Soluzione di software specifico per l analisi ed il monitoraggio di consumi energetici,motivi e vantaggi

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1 Soluzione di software specifico per l analisi ed il monitoraggio di consumi energetici,motivi e vantaggi Carlo Marchisio,Davide Gasparini (Rockwell Automation) Gennaro Carbone(inControl) Sommario Le aziende utilizzatrici di energia e la situazione di mercato La giustificazione degli investimenti per l analisi dei consumi Le soluzioni per l ottimizzazione dei costi energetici Le motivazioni per analizzare i consumi elettrici Parole Chiave PEMS (Power Energy Management Solutions), RS Energy Metrix, Ottimizzazione dell energia, Dove investire,

2 A1)Le aziende utilizzatrici di energia e la situazione di mercato L attuale situazione di bassa crescita o addirittura stagnazione economica a livello mondiale sta spingendo sempre più le aziende produttrici a ricercare modi per ridurre i costi legati alla produzione. Questo scenario ha originato crescente attenzione sulla necessità di un utilizzo più efficiente dell energia, essendo questo uno dei fattori che influenzano sensibilmente l obiettivo generale di riduzione dei costi. L attenzione sul ridurre i consumi energetici diventa un elemento chiave per le aziende, in quanto il costo dell energia sta diventando molto sensibile alla situazione di caduta del monopolio con le relative fluttuazioni di prezzo. In aggiunta una cosa è certa: l utilizzo dell energia è destinato ad incrementarsi sempre più nel mondo produttivo per diverse ragioni, quali evoluzione di molti processi dalla pura meccanica verso un sempre maggior utilizzo di apparecchiature elettriche/elettroniche ed un crescente utilizzo dell Information Technology nei reparti produttivi. I bisogni energetici variano a seconda del tipo di industria e di processo produttivo. Nelle industrie che sono più orientate al costo del prodotto, quali per esempio siderurgia, carta o processo chimico, il costo dell energia è visto come una variabile chiave nell economia dei costi. In settori industriali più orientati all affidabilità del prodotto come semiconduttori e farmaceutico l energia è considerata come una variabile legata alla qualità del processo e pertanto direttamente influenzante sulla qualità del prodotto finale. In ogni caso comunque la spinta alla riduzione dei costi dell energia deve coesistere con la necessità da parte delle aziende di un continuo miglioramento della produttività, risultandone così un equilibrio molto precario e difficile da mantenere, situazione nella quale molte aziende risultano fortemente penalizzate. A2) Le motivazioni per analizzare i consumi elettrici Stiamo considerando quindi che l energia sta diventando una componente strategica del business delle aziende produttrici, che sempre maggiormente dovranno sviluppare una politica energetica atta a ridurre la domanda e a negoziare condizioni favorevoli con le Utilities. Inoltre a causa della competitività dei mercati sarà sempre più importante per le Aziende intraprendere iniziative in ambito gestione dell energia e varare piani per scopi diversi, ma parimente importanti: determinare l incidenza dei costi energetici per unità prodotta conoscere la capacità della propria infrastruttura elettrica di sopportare incrementi produttivi senza andare incontro a interruzioni energetiche impreviste salvaguardare gli asset produttivi da morti premature imputabili a cattiva qualità dell energia, sovraccarichi, interruzioni, evitando in questo modo di andare incontro a costi imprevisti. 2

3 Per la gran parte delle installazioni l elettricità è misurata solo in un punto: il contatore della società distributrice. In questa situazione attribuire i costi (cost allocation) dell energia alle specifiche attività aziendali può essere estremamente difficile, noioso o inutile perché ci si basa solo sulla lettura dei consumi Kwhr del singolo contatore. Analizzare i consumi partendo dalle misure effettuate con un numero sufficiente di misuratori distribuiti in vari punti significativi, fornisce invece delle informazioni assai utili sul dove, come e quando l energia viene utilizzata. Con tali informazioni disponibili coloro che gestiscono l energia sono molto meglio attrezzati per prendere decisioni che riguardano l efficienza ed il risparmio di energia elettrica. Sorprendentemente le società che distribuiscono l energia elettrica indicano che solo il 2%-5% (dati USA) delle aziende industriali monitorizzano i consumi, anche se è opinione diffusa che l analisi dei consumi permetta risparmi di alcuni punti percentuali. Ecco allora i cinque validi motivi per misurare analizzare i consumi elettrici: 1. Verifica della bolletta elettrica 2. Allocare i costi dell energia e responsabilizzare le unità aziendali 3. Determinare l efficienza di apparecchaiture e sistemi 4. Identificare problemi su apparecchiature e processi 5. Scoprire eventuali opportunità di risparmi energetici Controllo della bolletta elettrica Errori nella bolletta elettrica sono sempre possibili, ma normalmente questo documento è uno dei pochi che sono accettati in fede dagli utenti. Mese dopo mese le bollette arrivano e sono pagate da personale amministrativo che al massimo può verificare che esistano errori di tipo aritmentico. Considerati invece i milioni di Euro pagati in energia anno dopo anno dagli utilizzatori industriali, il fatto di scovare anche solo un piccolo errore (ad esempio sulla voce degli addebiti relativi alla massima potenza utilizzata) potrebbe ripagare in un solo momento i costi di un investimento per un sistema di monitoraggio dei consumi. Inoltre, anche in assenza di errori, il fatto stesso di avere installato un sistema di monitoraggio rafforza automaticamente la posizione negoziale nei confronti del fornitore di energia. Responsabilizzare le unità aziendali ed allocare i costi dell energia Uno dei dogmi di una buona contabilità industriale è conoscere come si ripartiscono i costi di produzione sul costo finale del prodotto. Manodopera, materie prime, capitale investito in attrezzature, manutenzione e spese di struttura sono spesso incluse nei calcoli del costo di produzione. Tuttavia il costo dell energia elettrica non è quasi mai direttamente incluso nel costo del prodotto ed è raro per i responsabili di produzione sapere quanti kwhr (o centesimi di Euro) sono utilizzati per produrre un dato prodotto. L esigenza di assegnare comunque i costi dell energia esiste e si traduce in alcuni criteri quali per esempio allocare i costi sulla base di parametri come i metri quadrati di superficie, il numero di dipendenti, la capacità del sistema di distribuzione elettrico. E evidente che tali metodi hanno lo svantaggio di spalmare eventuali risparmi di energia propri di un area specifica dello 3

4 stabilimento, su tutto l impianto. Di conseguenza essi non forniscono alcun incentivo ai reparti per il risparmio di energia. Inoltre questi metodi non forniscono praticamente alcuno strumento per pianificare future azioni volte all efficienza energetica. Sfortunatamente l efficienza dell uso dell energia non è tra i criteri prioritari con i quali si valutano le prestazioni in azienda. In molti casi ciò è dovuto alla mancanza di informazioni. Allocare mensilmente i costi dell energia ai reparti può fornire degli standard in base ai quali i risultati delle varie unità possono essere misurati. Far diventare l efficienza energetica un fattore presente nei resoconti annuali di performance aziendali può portare a risparmiare un paio di punti percentuali sulle spese, semplicemente con l adozione di musure spontanee quali lo spegnimento delle luci, dei sistemi HVAC (riscaldamento, aria condizionata e ventilazione), dei macchinari inutilizzati, dell eliminazione di perdite di aria compressa. L efficienza di apparecchiature e sistemi nella fabbrica L unico modo affidabile per sapere se l efficienza energetica di apparati produttivi è accettabile, è di procedere ad effettuare opportune misurazioni. Avendo dei misuratori posizionati strategicamente sui circuiti che alimentano le apparecchiature principali, si possono realizzare sistemi di misurazione che consentono di valutare l efficienza e di varare provvedimenti atti a migliorarla. Per la gran parte dei casi altrimenti i soli strumenti per valutare l efficienza di una macchina o di un sistema produttivo sono le specifiche costruttive ed i dati dichiarati del fornitore, dati che spesso mancano o non rappresentano con sufficiente precisione la realtà. Anche quando i dati sono disponibili spesso non sono comprensibili in modo intuitivo. Si parla ad esempio di kwh/mese o anno e non, ad es. KWh/pezzo o per tonnellata, metodi questi ultimi che permetterebbero di tenere traccia in modo chiaro di azioni correttive intraprese. Identificare problemi su apparecchiature e processi Monitorare i consumi di energia su apparati e processi può fornire utili informazioni di allarme su cambiamenti in atto di tipo non desiderato. Prendiamo per esempio un azionamento a velocità variabile che sia impostato sulla velocità massima e lasciato inavvertitamente in tale condizione: sarebbe impossibile accorgersi del problema a livello generale, ma con un sistema di misura dettagliato si potrebbe rilavare che la produzione in quell area non è aumentata, ma lo sono inspiegabilmente i consumi di energia. La diagnosi anticipata di molti problemi ad apparati o processi può essere una conseguenza della monitorizzazione dei consumi, ad esempio: Scambiatori lasciati accesi in impianti di raffreddamento Filtri intasati su compressori d aria Attriti eccessivi dovuti a logoramento di parti o mancanza di lubrificazione in motori, sistemi meccanici su cuscinetti, ingranaggi Guasti al sistema di controllo che comporta un funzionamento continuo o inappropriato degli apparati Esaminare le opportunità per il risparmio energetico Monitorare i consumi può aiutare a tener traccia di opportinità di risparmi dando risposte alle seguenti domande: 4

5 Indagine su chi usa l energia e come la usa? Si possono identificare gli utilizzatori principali di energia (reparti o processi) e ricavare informazioni importanti sul profilo orario dei carichi e quanto è l associata potenza prelevata Rispetto a che cosa ci sono risparmi energetici? Un vantaggio dei sistemi di analisi delle utenze elettriche è fornire una documentazione ben fatta e dettagliata degli schemi di utilizzo dell energia. Molti progetti di riduzione costi mancano della necessaria chiarezza riguardo ai risparmi attesi, perché le stime iniziali erano incomplete e legate a misure occasionali che non tenevano conto di fattori quali periodicità e stagionalità. Per ottenere risultati certi occorre essere ben consapevoli del punto di partenza. A3) La giustificazione degli investimenti per l analisi dei consumi Può essere difficile giustificare economicamente gli investimenti in sistemi di misuratori prima di avere ottenuto dei risparmi o dei miglioramenti di produttività. I progetti di monitoraggio/analisi dell energia devono competere per il finanziamento con altri progetti che spesso sono percepiti come più direttamente attinenti al business delle aziende, anche perché sono più mirati a ridurre i costi piuttosto che ad aumentare la produzione. Per questo può essere spesso difficile ottenere il via libera al progetto di monitoraggio/analisi energia da parte dei livelli direzionali coinvolti. Gli Energy Manager tipicamente hanno aspettative elevate in merito ai risparmi ottenibili da questo tipo di investimenti, ma è praticamente impossibile identificare con precisione ed in anticipo dove sono nascosti i possibili risparmi e quanta energia può essere risparmiata. E del tutto evidente che se questo tipo di informazione fosse facilmente identificabile, tutti gli investimenti necessari sarebbero stati già effettuati da tempo. Per schematizzare si può dire che i risparmi ottenibili in questo campo si possono suddividere generalmente in tre categorie: Risparmi indotti dal semplice fatto di effettuare delle misure Comunicare al personale di un azienda che si inizia a misurare in dettaglio l energia elettrica utilizzata può avere un effetto indotto di aumentare la consapevolezza dei singoli sull uso di tale energia e comportare quindi un maggior livello di attenzione ad eventuali cause di spreco. Il ragionamento che sta dietro a tali comportamenti è se qualcuno si prende il disturbo di fare delle misure, la cosa deve essere importante. Benché tali risultati possano essere non trascurabili, può essere difficile quantificare esattamente tali risparmi, perchè le azioni di miglioramento che sono alla base di essi si completano prima che dati storici validi siano disponibili e prima che i meccanismi di allocazione dei costi e di controllo siano attivati. Risparmi generati da un miglior sistema di controllo dei costi energetici Risparmi di energia possono essere ottenuti se i capi funzione/reparto/unità produttiva sono resi responsabili di controllare i costi dell energia. Inoltre misurare accuratamente i costi energetici può evidenziare che le decisioni prese dalla produzione e dalla gestione e non solo quelle dell Energy Manager giocano un ruolo significativo nel costo complessivo dell energia per l azienda. 5

6 Risparmi generati dall automazione Ulteriori risparmi di energia possono essere ottenuti automatizzando parte dell impianto e collegando il controllo del processo a variabili legate all energia. Per esempio pensiamo ad una fabbrica con varie linee che operano in parallelo con varie macchine attive allo stesso tempo. In caso di picchi di domanda il sistema automatizzato può, mediante opportune segnalazioni ai conduttori dell impianto, contribuire a contenere i costi senza penalizzare la produttività, mediante lo stacco momentaneo di alcune macchine il cui funzionamento non è critico, evitando che si superino i livelli massimi di consumo istantaneo. E noto infatti che per effetto della struttura tariffaria che penalizza le utenze con punte elevate di consumo, possono verificarsi casi in cui a pari consumi totali (kwh) in un dato intervallo di fatturazione, possono corrispondere importi molto diversi a causa delle tariffe differenziate relative alla massima domanda (kw). A4) Le soluzioni per l ottimizzazione dei costi energetici Hardware e software di un sistema di monitoraggio ed analisi possono variare di molto a seconda del tipo di progetto. Un sistema può essere composto di svariate e sofisticate funzioni con misuratori automatizzati ed intelligenti installati presso la sottostazione principale ed i punti di distribuzione, oppure può essere composto di numerosi più semplici strumenti sparsi in modo opportuno per avere informazioni su ogni carico significativo. Di per se stessa una rete di misura non rappresenta un risparmio, ma anzi costituisce un investimento. Di conseguenza per avere un ritorno occorre integrare il sistema di musura con un sistema di analisi e di supporto alla decisione, introducendo successivamente appropriate procedure. I seguenti passi sono quindi fondamentali: Tenere registrazioni presuppone la creazione di una base dati di letture di energia Analizzare i dati Trend, analisi dei picchi, analisi dei costi, cost allocation, analisi della qualità dell energia Prendere azioni correttive - Negoziare nuove condizioni con gli enti erogatori di energia, manutenzione preventiva, incentivazione delle prestazioni. Tipica architettura di un sistema di misura ed analisi dell energia può essere la seguente: 6

7 Local Client Server Remote Client PM1000 PM1000 Local Client WAN / Intranet / Internet Local Client Energy Costs 3rd Party PM1000 PM1000 PM1000 La figura rappresenta un sistema completo di misura con misuratori connessi in rete di comunicazione verso un sistema gestionale dell energia basato su PC in architettura client/server. A titolo esemplificativo delle funzionalità e potenzialità di un sistema di gestione dell energia si fa riferimento alla soluzione RSEnergy Metrix di Rockwell Automation, che fa parte dell architettura PEMS (Power & Energy Management Solutions). RSEnergy Metrix è un ambiente software per la gestione dell energia in grado di acquisire dati real-time dai misuratori installati sui punti critici della rete elettrica, di gestire applicazioni in modalità client-server ed è basato sulla tecnologia di rete distribuita Microsoft.NET TM. Mediante tale soluzione è possibile acquisire, analizzare, archiviare e condividere dati relativi all energia attraverso l intera struttura aziendale utilizzando reti LAN o WAN con l utilizzo di un semplice browser. Funzionalità di RSEnergy Metrix: Correlazione dei costi dell energia con i costi di produzione Fornisce un accurata contabilità dei costi basata sui consumi energetici Genera report/grafici relativi all energia per processo, reparto, fabbrica o intera azienda Ottimizza il processo di acquisto dell energia fornendo all Energy Manager supporti per la decisione Prende decisoni sulla capacità dell infrastruttura elettrica Consente di prevenire interruzioni di energia non previste Analizza la qualità dell energia acquistata 7

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