Praktijkgids Energieboekhouding en monitoring & targeting

Transcriptie

1 1 Inleiding Monitoring & technieken Inleiding Om de energiekosten van een bedrijf te verminderen, is het essentieel dat men begrijpt hoe de energie verbruikt wordt binnen het bedrijf. Dit wil zeggen dat men voor de verschillende energiedragers weet hoeveel energie er in de verschillende processen verbruikt wordt. 2 Het opstellen van een energieboekhouding start met de opmaak van een schematisch overzicht in welke (deel)processen energie wordt gebruikt en dit voor de verschillende energiedragers (elektriciteit, aardgas, perslucht, stoom,..). Vervolgens worden alle deelstromen gekwantificeerd. Dit kan door middel van meten of door berekeningen te maken, de voorkeur gaat echter naar het meten van de deelstromen. Hoe ver men hierbij in detail wil gaan, moet per bedrijf bekeken worden: Welke energieverbruiken meet men; welke schat men op basis van berekeningen? Hoe ver gaat men bij onderverdeling naar processen / machines? Voor bepaalde processen of utilities loont het de moeite een gedetailleerde energiebalans op te stellen, bijvoorbeeld voor het stoom- en condensaatnet, voor een droger, voor de persluchtvoorziening. Een energiebalans is pas volledig als het verschil tussen ingaande en uitgaande stromen kleiner is dan 10%. Is het verschil groter, dan dient verder gezocht te worden naar de oorza(a)k(en): vergeten processen, lekken, De energiebalans wordt best duidelijk en overzichtelijk voorgesteld, het uiteindelijke resultaat is een schematisch overzicht zoals de volgende figuren: Een initiatief van: Met steun van: blz 1/8

2 INKOOP ENERGIE: elektra, aardgas, gasolie, water, industriële gassen elektra aardgas water gasolie 26% elektra aardgas water UTILITIES 32% elektra aardgas water gasolie gassen 42% heet water koelwater 20% perslucht stoom heet water vacuüm proceswater 12% GEBOUWEN: verlichting, HVAC, inrichting 46% PRODUCTIE: processen A, B, C, D,... 54% FVO/nov 2010 blz 2/8

3 Energiehoeveelheden (kae-prim/jaar) kg CO 2 /jaar aardgas elektra koelw ater heet water G1 G2 G3 P1 P2 P3 U1 Gebouw en, processen, utilities Uiteraard moeten energieverbruiken van een proces ook gerelateerd worden met productiehoeveelheden. Het is slechts door het energieverbruik te relateren met de productiehoeveelheden dat men kan nagaan hoe de energie-efficiëntie evolueert. Onderstaande tabel geeft een voorbeeld hoe men voor bepaalde processen bepaald heeft wat men gaat meten PROCES Elektriciteit (kwh) Perslucht (Nm³) Gas (Nm³) Stoom (kg) Productieeenheid Rugafwerking X X X 1000 m² Extrusie X X X ton Garenververij X X ton Stukververij X X X 1000 m² Heatset X X X X ton Tuft X X X X 1000 m² Spinnerij X ton Viltlijn X X 1000 m² Compressorpark X Nm³ Stoomketels X Ton stoom Thermische olie ketel X X Uren productie FVO/nov 2010 blz 3/8

4 Eens men een voldoende betrouwbaar zicht heeft op de energieverbruiken van de verschillende processen, is de volgende stap optimaliseren: waar kan men energieverbruiken beperken? Als men energiebesparende maatregelen heeft uitgevoerd, zou men dank zij de energieboekhouding moeten kunnen bepalen wat het effect is van de genomen maatregel. 3 Monitoring & technieken We veronderstellen dat men volgens een bepaalde frequentie (wekelijks of maandelijks) over de gegevens beschikt van energieverbruik en productiehoeveelheden voor een bepaald proces of afdeling. Er kunnen vier soorten grafieken gebruikt worden binnen een M&T systeem: Energieverbruik versus Productie Specifiek energieverbruik ten opzichte van Productie CUSUM Controlekaart De eerste twee soort grafieken worden gebruikt om energiedata weer te geven en te interpreteren; de laatste twee zijn typische managementtools. Energieverbruik versus productie grafieken worden gebruikt om : De energie-efficiëntie van het proces te bepalen Energieverbruik te bepalen dat niet gelinkt is met de productie De best passende rechte geeft het verband tussen energieverbruik en de oorzaak ervan (in dit geval de productie). Als we een rechte tussen de punten in het wolkdiagram kunnen trekken, dan biedt de vergelijking van de rechte de volgende informatie: energieverbruik = m * productie + c FVO/nov 2010 blz 4/8

5 Intercept (c), de constante, is de hoeveelheid energie die wordt gebruikt, ongeacht het volume van de productie. Met andere woorden, de energie die wordt gebruikt wanneer er geen productie is. Op de grafiek vindt men dit als het punt waar de rechte de y-as snijdt. In bovenstaande figuur is dit 113,5 MWh/maand. De helling (m), het hellingspercentage van de rechte, is het specifiek energieverbruik (energieverbruik per hoeveelheid productie); het is een indicator van de energetische efficiëntie van het proces. de correlatie coëfficiënt, r, is een maatstaf in welke mate de y-variabele (het energieverbruik) relateert met de x variabele (de productiegegevens). r is een getal tussen -1 and 1, r² is begrepen tussen 0 en 1. Als r dicht bij -1 of 1 is, wil dit zeggen dat er een sterk verband is tussen x en y. De grafieken van specifiek energieverbruik versus Productie geven het specifieke energieverbruik (SEC) versus de productie. SEC wordt berekend door het energieverbruik te delen door de ermee overeenstemmende productie. De grafiek heeft meestal de vorm zoals hieronder weergegeven: specifiek energieverbruik daalt met toenemende productie. Het specifieke energieverbruik is een indicator voor het benchmarken. FVO/nov 2010 blz 5/8

6 Uit het voorbeeld blijkt duidelijk dat specifiek energieverbruik geen goede maatstaf is in het kader van monitoring en als een belangrijk deel van het energieverbruik niet gerelateerd is met de productie en het proces verloopt over een groot bereik van productiehoeveelheden. CUSUM staat voor Cumulative SUM of differences en is een techniek waarbij de som wordt berekend van het verschil tussen de voorspelde en de eigenlijke waarde voor een tijdsinterval (bijvoorbeeld dagelijks of wekelijks) en deze verschillen worden opgeteld (gecumuleerd). CUSUM wordt voor gebruikt om wijzigingen in energieperformanties te detecteren. CUSUM omhelst 4 stappen: Voorspellen van energieverbruik in functie van productiegegevens voor een vooropgezet tijdsinterval (dagelijks, wekelijks, maandelijks,...). Dit gebeurt door een statistische analyse van historische gegevens. Berekenen van het verschil tussen werkelijk en voorspeld verbruik. Sommeren van die verschillen over de verschillende tijdsperioden om de CUSUM te bekomen. CUSUM grafisch weergeven in functie van de tijd. Indien de varatie tussen energieverbruik en productie alleen maar willekeurig rond de best passende rechte zou liggen, dan zouden de verschillen tussen voorspeld en werkelijk verbruik alleen maar willeurig positief en negatief zijn. Het gecumuleerde verschil (CUSUM) zou dan in de buurt van de nul-as varieren. Indien er echter iets gebeurt dat het verband tussen energieverbruik en productie beïnvloedt, zullen de verschillen niet meer willekeurig verdeeld zijn, doch zal een trend te zien zijn. De CUSUM grafiek zal dan variëren rond een aantal rechte lijnen en elke knik in de kurve is de aanduiding van een wijziging in het energieverbruikspatroon. CUSUM grafieken kunnen natuurlijk ook geïnterpreteerd worden in het kader van energiekosten, daat elke verbetering in de energieefficiëntie zich ook vertaalt in een besparing van energiekosten (and vice versa). FVO/nov 2010 blz 6/8

7 Men kan het verschil tussen het actuele energieverbruik en het verspelde energieverbruik opvolgen door middel van een controlekaart. Dit is een bekende techniek uit kwaliteitsmanagement (SPC). Uit historische gegevens berekent men wat de normale variatie in energieverbruik is en dit wordt in grafiek weergegeven door een zone waarbinnen het verbruik normaal moet liggen. Als het werkelijk verbruik buiten de controlelimieten gaat, wil dit zeggen dat er iets aan de hand is en dat men moet nagaan wat de reden hiervan is. Indien er een fundamentele wijziging is in het patroon van het energieverbruik (bijvoorbeeld doordat men een energiebesparende maatregel heeft geïmplementeerd), moeten de controlelimieten herberekend worden! Er bestaan verschillende manieren om de performantie van een M&T systeem te verbeteren: Verbeteren van de kwaliteit van de gegevens; Verbeteren van tijdsovereenkomst van de data; Verhogen van de frequentie waarmee gegevens verzameld worden; Vermeerderen van het aantal geanalyseerde energievectoren. De eerste twee maatregelen kunnen met om het even welk systeem gerealiseerd worden; de meer gesofisticeerde maatregelen vergen het gebruik van computersystemen voor capteren en verwerken van gegevens. Op vindt men een demonstratiespreadsheet die een aantal zaken in verband met energiemonitoring en demonstreert. Alhoewel dit document de principes van monitoring en goed illustreert, zijn we het niet eens met de idee dat men een besparingspotentieel kan berekenen uit alle FVO/nov 2010 blz 7/8

8 energieverbruiken die hoger zijn dan deze weergegeven door de best passende rechte (zoals uiteengezet in picture 1 in de sheet introduction. Ruimteverwarming In deze tekst werd het energieverbruik gerelateerd met de productiehoeveelheden. Op dezelfde manier kan het warmteverbruik voor het verwarmen van een magazijn gerelateerd worden met de graaddagen. Regressie Analyse Gasverbruik Nm³ Graaddagen Frequentie van gegevensverzameling Bij een eerste implementatie van energiemonitoring en begint men er meestal mee de gegevens maandelijks te verzamelen. Het is evenwel best meer in detail te gaan en bijvoorbeeld wekelijks gegevens te verzamelen. Aldus beschikt men over meer gegevens voor de statistische analyse en deze gegevens vertonen meer spreiding dan de maandelijkse. Wekelijkse gegevens zijn ook meer gelijkwaardig dan maandelijkse: in een maand kunnen er 4 of 5 weekends vallen; in elke werkweek is er slechts één zaterdag en slechts één zondag. Als er periodes zijn dat de energievoorziening anders geregeld wordt, is het best deze gegevens NIET op te nemen in de statistische analyse (dit is bijvoorbeeld het geval als men in het weekend een deel van de stoomvoorziening of distributie uitschakelt). FVO/nov 2010 blz 8/8