarantowanych opracowaną precyzyjnie dla potrzeb sprawdzenia podstawowych założeń przyjętych w rachunku ekonomicznym podejmowanej modernizacji,
sposób wyznaczania parametrów gwarantowanych, w tym wykaz norm ujmujących metodykę ich wyznaczania lub też przedstawienie zrozumiałej i jednoznacznej metodyki wyznaczania tych parametrów,
sposób wyznaczania niepewności pomiarowej,
sposób uwzględniania niepewności pomiarowej przy interpretacji uzyskanych wyników.

SIWZ powinien również określać kompetencje firmy, która może zrealizować pomiary gwarancyjne. W przypadku działań, w ramach których będzie się można ubiegać o białe certyfikaty, staranne określenie wymagań pozwoli uniknąć problemów związanych z dotrzymaniem zadeklarowanego efektu działań proefektywnościowych. Pomiary gwarancyjne, których tryb i sposób realizacji powinien zostać ujęty w SIWZ w części dotyczącej wyłonienia dostawcy w procesie modernizacji, pozwalają na sprawdzenie jakości dostaw i montażu urządzeń stanowiących przedmiot modernizacji. Sama realizacja pomiarów gwarancyjnych modernizowanej instalacji pokrywać się może w dużej mierze z audytem efektywności energetycznej potwierdzającym osiągnięcie deklarowanego efektu (art. 22 ust. 1 Ustawy) w ramach działań związanych z ubieganiem się o białe certyfikaty. Etap pomiarów gwarancyjnych jest jednym z elementów składających się na działania domykające daną inwestycję.
W ramach aktywności związanych z ubieganiem się o białe certyfikaty to również element potwierdzający osiągnięcie założonego efektu. Mając to na uwadze, wydaje się zasadne, aby już na etapie SIWZ, w przypadku ubiegania się o wsparcie w postaci białych certyfikatów, sformułować odpowiednio gwarancje, aby pomiary gwarancyjne obejmowały również audyt potwierdzający, określony w art. 22 ust.1 Ustawy. Wówczas dostawca usługi pn. „Pomiary gwarancyjne” powinien zgodnie z Ustawą dysponować w tym zakresie uprawnionym audytorem.

Bieżąca eksploatacja – monitoring ciągły i okresowy

Etap pomyślnie zakończonych pomiarów gwarancyjnych zamyka fazę inwestycyjną – w obszarze działań związanych z technologią – niezależnie od sposobu finansowania przedsięwzięcia. Dalsza eksploatacja poddana jest już reżimowi ruchowemu obowiązującemu w danym przedsiębiorstwie. Obecne uwarunkowania eksploatacyjne wynikające z coraz lepszego opomiarowania instalacji i dostępności sprzętu komputerowego dają możliwość tworzenia dedykowanych aplikacji wspierających kontrolę eksploatacji danego urządzenia, grupy urządzeń lub instalacji. Coraz powszechniejsze stają się również działania związane z wprowadzeniem procedur umożliwiających systemowe podejście do kontroli i nadzoru nad zasobami efektywności energetycznej w przedsiębiorstwie. Tego typu działania mogą być realizowane np. w oparciu o zalecenia normy PN-EN 16001 System zarządzania energią. Wymagania i zalecenia użytkownika. Ich głównym celem jest stworzenie jasnych i użytecznych procedur prowadzących do obniżania energochłonności procesów. Posiadanie informacji o aktualnym stanie technicznym urządzeń, realizowane np. poprzez śledzenie trendu wielkości charakterystycznych, daje solidne podstawy do podejmowania dalszych działań zmierzających do przywrócenia takiego ich stanu, który zapewni pracę z parametrami zbliżonymi do referencyjnych. W przypadku niepełnego opomiarowania ruchowego można zainstalować aparaturę zewnętrzną, a także opracować niezbędne charakterystyki zastępcze, które okresowo aktualizowane mogą rzetelnie oddawać trend pracy danego urządzenia. W przypadku pełnego opomiarowania możliwe jest opracowanie algorytmów działających praktycznie w trybie on-line, pozwalające na bieżące śledzenie odstępstw od parametrów referencyjnych pracy (dobrym przykładem są wdrażane przez Energopomiar systemy nadzoru eksploatacji TKE® w elektrowniach i elektrociepłowniach). Rozwiązania takie są możliwe do zrealizowania dla większości nowych instalacji i urządzeń, które stanowią istotną pozycję w bilansie energetycznym całego układu.
Wspomniane procedury i dokumentacja w zakresie systemu, który wspierałby nadzór nad potencjałem oszczędności w przedsiębiorstwie, powinny zawierać także plan inwestycyjny. Plan taki powinien zostać opracowany przy uwzględnieniu istotności danej linii technologicznej w bilansie energetycznym układu bądź też jej znaczeniu w całej technologii. Ponadto plan ten powinien zakładać stopniowe zwiększanie opomiarowania procesów w celu wprowadzenia na istotnych układach ciągłego monitoringu.
Wsparciem w takich działaniach może być audyt zewnętrzny, który powinien być realizowany okresowo przez wyspecjalizowaną jednostkę zewnętrzną. Wynikiem audytu jest m.in.:

Identyfikacja potencjału oszczędności w obszarach nie objętych monitoringiem.
Weryfikacja i poszerzenie wiedzy na temat potencjału oszczędności w obszarach objętych monitoringiem.
Lista działań proefektywnościowych w porządku najkrótszego okresu zwrotu bądź oszczędności energii.
Weryfikacja procedur kontroli procesów technologicznych.
Weryfikacja wskazań aparatury pomiarowej zainstalowanej do celów ruchowych i bieżącej kontroli eksploatacji.
Lista priorytetowych punktów pomiarowych niezbędnych do właściwego opomiarowania istotnych linii technologicznych.

Jak wskazuje praktyka Energopomiaru, działania takie są elementem dobrej praktyki inżynierskiej i w skali zidentyfikowanych oszczędności – uprawniających do podjęcia działań w ramach akceptowalnego w danym przedsiębiorstwie okresie zwrotu – przeważnie są działaniami niskonakładowymi. W wyniku działań audytorskich uzyskuje się również wiedzę konieczną w procesie ubiegania się o wsparcie w ramach systemu białych certyfikatów. Konstrukcja mechanizmów, według których będzie organizowany przetarg (według art. 20 ust. 1 Ustawy o efektywności energetycznej) wskazuje jednoznacznie, że w skali danego przedsiębiorstwa rzeczą niezmierne istotną będzie posiadanie usystematyzowanej wiedzy w zakresie całościowego potencjału oszczędności w układzie technologicznym.

Podsumowanie

Bieżąca dbałość o należyty stan techniczny urządzeń, przekładająca się na energochłonność danego procesu, tworzy obieg, który powinien zostać opisany w sposób systemowy.
Potrzeba podjęcia konkretnego działania modernizacyjnego powinna być poparta wiarygodną informacją techniczną uzyskaną od pracowników obsługujących daną instalację. Informację tę należy potwierdzić (uwiarygodnić) poprzez wykonanie pomiarów uzupełniających, dających właściwy i pewny obraz stanu wyjściowego do modernizacji.
Rekomendowana przez audytora i zaakceptowana przez inwestora ścieżka postępowania powinna zostać opisana w SIWZ, zapewniając należyty poziom jakości dostaw modernizowanej instalacji. Podjęte przez wykonawcę modernizacji zobowiązania określone w SIWZ, powinny zostać sprawdzone w trakcie pomiarów gwarancyjnych, których pomyślny przebieg rozpoczyna proces eksploatacji urządzenia lub linii technologicznej.W trakcie prowadzonej eksploatacji powinien zostać wdrożony optymalny pod kątem istotności danej linii technologicznej stopień opomiarowania. Wszystkie działania powinny być okresowo poddawane procesowi kontroli – tj. audytowi zewnętrznemu. Wnioski z systemu monitoringu powinny dawać podstawy do podjęcia ewentualnych działań remontowych lub modernizacyjnych w dalszej eksploatacji.

Opisany powyżej system działań funkcjonuje już w wielu firmach zagranicznych i niektórych krajowych. System ten oparty jest na jasno sformułowanych celach jakościowych oraz kosztowych. Należy jednak w tym miejscu jeszcze raz podkreślić, że kluczowym działaniem w opisanym systemie jest rzetelna identyfikacja potencjału i posiadanych zasobów, oparta na dobrej praktyce inżynierskiej.

Autor: Tomasz Słupik
„ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o.
Zakład Techniki Cieplnej

Referat wygłoszony podczas XIII Sympozjum Naukowo-Technicznego ENERGETYKA Bełchatów 2011