Energia-megtakarítás több lépcsőben

A cikk a Magyar Épületgépészet 2014/4. számában jelent meg, melynek tartalomjegyzéke itt letölthető.

1 Energetikai szaktanácsadó, okl. gépészmérnök, Cothec Kft.
2 CEM, villamos üzemmérnök, energetikai szakértő, AEE Magyar Tagozat

Az Opel Szentgotthárd Kft. törekszik rendszerei energiafelhasználásának csökkentésére. Olyan műszaki megoldásokat valósítunk meg, ahol nemcsak a helyi károsanyag-kibocsátás csökken, hanem amely az országos környezetre is hatással van (villamosenergia-megtakarítás). Folyamatosan vizsgáljuk rendszereink fajlagos energiafelhasználását, és törekszünk az optimális mutatók elérésére.

The Opel Szentgotthard Ltd. seeks to reduce the energy consumption of systems. Achieved by technical solutions, which not only reduced local emissions, but also affects the national environment (electricity savings). We continue to examine the use of specific energy systems and strive to achieve the most optimal characteristics.

A gyár régi hőtermelő rendszerét korszerűsítettük a megváltozott hőhordozó igényeknek megfelelően. A termelési csarnok bővítésénél a leghatékonyabban működő fűtési berendezések kerültek beépítésre. E cikkben bemutatjuk, hogy utolsó két évben milyen megoldásokat valósítottunk meg a régi rendszereinknél. Törekszünk arra is, hogy a munkavégzés során dolgozóinknak minél jobb komfortérzete legyen, mind hőérzeti, mind világítási szempontból.

1. Villamosenergia-megtakarítás
Az emulziós és olajellátó rendszer szivattyúi
• Két emulziós (8 + 2 működő szivattyúval) és egy olajellátó rendszer (2 működő szivattyúval) volt érintett az átépítés során,
• a szivattyúk állandó, maximális áramfelvétellel működtek,
• nem volt mennyiségi szabályozás, nyomás alapján történt fokozatonként a szivattyúk fel- illetve lekapcsolása, az elvi 1. ábra szerint

1. ábra. A szivattyúk fel- és lekapcsolása nyomás alapján

A műszaki megoldás: a szivattyúk villanymotorjaira VFD típusú frekvenciaváltó rendszert telepítettünk nyomás- és térfogatáram-szabályozással. A projekt megvalósítását követően a beépített vezérlés fokozatmentesen irányítja a szivattyúkat, rendszerenként egy szivattyút lekapcsoltunk a 2. ábra szerint.

2. ábra. A szivattyúk nyomás- és térfogatáram- szabályozásának elvi ábrája

Az elvi ábra mutatja be a megtakarítási koncepciót. A túláramszeleppel ellátott megkerülő ágakat megszüntettük, helyette frekvenciaváltókkal módosítjuk a szivattyúk teljesítményét, így igazítva azt a folyamatosan változó ellátási igényekhez.

Három önálló ellátó rendszerről beszélünk, egy emulziós rendszer 8 szivattyúval, egy emulziós rendszer 2 szivattyúval és egy olajellátó rendszer 2 szivattyúval működött. Az átépítést megelőzően a rendszerek minden meglévő szivattyúja folyamatosan üzemelt, az igényeknél nagyobb nyomást állítottunk elő, és a felesleget egy túláramszeleppel ellátott megkerülő ág vezette le. Az átépítést követően a szivattyúk teljesítményét folyamatosan az aktuális igényekhez igazítjuk, így minden rendszerben egy szivattyú lekapcsolhatóvá vált. A lekapcsolt szivattyúk teljesítménye 270 kW.

A megtakarítás természetesen műszakszám függő. Ezen a gyárterületen napi 3 műszakos termelés folyik, heti 5 napban, illetve több alkalommal heti 6 napon. A kalkulációban természetesen az óvatosság elve alapján csak 5 napos munkahetekkel számoltunk.

A megoldás előnye:
• jobban illeszkedik az igényekhez,
• villamosenergia-megtakarítás jelentkezik.

Az emulziós rendszert 2013-ban építettük át, amikor az 1996 óta üzemelő rendszer korszerűsítése történt meg.

2. A földgázfogyasztás csökkentése következtében a széndioxid kibocsátás csökkentése

A központi kazánház gőzös kazánjait ESCO konstrukció keretében kicseréltettük új, modern forró- és melegvizes kazánokra.
• A forróvíz igényű rendszerre új, korszerű forróvízkazánt telepítettünk, a téli csúcsigényre pedig az egyik gőzkazánt forróvíz üzeműre alakíttattuk át.
• A megmaradt gőzös hőtermelő kazánok működtetése megszüntettük, hidegtartalékot képeznek a hőellátás biztonságának figyelembe vétele mellett.
• A melegvíz igényű rendszerre 4 kazánegységből álló új kondenzációs kazánrendszert építettünk be.

A megoldás előnye: új, korszerű hőtermelő rendszer kialakítására került sor. A beépített új kazánok teljesítménye a tényleges fűtési forró- illetve melegvíz igényekhez méretezett. Mintegy 24%-os energia-megtakarítást értünk el.

A kazánházi rendszer üzembe helyezésére 2013-ban került sor, amikor az 1991 óta üzemelő rendszer cseréje valósult meg.

3. A megtakarítások számokban kifejezve

Villamosenergia-megtakarítás:

Az emulziós rendszer szivattyúi:
• Kiindulási adatok: 8 db (55 kW/db) alacsonynyomású emulzió szivattyú, 2 db (160 kW/db) magasnyomású emulzió szivattyú, 2 db (55 kW/db) magasnyomású olajszivattyú.
• Az előző bázis villamos fogyasztás:
870 kW × 24 óra × 5 nap × 49 hét = 5 115 000 kWh/év
• Frekvenciaváltós rendszer beépítését követően rendszerenként egy szivattyú üzeme folyamatosan megtakarítható, így a megtakarítás 270 kW, azaz a rendszer teljesítménye átépítés után 870 kW – 270 kW = 600 kW
• A várható villamosenergia-fogyasztás:
600 kW × 24 óra × 5 nap × 49 hét = 3 528 000 kWh/év
A várható villamosenergia-megtakarítás: 1 587 000 kWh/év

Földgázenergia-megtakarítás
A központi kazánház korszerűsítése:
• Bázis gázfogyasztás (2010): 2 018 000 Nm3 földgáz,
• A hatásfokjavulásból és kazánteljesítmény léptetésből eredő megtakarítás kb. 23,7%

A bővítés mértéke
2010-es évben a fűtött légköbméter: 531 000 lm3 (légfűtés vizes kaloriferekkel)
Bővítés után az összes légköbméter: 1 042 840 lm3 (ahol a fűtés egy részét a központi kazánház látja el meleg- illetve forróvizes kaloriferekkel, a másik részét új decentralizált gázos hőlégfúvók fűtik).
A 2010-es fogyasztáshoz a lekötött teljesítmény: 1300 m3/h
A 2013-as fogyasztáshoz a lekötött teljesítmény: 1800 m3/h

Az energia-megtakarítás számítása
Referenciaként a 2010-es évet azért választottuk, mert akkor még az üzem teljes egészében működött, az átépítés időszakában egyes területek csak részlegesen üzemeltek, így az akkori fogyasztási adatok nem alkalmasak összehasonlításra. Az összehasonlítás a gázfogyasztások, a fűtött légtérfogatok, a dolgozói létszám és a vonatkozó hőfokhidak figyelembe vételével készült a referencia év és a 2013. év március-április és október-decemberi időszakjainak összehasonlítása alapján. 2013. márciusától mind a régi, mind az új gyártóterületek hőellátása a teljes beépített területre vonatkozóan működött.
Nehezíti a tisztánlátást, hogy a gyártelep gázmérőjén kívül más fogyasztásmérő nincs a hőellátó rendszerbe építve, így az új épületek fűtését és a HMV-re fordított energiafelhasználást a teljes fogyasztásból csak légtérfogat arányosan értelmezhettük, a HMV energiaigényeket pedig a létszám alapján szükséges tervezési normák alapján vettük figyelembe (50 liter/fő, 50 °C-os víz).
A beavatkozások eredményét az eredetileg meglévő rendszerre kell meghatározni, mivel az energiahatékonyság növelés csak ezen a rendszeren értelmezhető.

Első lépésként az 1. táblázat az eredeti rendszeren tervezett változtatások hatását mutatja, amelyben figyelembe vettük a megváltozott hatásfokú rendszert és a kibővült 2013-as átlagos dolgozói létszám HMV igényét is.

A valós energia-megtakarítást az egyes fogyasztási ágak fajlagos javulásából lehet meghatározni, amit a felhasznált energiából a HMV gázigény kivonásával és a fűtésre így kapott gázmennyiség egységnyi hőfokhídra és fűtött l m3-re vetített értékével képezünk, mind az eredeti, mind az új állapotra. A két állapotra kapott fajlagos érték alapján a fűtési rendszer javulásának mértéke számítható (2. táblázat).

Fentiek alapján az energia-megtakarítás a 2010-ben meglévő hőfogyasztó rendszerekre egyszerűen számítható, ezt szemlélteti a 3. táblázat.

A teljes évre vonatkozó gázenergia megtakarítás:
4 522 959 kWh

A bemutatott megvalósult projektek alapján jól látható, hogy a hőtermelő és villamosenergia rendszerek korszerűsítésével jelentős mértékű energiafelhasználási és egyéb irányú megtakarítás érhető el.
A közvetlen energiafelhasználás csökkenésén kívül figyelembe kell venni a vízfelhasználásban jelentkező megtakarításokat és a lekötés csökkenéséből származó költségcsökkenést, valamint a berendezések és a technológiák műszaki megújulását is.
Az emulziós rendszer korszerűsítését saját beruházásként, míg a központi kazánház korszerűsítését ESCO konstrukció keretében valósítottuk meg.
Az ESCO típusú hosszabb távú szolgáltatási szerződéssel nem kellett a beruházást megfinanszírozni, így a megtakarításból fedezhető nemcsak a beruházás, hanem az új rendszer karbantartása, esetleges javítása, illetve a rendszer működési garanciája is. Önerő igénybevétele nélkül valósult meg, az ESCO cég a szerződés időtartama alatt felel a rendszer üzemeltetési, javítási- és karbantartási munkáinak elvégzéséért és az energia-megtakarítás megvalósulásáért. A megtakarítás egy része már az első években a felhasználónál marad. A projekt megvalósításának és hosszú távú üzemeltetésének teljes kockázata az ESCO cégnél van.
Az Opel számára garantáltan megtakarítást biztosít éves szinten a korábbi földgáz-, villamos energia- és vízfogyasztáshoz képest.

Az energia megtakarítási projekt hozzájárulása a virtuális erőmű építéséhez
Fentiek alapján a felújítás eredményeként 4 523 MWh/év fűtési energia megtakarítás prognosztizálható.
A hőfogyasztás-megtakarítás hozzájárulása a virtuális erőmű építéséhez:
PVEP = (QVE × η)/τCS = (4 523 MWh × 50%)/3660 h = 618 kW ahol:
PVEP – a VEP szempontjából értékelt villamos teljesítménycsökkenés,
QVE – a teljesítményszámítás alapját képező hőenergia-megtakarítás,
η – átlagos erőművi hatásfok
τCS – erőművi éves csúcskihasználási üzemóra szám (183 nap, 20 óra = 3660 h/fűtési idény)
Ezen kívül még 1587 MWh villamosenergia-megtakarítás is jelentkezik.
Összességében az energia-megtakarítási projektek 888 kW értékkel járulnak hozzá a virtuális erőmű építéséhez és az üzem áram és gázfogyasztása a régi állapothoz viszonyítva összességében 6110 MWh-val csökkent.

Köszönetnyilvánítás
A cikk elkészítéséhez segítséget nyújtott Schmidt Péter, a cég gyári szolgáltatásokért felelős területi menedzsere, amiért köszönetünket fejezzük ki.

Polgár Győző1, Bíró Sándor, CEM2