Wydajność energetyczna

Wróć

Efektywność  energetyczna

jest pojęciem złożonym. Istnieje wiele wskaźników, które służą do jej określenia i analizy. Najprostsze definicje określają ją jako zbiór czynników, działań, zachowań, warunków, itp. mających wpływ na taki sposób użytkowania i wykorzystywania energii, któremu towarzyszą możliwie najmniejsze jej straty.

Na podstawie :

Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 25 października 2012 r., nr 2012/27/UE:

Są to zabiegi które możemy wykonać bez ponoszenia kosztów (nakładów).

Do przykładów takich czynności, działań możemy zaliczyć:

• Zmianę taryfy nabywanej energii (np. elektrycznej,)
• Zmiana dostawcy/operatora energii i jej nośników na inny podmiot oferujący lepsze warunki
• Racjonalizm w konsumpcji energii poprzez zmianę nawyków np. odłączanie niepotrzebnego sprzętu, wyłączenie oświetlenia w miejscach w których aktualnie się nie przebywa, pranie wyłączenie przy pełnym bębnie pralki itp..

Działania związane z poniesieniem przez podmiot kosztów/nakładów obejmują głównie modernizację:

• parku maszynowego (wymiana, naprawa urządzeń)
• instalacji energetycznych
• obiektów produkcyjnych

Modernizacja może być realizowana w różnych elementach infrastruktury gospodarstwa rolnego/domowego tj.:

Metody poprawy efektywności eksploatacji urządzeń elektrycznych

Rodzaje napędów elektrycznych

W rolnictwie największą grupą urządzeń elektrycznych są różnego rodzaju napędy.

Ze względu na rodzaj napięcia jakim są zasilane możemy je podzielić na:

• zasilane napięciem stałym (obcowzbudny – z magnesami trwałymi – bocznikowy, szeregowy, szeregowo – bocznikowy)
• zasilane napięciem przemiennym

a)trójfazowe : klatkowy, pierścieniowy lub liniowy,
b)jednofazowe : klatkowy lub komutatorowy szeregowy

• zasilane dwustronnie (synchroniczny –lub asynchroniczny-synchronizowany)
• Inne o specjalnej konstrukcji

Sposoby poprawy efektywności energetycznej eksploatowanych napędów elektrycznych

W celu zwiększenia efektywności energetycznej posiadanych przez nas napędów elektrycznych powinniśmy skupić się na zastępujących zagadnieniach:

I. Dobór silnika elektrycznego o możliwie jak najmniejszych stratach energii czyli o wysokim współczynniku sprawności

II. Stosowanie łagodnych układów rozruchowych co umożliwia częste zatrzymywanie i uruchamianie silnika oraz eliminuje zbędną pracę co generuje oszczędności

III. Wprowadzenie rozwiązań regulujących prędkość obrotową z wyłączeniem dławienia co zmniejsza zapotrzebowanie układu na moc mechaniczną a w kolejności również moc elektryczną

Dobór napędu elektrycznego

Przy wyborze silnika elektrycznego jaki chcemy zastosować do posiadanej maszyny powinniśmy wziąć pod uwagę kilka parametrów takich jak:

• czas rozruchu i jego napięcie
• sposób rozruchów i ich liczba w ciągu godziny
• warunki otoczenia pracy silnika
• parametry napędu – moc, moment napędowy, prędkość obrotowa
• obecność motoreduktorów
• regulacja wydajności napędzanego urządzenia
• regulacja prędkości obrotowej napędu
• moment bezwładności maszyny

Większość z tych danych jest możliwa do odczytania z tabliczki znamionowej napędu

Rodzaje układów rozruchowych silników elektrycznych

Do rozruchu napędów elektrycznych mogą być stosowane następujące rozwiązania:

I. Rozruch bezpośredni – stosowany jedynie w przypadku silników małych mocy polegający na bezpośrednim połączeniu napędu ze źródłem zasilania  za pomocą włącznika lub stycznika

Zalety: prostota działania, niska cena, ograniczenie mocy silników

Wady: przegrzanie się silników, spadki napięcia w sieci zasilającej

II. Przełącznik trójkąt–gwiazda – metoda pozwalająca uruchamiać silniki większych mocy, niż w rozruchu bezpośrednim . Polega na takim połączeniu uzwojeń napędu aby kształtem przypominały  najpierw gwiazdę  a po uzyskaniu prędkości zbliżonej do synchronicznej w trójkąt co ponad trzykrotnie zmniejsza się napięcie rozruchowe

Zalety: zmniejszenie się napięcia rozruchowego

Wady: zmniejszenie momentu rozruchowego –stosowanie tylko w silnikach w które w momencie rozruchu nie są obciążone momentem znamionowym

III. Rozruszniki elektroniczne tzw. „Softstarty” – obniżają napięcie na zaciskach silnika w fazie rozruchu, a potem systematycznie zwiększają je do napięcia znamionowego, ograniczając w ten sposób wartości szczytowe prądów pobierane podczas rozruchu oraz udary mechaniczne.

Zalety: zmniejszenie obciążeń współpracujących z silnikiem urządzeń

Wady: stosowane w układach zasilania np. lamp halogenowych, lub prostowników, mogą powodować podczas uruchamiania  pobieranie napięcia prądy wielokrotnie przewyższającego prądy znamionowe

IV. Falowniki – Zalety: umożliwiają łagodny rozruch silnika, redukując występowanie udarów prądowych, płynne sterownie prędkością, zmianę kierunków obrotów silnika, programowalne wejścia/wyjścia

Chłodzenie/wentylacja pomieszczeń to istotne i złożone zagadnienie, którego efektywność zależy od wielu czynników związanych z :

• warunki klimatycznymi (głównie temperatura, prędkość i kierunek wiatru)
• rozwiązaniami konstrukcyjnymi budynku,
• warunkami użytkowania pomieszczeń

Ze względu na konstrukcję infrastruktury  oraz zasadę działania wentylację możemy  podzielić na dwie grupy:

I. Wentylację naturalną/grawitacyjną

II. Wentylację mechaniczną

Wentylacja naturalna/grawitacyjna

Zasada funkcjonowania tego typu rozwiązań opiera się na różnicy ciśnień, wynikającej z różnicy gęstości powietrza zimnego  na zewnątrz budynku i ciepłego w jego wnętrzu. Powietrze zimne w naturalny sposób przedostaje się przez nieszczelności w drzwiach, oknach do wnętrza  pomieszczeń, gdzie po ogrzaniu i wymieszaniu z powietrzem wewnętrznym, unosi się do góry i następnie wydostaje się wraz z zanieczyszczeniami)na zewnątrz przez kratki wentylacyjne

Zasady prawidłowego funkcjonowania wentylacji grawitacyjnej

Warunkiem prawidłowego działania wentylacji w budynku mieszkalnym, jest odpowiednia cyrkulację cyrkulacja powietrz w jego wnętrzu.

W tym celu, pod skrzydłami drzwiowymi pomiędzy pokojami należy pozostawić szczelinę o powierzchni 80cm2 (można podciąć drzwi o 1cm na całej szerokości), natomiast pod drzwiami do kuchni, łazienki, w.c. i garderoby – 200cm2 lub zamontować kratki wentylacyjne.

Fundamentalna zasada funkcjonowania wentylacji grawitacyjnej budynku

Warunki prawidłowego działania wentylacji grawitacyjnej

Konstrukcja kanałów wentylacyjnych

Minimalna długość kanałów wentylacyjnych mierzona między wlotem do kanału/kratką wentylacyjną a wylotem powinna wynosić   4 m.

Często spełnienie tego warunku w przypadku budynków z dachem o płaskiej konstrukcji jest niemożliwym do spełnienia. Dlatego też w tym przypadku powinno zwiększyć wymiary wewnętrzne komina do 14 x 27 cm

Wentylacja mechaniczna – klimatyzacja

Ten typ wentylacji stosowany jest w budynkach wysokich i wysokościowych oraz  w których zapewnienie odpowiedniej jakości środowiska wewnętrznego nie jest możliwe za pomocą wentylacji grawitacyjnej.

W pomieszczeniu w którym zainstalowano system wentylacji mechanicznej pobierającej powietrze z zewnątrz bezwzględnie nie wolno stosować wentylacji grawitacyjnej.

Według wymogów Polskiej Normy dotyczącej wentylacji strumień powietrza zewnętrznego wprowadzanego do pomieszczeń powinien być identyczny z powietrzem usuwanym a ilościowo nie mniejszy niż 20 m3/h na osobę

Metody poprawy efektywności energetycznej

Technologia inwerterowa

Na poprawę efektywności energetycznej mechanicznych systemów wentylacyjnych wpływ posiada stosowanie innowacyjnych technologii. Do takich rozwiązań możemy zaliczyć klimatyzatory typu inwerter,  które posiadają płynną regulację mocy, pozwalającą zaoszczędzić nawet do 50 % energii elektrycznej.

Technologia inwerterowa pozwala na płynne sterowanie sprężarką klimatyzacji tak aby dostosować jej pracę do aktualnego zapotrzebowania na moc grzewczą lub chłodniczą. Przykładowo jeżeli temperatura w pokoju jest wysoka, klimatyzator zaczyna pracować wykorzystując pełną moc, do momentu uzyskania żądanej temperatury. Po jej osiągnięciu następuje stopniowe i płynne zmniejszanie siły pracy sprężarki tak, aby utrzymać stałe warunki temperaturowe.

Zalety:

• wyeliminowanie bardzo energochłonnego rodzaju pracy systemu polegającego na ciągłym załączaniu i wyłączaniu się sprężarek
• cichsza praca urządzeń
• możliwość stosowania nawet przy większych odległościach miedzy jednostką wewnętrzną i zewnętrzną
• precyzja pracy pozwalająca na utrzymanie zadanej temperatury na stałym poziomie z dokładnością ±0,5°C

Chłodzenie produktu – Odzysk ciepła z mleka

W rolnictwie produktem który musi zostać schłodzony do odpowiedniej temperatury aby utrzymać jego jakość jest mleko. Surowiec bezpośrednio po doju ma temperaturę ok. 35ºC Normy dotyczące przechowywania mleka nakazują obniżyć tę temperaturę do poziomu 4-6ºC, ograniczając przez to rozwój bakterii.

Proces obniżania temperatury mleka do omawianego poziomu jest bardzo energochłonny i generuje duże koszty dlatego też aby poprawić efektywność energetyczną tego procesu można zainstalować na zbiorniku lub zakupić kompletny system odzysku ciepła. Takie rozwiązanie pozwoli na odzyskanie do 70 % traconego dotychczas ciepła.

Prawidłowo działająca instalacja do odzysku ciepła jest na ogół w stanie ogrzać 50 litrów wody do temperatury około 50°C, wykorzystując do tego celu ciepło uzyskane z ok. 100 litrów świeżo pozyskanego mleka o temperaturze  nie przekraczającej 35°C.

Wykorzystanie odzyskanego ciepła

• Ciepła woda pochodząca bezpośrednio ze zbiornika może być wykorzystana do ręcznego mycia hali udojowej.
• Letnia woda o temperaturze 15°C do 35°C może być użyta do mycia wymion przed dojem lub jako woda do picia dla krów lub jako woda do wykorzystania do pojenia cieląt.
• po montażu podgrzewacza wodę o temperaturze od 80°C do 85°C można przeznaczyć do mycia instalacji udojowej lub zbiornika na mleko.

Zasada działania i budowa instalacji odzysku ciepła z mleka

Proces odzysku ciepła z mleka może być przeprowadzony  podczas chłodzenia mleka bezpośrednio w zbiorniku lub podczas chłodzenia wstępnego gdzie wykorzystywane są wymienniki ciepła (płytowe, rurowe).

W pierwszej z wymienionych metod mleko chłodzone jest w sposób tradycyjny. Wydzielana energia cieplna odbierana jest z mleka pośrednio poprzez czynnik chłodniczy (freon), który w zamkniętym obiegu agregatu chłodniczego, pobiera ciepło z mleka, po czym kierowany jest do wymiennika ciepła w postaci wężownicy umieszczonej w zbiorniku wody.  Woda w kontakcie wężownicą, odbiera ciepło niesione przez czynnik chłodniczy agregatu dzięki czemu podnosi temperaturę  nawet do 55-60°C.

Natomiast podczas chłodzenia wstępnego udojone mleko jest tłoczone poprzez pompę przez zespół cienkich płyt lub rur (w zależności od rodzaju wymiennika), które mają kontakt z przepływającym w przeciwnym kierunku czynnikiem chłodzącym odbierającym energię cieplną z mleka.

  Rolnictwo jest działem gospodarki, w którym bardzo duże znaczenie mają procesy transportowe. Wynika to z funkcjonowania gospodarstw na dużej powierzchni oraz transportu płodów rolnych z pól, a środków do produkcji na pola. Wiąże się to ze znaczącym rachunkiem ekonomicznym i emisją gazów silnikowych. W ciągu roku występuje duża zmienność transportu związana z porą roku, zbiorami poszczególnych płodów czy wypasem. Mając na uwadze mnogość czynników wpływających na funkcjonowanie transportu należy pamiętać o podstawowych i uniwersalnych zasadach:

• optymalizacja odległości
• dostosowanie pojazdów do potrzeb
• modyfikacja praktyk rolniczych
• stosowanie paliw alternatywnych lub napędu elektrycznego
• możliwie duża ilość zabiegów agrotechnicznych za jednym przejazdem

Aktualna technologia oświetlenia oferuje żarówki kilkukrotnie trwalsze i wydajniejsze niż ich poprzednie odpowiedniki. Tradycyjna żarówka z żarnikiem posiada sprawność 8-10 [lm/W] kiedy sprawność oświetlenia diodowego dochodzi nawet do 276 [lm/W]. Z ekonomicznego punktu widzenia bardzo ważną kwestią jest trwałość, która w żarówkach diodowych jest ok. sto razy wyższa niż w żarówkach tradycyjnych.

Ważny element oświetlenia stanowią także odbłyśniki, rastry oraz soczewki. Dzięki tym elementom można efektywniej wykorzystywać energię światła przez odpowiednie ukierunkowanie czy równomierne rozproszenie strumienia świetlnego. Aby te funkcje były zachowane należy pamiętać o regularnym czyszczeniu wymienionych elementów.

Sterowanie i regulacja strumienia świetlnego pozwalają zmniejszyć pobór energii przez możliwość dopasowania strumienia do potrzeb oświetlenia. Poprawę efektywności oświetlenia można uzyskać nawet dzięki odpowiedniej wysokości zawieszenia źródła światła z oprawą, dzięki wykorzystaniu odbić od powierzchni pionowych.

W wyłączniku zmierzchowym oświetlenie jest mierzone przez zewnętrzny czujnik oświetlenia. Czujnik włącza lub wyłącza prąd obwodowy w zależności od ustawionego progu jasności. Dzięki takim rozwiązaniom oświetlenie jest zawsze optymalnie wykorzystywane według pożądanego poziomu jasności.

Niezbędnymi krokami do wdrożenia racjonalnego oświetlenia będzie sprawdzenie:

• wykorzystania oświetlenia dziennego
• wielkości świetlnych w budynku
• aktualnych źródeł światła i ich skuteczności
• sposobów sterowania oświetleniem
• aktów prawnych dotyczących norm oświetlenia w danym budynku

W gospodarstwie rolnym występują dwie części: bytowa i produkcyjna. Obydwie potrzebują ogrzewania wody i pomieszczeń. Poprzez modernizację obydwu systemów można znacząco zmniejszyć rachunek ekonomiczny i ilość powstającego dwutlenku węgla. Wachlarz możliwości jeżeli chodzi o kwestie poprawy jest bardzo rozbudowany. Zanim jednak zaczniemy należy wykonać bilans zużywanej energii i jej kosztów oraz przeanalizować działania umożliwiające poprawę.

Podstawowym działaniem jest termomodernizacja. Dzięki temu można zapewnić ochronę przed nadmiernymi stratami ciepła i niepotrzebnymi zyskami. Ułatwia sterowanie temperaturą i wilgotnością w pomieszczeniach m.in. przez inteligentne systemy wentylacji z odzyskiem ciepła (rekuperacja).

W budynkach inwentarskich znajduje się kilka sposobów odzyskania ciepła odpadowego. Na przykład ciepło pochodzące z procesów, produktów, maszyn, gnojowicy, głębokiej ściółki i wielu innych. Możliwości zastosowania tak odzyskanej energii są równie szerokie jak możliwości jej uzyskania. Podgrzewanie powietrza do wentylacji lub procesów suszenia, podgrzew powietrza do spalania czy podgrzewanie wstępne czynników wykorzystywanych w dalszych procesach technologicznych  to tylko niektóre z możliwości wykorzystania ciepła odpadowego.

 Dodatkowo w gospodarstwie jest wiele substratów wykorzystywanych jako odnawialne źródła energii w postaci biomasy. Stanowią je: słoma, ziarno np. owsa, drewno i odpady drzewne, i inne surowce odpadowe. Zaletą wykorzystywania biomasy jest przede wszystkim jej dostępność na obszarach rolniczych, ale także mniejsza emisja substancji szkodliwych, możliwość wykorzystania popiołu jako wartościowego i przyjaznego środowisku nawozu, możliwość zagospodarowania nieużytków i surowców niepełnowartościowych.

Podobnie w przypadku uzyskiwania biogazu rolniczego, który można wykorzystać zarówno do produkcji ciepła jak i prądu. Mikrobiogazownia rolnicza funkcjonuje na terenie Pomorskim Ośrodku Doradztwa Rolniczego w Lubaniu. Zagospodarowuje się odpady otrzymując biogaz i pełnowartościowy poferment z procesu zgazowania, który można wykorzystać jako nawóz.

Odnawialne źródła energii to także instalacje takie jak pompy ciepła, turbiny wiatrowe, elektrownie wodne, panele i kolektory słoneczne. Dzięki tym instalacjom można poprawić nie tylko rachunek finansowy, ale także nadać gospodarstwu przyjazny środowisku wizerunek.