การควบคุมค่าไฟฟ้าในโรงงานผลิตมีแนวทางอย่างไร?

ในภูมิทัศน์อุตสาหกรรมสมัยใหม่ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานถือเป็นความจำเป็นทางการเงินที่สำคัญ ภาคอุตสาหกรรมเป็นผู้บริโภคพลังงานที่จัดส่งรายใหญ่ที่สุดทั่วโลก จากข้อมูลของ สำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานของสหรัฐอเมริกา (EIA) ภาคอุตสาหกรรมคิดเป็นประมาณ 54% ของการใช้พลังงานที่จัดส่งทั่วโลก โดยไฟฟ้ามักจะถือเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ใหญ่ที่สุดเป็นอันดับสอง (OPEX) สำหรับโรงงานผลิต รองจากวัตถุดิบ [1]

การควบคุมต้นทุนเหล่านี้จำเป็นต้องเปลี่ยนจากการชำระบิลแบบปฏิกิริยาไปเป็นการ จัดการพลังงานเชิงกลยุทธ์ (SEM) เชิง รุก แนวทางนี้ใช้ประโยชน์จากการวิเคราะห์ข้อมูลแบบละเอียดและฮาร์ดแวร์ขั้นสูงเพื่อปรับ ความเข้มของพลังงาน ให้เหมาะสม (พลังงานที่ใช้ต่อหน่วยการผลิต)

ตามที่ระบุไว้โดย สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ในรายงานประสิทธิภาพ 'ประสิทธิภาพการใช้พลังงานคือ 'เชื้อเพลิงลำดับแรก': เป็นแหล่งความต้องการพลังงานที่หลีกเลี่ยงได้ที่ใหญ่ที่สุดแหล่งเดียว' [2]

I. รากฐาน: การตรวจสอบแบบละเอียดและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์

ค่าสาธารณูปโภครายเดือนแบบเดิมมีตัวบ่งชี้ความล่าช้าไม่เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริง ขั้นตอนแรกในการควบคุมต้นทุนคือการสร้างการมองเห็นแบบเรียลไทม์ผ่าน Industrial Internet of Things (IIoT) เซ็นเซอร์

ก้าวข้ามมิเตอร์หลัก

โรงงานสมัยใหม่ต้องใช้การวัดย่อยที่ระดับสินทรัพย์เพื่อระบุ 'หมูพลังงาน' ที่เฉพาะเจาะจง

• การบูรณาการ SCADA: ข้อมูลพลังงานจะต้องป้อนเข้าสู่ Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) ระบบ สิ่งนี้สัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของพลังงานกับรอบการผลิตเฉพาะ

• การสร้างบรรทัดฐานด้วย ISO 50001: การใช้ระบบการจัดการพลังงานที่มีโครงสร้าง (EnMS) เป็นสิ่งสำคัญ ข้อมูลบ่งชี้ว่าโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้มาตรฐาน ISO 50001 สามารถบรรลุการปรับปรุงตั้งแต่เนิ่นๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ

'ผู้ที่นำมาตรฐาน ISO 50001 มาใช้ในช่วงแรกๆ ได้รายงานการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานสะสมตั้งแต่ 10% ขึ้นไปภายใน 18 เดือนแรกของการดำเนินการ' — องค์การพัฒนาอุตสาหกรรมแห่งสหประชาชาติ (UNIDO) [3]

ครั้งที่สอง การเพิ่มประสิทธิภาพระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นปัจจัยหลักในการผลิต IEA ของ ประมาณการว่าระบบที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ามีสัดส่วนประมาณ 70% ไฟฟ้าที่ใช้ในภาคอุตสาหกรรมทั่วโลก [4] การปรับปรุงระบบเหล่านี้ให้ผลตอบแทนจากการลงทุนสูงสุด

ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) กับการควบคุมปริมาณ

ปั๊มและพัดลมจำนวนมากทำงานที่ความเร็วคงที่ โดยใช้วาล์วควบคุมเชิงกลไกที่ไม่มีประสิทธิภาพเพื่อจำกัดเอาท์พุต นี่เป็นการสิ้นเปลืองอย่างมาก

• วิธีแก้ปัญหา: VFD จะปรับความถี่ไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ โดยควบคุมความเร็วให้ตรงกับความต้องการโหลดที่แน่นอน

• ฟิสิกส์ (กฎความสัมพันธ์): ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของปั๊ม/พัดลมและการใช้พลังงานคือลูกบาศก์ ดังนั้นการลดความเร็วเล็กน้อยจะส่งผลให้การใช้พลังงานลดลงอย่างมาก

การประหยัดพลังงานตามทฤษฎีด้วยการลดความเร็วสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎความสัมพันธ์ที่สาม:

P(ใหม่) / P(เก่า) = (N(ใหม่) / N(เก่า))⊃3;

ที่ไหน:

• P = การใช้พลังงาน

• N = ความเร็วมอเตอร์ (RPM)

ตัวอย่าง: การลดความเร็วมอเตอร์ลงเพียง 20% (ทำงานที่ความเร็ว 80%) ส่งผลให้การใช้พลังงานลดลงเหลือประมาณ 51% ของค่าเดิม (0.8⊃3; = 0.512)

III. การจัดการด้านอุปสงค์ (DSM)

ค่าไฟฟ้าอุตสาหกรรมประกอบด้วย ค่าธรรมเนียมการใช้ (kWh) และ ค่าความต้องการ (kW ) ค่าบริการตามความต้องการจะขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉลี่ยสูงสุดที่บันทึกไว้ในช่วงเวลาที่กำหนด (ปกติคือ 15 นาที) ภายในรอบการเรียกเก็บเงิน

จากข้อมูลของ ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL) ค่าใช้จ่ายความต้องการสามารถคิดเป็น 30% ถึง 70% ของค่าไฟฟ้าทั้งหมดของลูกค้าเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม ขึ้นอยู่กับภูมิภาคและโครงสร้างภาษี [5]

กลยุทธ์การโกนสูงสุดและการเปลี่ยนภาระ

เพื่อลดค่าใช้จ่ายความต้องการ โรงงานจะต้องปรับโปรไฟล์การรับน้ำหนักให้เรียบลง

• การเปลี่ยนโหลด: การจัดกำหนดการกระบวนการแบทช์ที่ใช้พลังงานมาก (เช่น เตาอาร์กหรือเครื่องบดขนาดใหญ่) ใหม่เป็นชั่วโมงที่มีการใช้งานน้อย เมื่อ อัตราภาษี เวลาการใช้งาน (TOU) ต่ำลง

• ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS): การใช้แบตเตอรี่ในสถานที่เพื่อคายพลังงานในช่วงที่มีช่วงพีค ซึ่งช่วย 'ลด' ความต้องการสูงสุดที่ผู้ให้บริการสาธารณูปโภคมองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ

มุมมองเชิงแนวคิดเกี่ยวกับผลกระทบจากการโกนสูงสุด:

ตารางต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนย้ายสิ่งของ (เช่น เครื่องบดขนาดใหญ่) ออกจากช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด (14:00-16:00 น.) จะช่วยลดค่าใช้จ่ายความต้องการสูงสุดได้อย่างไร แม้ว่าปริมาณการใช้ kWh รายวันทั้งหมดจะยังคงเท่าเดิมก็ตาม

ช่วงเวลา	โหลดฐาน (MW)	โหลดกระบวนการ (MW)	ความต้องการรวม (เมกะวัตต์)
10.00 - 12.00 น	5.0	0	5.0
12:00 - 14:00 น. (ช่วงพีค)	6.0	4.0 (วิ่ง)	10.0 (ชุดค่าบริการสูงสุดรายเดือน)
14:00 - 16:00 น	5.5	0	5.5
--- VS. โหลดเลื่อน ---
12:00 - 14:00 น. (ช่วงพีค)	6.0	0 (เลื่อน)	6.0
20:00 - 22:00 น. (นอกฤดูท่องเที่ยว)	4.0	4.0 (วิ่ง)	8.0 (จุดสูงสุดใหม่)

IV. คุณภาพไฟฟ้า: การแก้ไขตัวประกอบกำลัง

Power Factor (PF) เป็นตัววัดประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ว่ากำลังไฟฟ้าขาเข้าถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด

บทลงโทษของ PF ต่ำ

โหลดอุปนัย (มอเตอร์ หม้อแปลง) สร้าง พลังงานปฏิกิริยา (kVAR ) พลังงานนี้ช่วยรักษาสนามแม่เหล็กแต่ไม่ได้ทำงานที่เป็นประโยชน์ แต่ก็สร้างภาระให้กับโครงข่ายไฟฟ้า

• บทลงโทษ: หาก PF ของโรงงานลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด (โดยทั่วไปคือ 0.95 หรือ 0.90) ระบบสาธารณูปโภคจะเรียกเก็บค่าธรรมเนียมเพิ่มเติมจำนวนมาก

• การคำนวณ: ตัวประกอบกำลังคืออัตราส่วนของกำลังจริงต่อกำลังที่ปรากฏ

PF = กำลังจริง (kW) / กำลังไฟฟ้าปรากฏ (kVA)

• กลยุทธ์การแก้ไข: การติดตั้ง ธนาคารตัวเก็บประจุ ที่บัสหลักหรือโหลดอุปนัยขนาดใหญ่ใกล้เคียงจะให้พลังงานปฏิกิริยาที่จำเป็นในพื้นที่ เพิ่มอัตราส่วน PF ไปที่ 1.0 และขจัดบทลงโทษด้านสาธารณูปโภค

V. การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ (PdM) เป็นกลยุทธ์ด้านพลังงาน

อุปกรณ์ที่เสื่อมสภาพจะใช้พลังงานมากขึ้นในการทำงานแบบเดียวกัน วิธีการบำรุงรักษาเชิงรับส่งผลให้สินทรัพย์ทำงานไม่มีประสิทธิภาพเป็นเวลาหลายเดือนก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว

• การรั่วไหลของอากาศอัด: อากาศอัดถือเป็นประโยชน์ที่มีราคาแพงที่สุดในการผลิต สถาบัน อากาศอัดและก๊าซ (CAGI) ระบุว่าโรงงานอุตสาหกรรมโดยเฉลี่ยสูญเสียอากาศที่ผลิตได้ในเปอร์เซ็นต์ที่น่าตกใจเนื่องจากการรั่วไหล

'ในระบบที่มีอยู่จำนวนมาก 20 ถึง 30% ของการสร้างอากาศอัดสูญเสียไปเนื่องจากการรั่วไหล... โปรแกรมการตรวจจับและซ่อมแซมการรั่วไหลในเชิงรุกถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมพลังงาน' — สถาบันอากาศอัดและก๊าซ (CAGI) [6]

• การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน: การใช้ PdM เพื่อตรวจจับการวางแนวที่ไม่ตรงในระบบขับเคลื่อนถือเป็นสิ่งสำคัญ ข้อต่อมอเตอร์ที่ไม่ตรงแนวจะช่วยเพิ่มการสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานและการดึงกระแสของมอเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ

อ้างอิง:

1. สำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานของสหรัฐอเมริกา (EIA) แนวโน้มพลังงานระหว่างประเทศปี 2023

2. สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) รายงานประสิทธิภาพการใช้พลังงานปี 2022

3. องค์การพัฒนาอุตสาหกรรมแห่งสหประชาชาติ (UNIDO) หมายเหตุการบรรยายสรุประบบการจัดการพลังงาน ISO 50001

4. สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) โอกาสนโยบายประสิทธิภาพพลังงานสำหรับระบบขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า

5. ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (NREL) การระบุตลาดที่มีศักยภาพสำหรับการจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่หลังมิเตอร์: การสำรวจค่าธรรมเนียมอุปสงค์ของสหรัฐอเมริกา [6] สถาบันอากาศอัดและก๊าซ (CAGI) คู่มือประสิทธิภาพอากาศอัด

---

พร้อมที่จะอัพเกรดระบบปั๊มของคุณแล้วหรือยัง? ติดต่อเราตอนนี้เพื่อรับคำปรึกษาฟรี เรามาค้นหาสิ่งที่ลงตัวกับอุตสาหกรรมของคุณกันดีกว่า