จะลดการใช้พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

ปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมคิดเป็นประมาณ 38% ของการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายทั่วโลก และ 24% ของการปล่อย CO₂ [1] เนื่องจากความผันผวนของพลังงานยังคงมีอยู่ การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทางอุตสาหกรรมจึงไม่ใช่แค่เป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมอีกต่อไป แต่ยังเป็นความจำเป็นทางการเงินอีกด้วย

กลยุทธ์ทางเทคนิคต่อไปนี้ใช้หลักการทางอุณหพลศาสตร์และการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อลดการใช้พลังงาน ซึ่งสนับสนุนโดยเกณฑ์มาตรฐานและสูตรทางอุตสาหกรรม

1. นำมาตรฐาน ISO 50001 และระบบการจัดการพลังงาน (EnMS) ไปปฏิบัติ

การสร้างพื้นฐานเป็นขั้นตอนแรกในการเพิ่มประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ หากไม่มีการวัดที่แม่นยำ ประสิทธิภาพเป็นเพียงทางทฤษฎีเท่านั้น

• กรอบการทำงาน: ISO 50001 จัดทำกรอบการทำงานที่เป็นมาตรฐานสำหรับการบูรณาการประสิทธิภาพพลังงานเข้ากับแนวทางการจัดการ

• ผลกระทบเชิงปริมาณ: ตาม รายงานของ รัฐมนตรีพลังงานสะอาด (CEM) สิ่งอำนวยความสะดวกที่ใช้มาตรฐาน ISO 50001 มักจะได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานสะสม 10% หรือมากกว่า ภายใน 18 เดือนแรก [2]

• สูตรสำหรับความเข้มข้นของพลังงาน (EI): เพื่อติดตามความคืบหน้า โรงงานต้องติดตามความเข้มข้นของพลังงานสัมพันธ์กับปริมาณการผลิต:

  EI = E(ทั้งหมด) / P(เอาท์พุท)

  โดยที่ E(total) คือพลังงานทั้งหมดที่ใช้ (kWh หรือ GJ) และ P(output) คือหน่วยการผลิต (ตัน/หน่วย)

'ประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นมาตรการเดียวที่ใหญ่ที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการเติบโตของความต้องการพลังงานในสถานการณ์การปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์' — สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) แนวโน้มพลังงานโลกปี 2023

2. เพิ่มประสิทธิภาพระบบมอเตอร์ไฟฟ้า (VFD)

ระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า (EMDS) เป็นการใช้ไฟฟ้าเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุด โดยสิ้นเปลืองเกือบ 70% ของไฟฟ้าอุตสาหกรรมทั้งหมด [3]

• ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD): การควบคุมความเร็วมอเตอร์ (RPM) ตรงกับข้อกำหนดโหลดมากกว่าการควบคุมเอาต์พุต

• ฟิสิกส์ของการออม (กฎความสัมพันธ์): สำหรับปั๊มหอยโข่งและพัดลม ความสัมพันธ์ระหว่างกำลัง (P) และความเร็ว (n) คือลูกบาศก์ การลดความเร็วลงเล็กน้อยทำให้ประหยัดพลังงานได้มาก:

  P1 / P2 = (n1 / n2)⊃3;

  ตัวอย่าง: การลดความเร็วมอเตอร์ลงเพียง 20% (n2 = 0.8 × n1) ส่งผลให้มีการใช้พลังงานเพียง 51.2% ของโหลดเดิม (0.8⊃3; หยาบคาย 0.51)

• มาตรฐานประสิทธิภาพ: อัปเกรดเป็น มอเตอร์ NEMA Premium (IE3) หรือ Super Premium (IE4) ซึ่งลดการสูญเสียลง 15-30% เมื่อเทียบกับรุ่นมาตรฐาน

3. ระบบการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ (WHR)

ความไร้ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์มักแสดงออกมาว่าเป็นการสูญเสียความร้อน กระทรวง พลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) ประมาณการว่า 20% ถึง 50% ของพลังงานอุตสาหกรรมที่ป้อนเข้าไปจะสูญเสียไปเป็นความร้อนเหลือทิ้งในก๊าซไอเสีย น้ำหล่อเย็น และพื้นผิวที่ให้ความร้อน [4]

• การใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน: ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อหรือแบบแผ่นเพื่อถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากไอเสียไปยังอากาศเข้าหรือน้ำป้อน

• สูตรพลังงานความร้อน: อัตราความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของมวลและความจุความร้อนจำเพาะ:

  Q = ม. × Cp × ΔT × η

  โดยที่ m คืออัตราการไหลของมวล Cp คือความร้อนจำเพาะ ΔT (Delta T) คือส่วนต่างของอุณหภูมิ และ η (eta) คือประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

• การใช้งาน: การนำความร้อนกลับมาจากปล่องก๊าซไอเสียของหม้อไอน้ำที่อุณหภูมิ 200°C เพื่ออุ่นอากาศที่เผาไหม้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพหม้อไอน้ำได้ประมาณ 1% ทุกๆ 20°C ในอุณหภูมิปล่องที่ ลดลง

4. การเพิ่มประสิทธิภาพระบบอัดอากาศ

อากาศอัดได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็น 'ประโยชน์ประการที่สี่' แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพอย่างฉาวโฉ่ โดยประสิทธิภาพของระบบโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 10–15%.

• พลวัตของการรั่วไหล: สถาบัน อากาศอัดและก๊าซ (CAGI) ตั้งข้อสังเกตว่าโรงงานโดยเฉลี่ยสูญเสีย 20% ถึง 30% เนื่องจากการรั่วไหล [5] การผลิตอากาศอัด

• การคำนวณต้นทุนการรั่วไหล: การสูญเสียพลังงานจากรู (รั่ว) สามารถประมาณได้โดย:

  P(สูญเสีย) หยาบคาย C × A × P(เส้น)

  โดยที่ A คือพื้นที่ของการรั่วไหล และ P(line) คือแรงดันของเส้น

• กลยุทธ์การดำเนินการ: ลดแรงกดดันของระบบ การลดแรงดันจ่ายออก 2 psig (0.14 บาร์) ลดการใช้พลังงานลง 1%.

5. ใช้ประโยชน์จาก IIoT และการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์

การเปลี่ยนจากเชิงป้องกันไปสู่ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ (PdM) โดยใช้อินเทอร์เน็ตในทุกสิ่งทางอุตสาหกรรม (IIoT) จะป้องกัน 'การเคลื่อนตัวของประสิทธิภาพ'

• เซ็นเซอร์อัจฉริยะ: การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนและการถ่ายภาพความร้อนสามารถตรวจจับเพลาที่ไม่ตรงหรือแบริ่งที่สึกหรอซึ่งทำให้มอเตอร์ดึงกระแสไฟฟ้าส่วนเกิน

• ข้อมูลอุตสาหกรรม: รายงานโดย McKinsey & Company ระบุว่าการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI สามารถลดการหยุดทำงานของเครื่องจักรได้ 30-50% และยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรได้ 20-40% ซึ่งสัมพันธ์โดยตรงกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ยั่งยืน [6]

การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: ROI ของการแทรกแซงด้านพลังงาน

ตารางต่อไปนี้สรุปผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) โดยทั่วไปโดยอิงตามข้อมูลจาก Carbon Trust :

ประเภทการแทรกแซง	ศักยภาพในการประหยัดพลังงาน	ระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไป	ความซับซ้อน
การตรวจจับและซ่อมแซมรอยรั่ว	20% - 30% (ของค่าอากาศ)	< 6 เดือน	ต่ำ
ชุดติดตั้งเพิ่มระบบไฟ LED	50% - 75% (ของแสงสว่าง)	1 - 2 ปี	ต่ำ
การติดตั้งวีเอฟดี	15% - 50% (ของพลังงานมอเตอร์)	1 - 3 ปี	ปานกลาง
การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่	10% - 20% (ของน้ำมันเชื้อเพลิง)	2 - 4 ปี	สูง

อ้างอิง

[1] สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) 'อุตสาหกรรมการติดตามปี 2023' กันยายน 2023

[2] รัฐมนตรีกระทรวงพลังงานสะอาด (CEM) , 'รายงานรางวัลผู้นำการจัดการพลังงาน' 2019

[3] คณะกรรมาธิการยุโรป , 'ระบบมอเตอร์ไฟฟ้า: ประสิทธิภาพและกฎระเบียบ' 2022

[4] กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE) 'การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่: เทคโนโลยีและโอกาสในอุตสาหกรรมของสหรัฐอเมริกา'

[5] สถาบันอากาศอัดและก๊าซ (CAGI) , 'เอกสารข้อเท็จจริงเกี่ยวกับระบบอากาศอัด'

[6] McKinsey & Company 'การผลิต: การวิเคราะห์ปลดปล่อยประสิทธิภาพการผลิตและความสามารถในการทำกำไร' 2021

---

พร้อมที่จะอัพเกรดระบบปั๊มของคุณแล้วหรือยัง? ติดต่อเราตอนนี้เพื่อรับคำปรึกษาฟรี เรามาค้นหาสิ่งที่ลงตัวกับอุตสาหกรรมของคุณกันดีกว่า