Grup de proiect Mașini de prelucrare mecatronică cu .... Cedric Schultz_ro.pdf · Extinderea...

Eficiență energetică și mai mult decât atât:

Reducerea costurilor cu energia prin flexibilitate

www.efficiency-from-germany.info

Grup de proiect

Mașini de prelucrare mecatronică

cu utilizare eficientă a resurselor

Eficiență energetică și mai mult decât atât:

Reducerea costurilor cu energia prin flexibilitate

www.efficiency-from-germany.info

Agendă

Introducere1

Provocările pieței de energie electrică germane2

Strategii privind tranziția energetică3

Flexibilizarea consumului de energie4

Exemple din industrie5

Perspective6

Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart

Șeful departamentului central al

grupului de proiect RMV

Titular al catedrei de Management

industrial și tehnica montajului (iwb)

Universitatea Tehnică München

ÎNFIINȚARE

1 ianuarie 2009

FAZA DE DEZVOLTARE: Creștere colectivă împreună cu

institutul iwb al TUM

OBIECTIVE DE

DEZVOLTARE 2017: Înființarea propriului institut

Frauenhofer pentru producție și

prelucrare cu utilizarea mai eficientă

a resurselor într-una dintre clădirile

parcului de inovații din Augsburg.

Grupul de proiect FrauenhoferUtilaje de prelucrare mecatronice cu utilizare eficientă a resurselor

Departamentul Planificare și control

Departamentul Fabrici cu utilizare eficientă

a resurselor

Departamentul Instalații și echipamente de comandă

Departamentul Componente și procese

Competențe de bază

PRODUCȚIE INTERCONECTATĂ INTELIGENT

EFICIENȚA UTILIZĂRII RESURSELOR ÎN

PROCESE

MODELARE ȘI SIMULARE

INTERCONECTATE

PRODUCȚIE ADITIVĂ

FLEXIBILIZAREA PRODUCȚIEI

Agendă

Introducere1





Perspective6

Provocările pieței de energie electrică germane

Germania în poziție de precursor

Eliminarea treptată a energiei nucleare până

în 2022

Creșterea producției de energie electrică din

surse regenerabile de la, în prezent, 23% la

80% până în anul 2050

Extinderea prioritară a energiei eoliene și

fotovoltaice

Efecte

77%

Oferta de energie depinde din ce în ce mai

mult de condițiile meteo, fiind astfel volatilă

Deosebiri regionale mari în ceea ce privește

producția de energie electrică

Costurile de extindere ale tranziției

energetice se transferă prin taxe în costurile

cu energia electrică

Substituirea energiei nucleare cu energii regenerabile reprezintă provocarea

viitorului pentru sistemul de electricitate german

Provocările pieței de energie electrică germane

Indexul de prețuri la electricitate

(industrie) Creșterea semnificativă a prețurilor energiei

electrice pentru clienții finali industriali

Pe de o parte, companiile producătoare pot profita de efectele asupra pieței de

electricitate, iar pe de altă parte, pot contribui la stabilizarea rețelei.

Efecte asupra pieței de energie electrică

Oscilațiile prețurilor pe bursa de

electricitate de-a lungul zilei

Este posibilă apariția unor valori

maxime extreme ale prețurilor, precum

și a prețurilor negative ale energiei

electrice

Încurajează companiile să profite de

oscilațiile prețurilor, respectiv să

stabilizeze rețeaua de energie electrică

Agendă

Introducere1





Perspective6

Strategii privind tranziția energetică

Oscilațiile prețurilor pentru energie electrică Creșterea prețurilor pentru energie electrică

Capacitarea întreprinderilor în sensul

utilizării

eficiente

a energiei

77%

Capacitarea întreprinderilor privind

utilizarea

flexibilă

a energiei

Companiile producătoare pot contribui la realizarea tranziției energetice

printr-o utilizare țintită a energiei

0

50

100

150

200

2000 2007 2014

t / a

€/MWh

+ 150 %

t / h

€/MWh

2013 2020

Epuizarea resurselorVolatilitate în sistemul de electricitate

Abordare de sus în jos: transparența este primul pas

Consumul la nivelul

fabricilor

Optimizarea lanțurilor

de producție

Alinierea obiectivelor

de consum cu cele de

producție

Energia în planificarea și controlul producției

Introducerea energiei ca resursă planificată și

monitorizată

Alegerea punctelor de măsurare relevante pe

teren pentru măsurarea permanentă

Fluxul valorilor energetice

Etapa de analiză: Măsurare,

vizualizare, analizare

Etapa de proiectare: Identificarea de măsuri,

prioritizare, determinarea interacțiunilor

Analiza consumului la nivelul fabricilor

Indică fluxurile energetice pentru diferite forme de

energie (incl. căldura reziduală)

Indică transformarea energiei pentru diferite

sectoare de producție

Pas

Förderband

0

Härteofen

0,1

Druckluftleitung

Druck (Anfang) [Bar]: 8,2

Druck (Ende) [Bar]: 8,0

Temperatur (Anfang) [°C]: 20

Temperatur (Ende) [°C]: 20

Länge [m]: 56

BZ [Sec.] = 1680

ZZ [Sec.] = 54

RZ [Sec.] = 2700

Losgröße [Stk.]= 6

Prozesstemp. [°C] = 900

Bauteiltemp. [°C]= 880

el. Energie [Wh/Stk.] =

Härteofen

0,1

Druckluft [bar] = 7,5

Druckluft [dm3/min] = 28

BZ [Sec.] = 1680

ZZ [Sec.] = 54

RZ [Sec.] = 2700




el. Energie [Wh/Stk.] = 87

Härteofen

0,1

Druckluft [bar] = 7,5


Härteofen

0,1

Temperatur [°C] = 32

Leistung [kW] = 0,3

Anlagen-

steuerung

Anzahl Bauteile [Stk.] = 18

Leistung [kW] = 0,4

Temperatur [°C]= 728

Leistung [kW] = 3,4


Druck [Bar] = 8,4

Temperatur [°C] = 48

Taupunkt [°C] = -24

BZ [Sec.] = 1680

ZZ [Sec.] = 54

RZ [Sec.] = 2700




el. Energie [Wh/Stk.] = 87

Druckluft [Bar] = 7,5


Druckluftsystem

0

Härteofen

0,1

Leitrechner

SPS

Sensoren Aktoren

OPC UA

Echtzeitbus

mit Energieprofil

sercos Energy

PROFIenergy

ERP-System

Schnittstelle

noch offen

Senso

r

Planning: ERP

Control: MES

Field

level

PLC

Actor

Analiza consumurilor instalațiilor se utilizează pentru:

economia de energie, flexibilizare și monitorizarea stării

Eficiența energetică a

instalațiilor

Flexibilizarea

energetică a

instalațiilor

Monitorizarea de stare

prin măsurători ale

consumului

Monitorizarea stării prin profiluri de sarcină

Detectarea defecțiunilor din profilurile de sarcină,

de ex., a uzurii

Evitarea timpurie a deranjamentelor și

defecțiunilor

Flexibilitatea energetică

Controlul timpului, cantității și prețului energiei

utilizate prin

măsuri organizatorice și

sisteme tehnice adaptate

Analiza profilurilor de sarcină

Clasificarea profilurilor de sarcină pentru diferite

tipuri de instalații

Analiză de corelări între parametrii procesului și

profilurile de sarcină

Pas

În funcție de obiectivul energetic

trebuie adaptată strategia de implementare

AbordareTrecerea la utilaje și

instalații mai eficiente

Controlul timpului,

cantității și prețului

energiei utilizate

Inițierea timpurie a

lucrărilor de întreținere

și reparații

Scop Economia de energie Flexibilizare Monitorizarea stării

Serii individuale de

măsurători

(aparate de măsură mobile)

Monitorizare continuă

(aparate de măsură instalate

permanent)

Vizualizare:

Software

Detectare:

Mijloace de măsurare

Comunicare:

Jurnalizator de date Leitrechner

SPS

Sensoren Aktoren

OPC UA

Echtzeitbus

mit Energieprofil

sercos Energy

PROFIenergy

ERP-System

Schnittstelle

noch offen

Senzor

Planificare: ERP

Enterprise Resource Planning

Control: MES

Manufacturing Execution System

Pe teren:

PLC

Actuator

Măsurare

Agendă

Introducere1





Perspective6

Corelarea consumului de energie cu datele privind producția

15

Măsurători energetice ca bază

pentru identificarea de măsuri

Gruparea stărilor de funcționare specifice

instalațiilor și a consumurilor de energie

Punerea la dispoziție de date și informații pentru planificarea și funcționarea unei

fabrici flexibile d.p.d.v. energetic

Dezvoltarea unei proceduri standardizate

de măsurare a energiei

Sursă imagini: Vattenfall

Introducerea energiei ca resursă

planificată și monitorizată

Înregistrarea datelor

energetice

Prelucrarea datelor

(baze de date)

Planificarea producției și

gestionarea energiei

Vizualizare

De

pa

rtam

en

t c

en

tra

l

de

IT p

rod

uc

ție

Co

ntr

olu

l

pro

ce

se

lor

Niv

elu

l

pro

ce

su

lui

Analiza offline a consumatorilor de

energie

Instalarea de puncte de măsurare

permanente pentru consumatorii

relevanți

Măsurarea în timp real a valorilor

consumului

Pregătirea și stocarea datelor energetice,

de ex., direct în sistemul de control al

echipamentului

Standarde IT pentru furnizarea de date

•Rețele de teren

(PROFIenergy, Sercos Energy…)

•OPC UA

Introducerea energiei ca resursă

planificată și monitorizată

Cockpit de producție

pentru monitorizarea continuă

Monitorizare energetică

Cameră de comandă grafică

Sistem de stocare

Consum de energie

Temperatură

Utilizarea transparenței privind energia

Pe termen lung (luni)

Valori-țintă

Controlul

producției

(MES)

Planificarea

producției

(ERP)

Proces

Înregistrarea

datelor

energetice

Capacitatea de

producție

Costurile cu

energia

Interpretarea

sistemelor de

producție în raport cu

energia

Pe termen mediu (zi/tură)

Pe termen scurt (15 min):

Planificarea detaliată

în funcție de aspectele

energetice

Gestionarea sarcinii

Pregătirea valorilor-țintă din proces

Intervenția în consumul de energie

la niveluri temporale diferite

MES efectuează îndeosebi

compensarea sarcinii pe termen

scurt

Exemplu: Gestiunea sarcinii pe o

perioadă de 15 min

Controlul consumului

Măsuri organizatorice

pentru controlul consumului

Adaptarea secvenței de activități

Preț curent electric

Pu

tere

[kW

]:

Timp [t]

Pu

tere

[kW

]:

Timp [t]

Preț curent electric

Adaptarea secvenței

de activități

Măsuri organizatorice

pentru controlul consumului

Grosime tablă [mm]

Oțel inoxidabil

Oțel

Aluminiu

Pu

tere

[kW

]

15 min. putere activă a unui

debitor cu laser

Domeniu de

variație de 36 kW,

respectiv 40% din

sarcina maximă

Clasificarea instalațiilor flexibile d.p.d.v energetic

Planificarea în funcție de

timp a utilizării instalațiilor

Gestionarea sarcinii

pe termen scurt

Provocare în creștere a flexibilizării energetice

Instalații energofage Echipamente pentru clădiri

Sursă imagini: SGL Carbon

Instalații de producție

Secvență de activități

orientată spre reducerea

consumului de energie

Sursă imagini: GROBSursă imagini: Lu-Ve, Kaeser

• Energia reprezintă cel

mai mare factor de cost

• Încărcarea totală nu

este întotdeauna

posibilă

• Sarcini ușor de

comutat

• Modificarea de stare

influențează foarte

puțin productivitatea

• Încărcarea totală ca

obiectiv principal

• Decuplarea pe termen

scurt duce la scăderea

productivității

Mijloace de stocare a energiei

Acumulator de aer comprimat de

înaltă presiune

Sursă imagini: cleanenergyauthority

Utilizarea mijloacelor de stocare a energiei

pentru compensarea sarcinii reziduale

Analizarea a diferite tehnologii de

creștere a flexibilității energetice

Posibile mijloace de stocare

a energiei:

•Sistem de aer comprimat

•Acumulator de căldură

•Produs

Agendă

Introducere1





Perspective6

Exemplu: Reducerea sarcinii de vârf

• Producție variată

• Decontarea prețului forței de muncă și a

prețului pe kilowatt

• Sarcinile de vârf frecvente inexplicabile

influențează prețul pe kilowatt

Scop: Reducerea sarcinilor de vârf

• Identificarea procesului cu cea mai mare

influență asupra consumului total

• Adaptarea secvenței activităților pentru

procese indirecte și flexibile

(de ex., stație QS)

Reducerea sarcinii de vârf cu 12%

Economie netă a costurilor cu energia

• Măsurarea sistematică a consumului de

energie

(de sus în jos de la stația de transformare)

• Corelarea consumurilor cu procesele

directe și indirecte

• Identificarea procesului cu cel mai mare

consum de energie

Sursă: Wittenstein (imagine)

RezultatProcedură

Situaţie iniţială

Exemplu: Răspuns la cerere

Sursă: SGL Carbon GmbH

• Producție energofagă

• Participare pe piața de energiei de rezervă

Scop: Identificarea și evaluarea

instalațiilor flexibile d.p.d.v. energetic

Exemple de măsuri identificate:

• Procesul cu cel mai mare consum de energie

poate fi întrerupt periodic

Transferul cererii din perioadele de vârf în

cele obișnuite pe o perioadă de mai multe ore

•Produsul finit poate fi folosit ca mijloc de

stocare a energiei

• Identificarea instalațiilor cu consum ridicat

de energie (penurie energetică)

• Determinarea și definirea posibilelor stări

ale mașinilor și a interacțiunilor acestora

• Evaluarea măsurilor de modificare a sarcinii

©SGL Carbon GmbH

RezultatProcedură


Exemplu: Independența energetică

Sursă: Müller Produktions GmbH (imagine)

Rezultat

• Fabricarea de aparate de climatizare

• Ridicarea unei fabrici model (Green field)

• Integrarea unui sistem descentralizat de

producție și stocare de energie

Scop: Independența energetică

• Tranparență deplină privind oferta și

consumul de energie

• Minimizarea aprovizionării cu energie din

exterior

Doar câteva ore de aprovizionare cu

energie din exterior (dimineața/seara)

Procedură


• Dezvoltarea unui concept IT

Definirea caietului de sarcini

• Integrarea datelor energetice într-un sistem

de gestionare la nivel de atelier

• Alegerea furnizorilor de servicii IT

• Monitorizarea implementării

Agendă

Introducere1





Perspective6

Perspective

Tranziția energetică nu trebuie să devină un dezavantaj concurențial pentru

producătorii germani.

Flexibilizarea cererii de energie, respectiv oferirea de capacități de rezervă

reprezintă potențiale noi pentru companii.

Producătorii pot contribui astfel la

realizarea tranziției energetice

În cazul în care mai aveți întrebări…

Ing. Cedric Schultz

Centrul de Aplicații al iwb Augsburg

Beim Glaspalast 5 I 86153 Augsburg

Telefon +49 821 56883-40 I Fax -50

[email protected]

www.iwb-augsburg.de

Grup de proiect Mașini de prelucrare mecatronică cu .... Cedric Schultz_ro.pdf · Extinderea...

Documents

Transcript of Grup de proiect Mașini de prelucrare mecatronică cu .... Cedric Schultz_ro.pdf · Extinderea...