Januar 2012 Inspirationskatalog for emner til særlige undersøgelser Formålet med kataloget er at give virksomhederne nogle ideer til emner for særlige undersøgelser. Nedenstående er givet en kort oversigt over emner som temaer for særlige undersøgelser, primært orienteret mod reduktion af elforbruget i virksomheden.(de enkelte emner er uddybet i bilagene) 1. Reduktion af tomgangs-elforbrug (se mere i bilag 1) Elforbruget uden for produktionstiden er fremdeles højt i mange virksomheder, og tomgangsforbruget kan også være stort i selve produktionstiden. Der gennemføres en systematisk kortlægning af tomgangsforbrugene og af mulighederne for at reducere dette. 2. Fremtidig energiforsyning (se mere bilag 2) Med ændringer i energipriser, afgifter og tariffer er det økonomiske grundlag for at optimere energiforsyningen ofte ændret betydeligt i virksomheden. Da der samtidigt kan have været ændringer i energibehovet, kan der være gode muligheder for at etablere en ny forsyningsstruktur og for at anvende nye varmeforsyningsteknologier på kort eller længere sigt. 3. Vurdering af trykluftanlægget (se mere bilag 3) Aftalevirksomhederne bruger typisk 5 10% af elforbruget på trykluft. En stor del af denne energi tabes med bl.a. lækager, ineffektivt regulerede kompressorer, tryktab i nettet og ved at trykket mange steder overstiger forbrugsstedets behov for tryk. Besparelsesmulighederne er store, både i form af lavere elforbrug og ved varmegenvinding, svarende til en meget stor del af elforbruget. 4. Anvendelse af mere effektive elmotorer (se mere bilag 4) Mulighederne for at energieffektivisere virksomhedens elmotorer er blevet bedre, fordi der er kommet gang i udviklingen af meget effektive elmotorer og fordi der er kommet nye motortyper på markedet. Gennem denne særlige undersøgelse ajourfører virksomheden sin viden på motorområdet og den vurderer, om nogle af eksisterende motorer bør skiftes til mere effektive og/eller mindre motorer, ligesom indkøbspolitikken ajourføres. 5. Afdækning af operatørinvolvering (se mere bilag 5) Operatører har stor indflydelse på energiforbruget i mange virksomheden, for eksempel ved drift af processer, styring af rengøringsprocedurer m.m. Der er sjældent overblik over energitabene som følge af en uhensigtsmæssig operatøradfærd, hvorfor undersøgelsen omfatter en systematisk kortlægning af tabene og af forbedringsmulighederne. 6. Vurdering af køleanlæg (se mere bilag 6) Undersøgelsen tager udgangspunkt i kølebehovet opgjort ved temperaturniveauer og energimængder og vurderer, hvordan behovet kan opfyldes med mindst muligt
energiforbrug, og hvordan tabsenergi kan genvindes som varme. Målet er at benytte mest mulig frikøling samt at hæve temperaturen af kølemedierne, så elforbruget mindskes. 7. Effektivisering ved bedre regulering af motorsystemer (se mere bilag 7) Der fokuseres på en mere energieffektiv regulering af motorsystemer, hvor eksempelvis drøvling, spjældregulering eller ledeskinner erstattes af frekvensomformerdrift af asynkronmotorer eller af nye, hastighedsregulerede motorer som Permanent Magnet Synkron Motorer og Reluktans Motorer. Undersøgelsen omfatter også en revision af eksisterende systemer med hastighedsregulering for at afdække, om behovet for ydelserne er ændret og reguleringen således bør ændres.
BILAG 1 30. november 2011 Særlig undersøgelse: Reduktion af tomgangs-elforbruget I mange virksomheder går 10-30% af elforbruget til apparater i tomgang. En særlig undersøgelse af tomgangs-elforbruget kan omfatte følgende trin: 1. Elforbrug uden for arbejdstiden Hvis virksomhedens produktion stoppes helt eller delvist i sammenlagt flere hundrede timer årligt, bør det vurderes, om elforbruget kan reduceres i disse timer. Et godt grundlag for en vurdering vil være kurver over virksomhedens elforbrug time for time i nogle repræsentative perioder, hvor produktionen ligger stille. Med udgangspunkt i kurverne kan man sammen med produktionsfolkene drøfte, hvad strømmen går til, og om forbruget er nødvendigt. En grundig gennemvandring af virksomheden i flere stop-perioder kan afsløre flere tomgangsforbrug. 2. Tomgangs-elforbrug i arbejdstiden I arbejdstiden kan der være udstyr, som er tændt og bruger el, selv om der på det pågældende tidspunkt ikke er brug for ydelsen. Det kan være udstyr, der kører i arbejdspauser eller under stop af en produktionslinie, det kan være et unødvendigt langt "efterløb" på en maskine, det kan være belysning i et tomt lokale eller unødvendig pumpning af kølevand osv. Et sådant unødvendigt elforbrug kan måske bedst identificeres gennem nogle drøftelser med medarbejderne, kombineret med rundgange i virksomheden, og størrelsen af tomgangsforbruget kan kvantificeres ved målinger i repræsentative perioder. 3. Handlingsplan Når der er skabt overblik over de vigtigste tomgangsforbrug vurderes det, hvordan disse forbrug bedst og mest økonomisk kan undgås eller reduceres. Der kan være tale om tekniske tiltag, ændret produktionsplanlægning, motivation af medarbejdere osv. Økonomien i hvert af tiltagene gøres op, og der opstilles en handlingsplan for alle tiltag med en tilbagebetalingstid under 4 år. 4. Nyt udstyr Ved indkøb og projektering bør der tages stilling til det kommende udstyrs eventuelle tomgangsforbrug. En vurdering af tomgangsforbruget og af mulighederne for på det tidlige tidspunkt at reducere det bør indarbejdes i virksomhedens procedurer og/eller checklister. 5. Litteratur Pjecen "Tomgangsjagt". Kan hentes på http://www.elforsk.dk/doks/336-001/artikel%20336-001.pdf 6. Eksempel Junckers Industrier Under en tomgangsjagt i afdelingen for parketbrædder blev der målt på elforbruget til en pudsemaskine. Målingerne viste, at over en periode på to uger var maskinen i drift i 55% af
BILAG 1 tiden, hvoraf 40% var produktion og 15% tomgang. Elforbruget i tomgang var på 5% af maskinens samlede elforbrug på 400 MWh/år. En nærmere analyse af stoppene viste, at stop på over 2 minutter stod for 70% af stoptiden, hvorfor det blev foreslået at afbryde pudsemaskinen efter 2 minutter i tomgang. Afdelingslederen var dog ikke glad for forslaget, da tiden til genstart af maskinen ville gå ud over produktionstiden og afdelingens produktivitet. I stedet blev der fokuseret på tre 30 kw sugere, som suger fra pudsemaskinerne, også når de kører i tomgang. Da det kun er nødvendigt at suge, når der pudses, blev der etableret en styring, som lukker sugerens spjæld, når en pudsemaskine har kørt tom i 15 sekunder. Elbesparelsen blev opgjort til 110 MWh/år, 6% af afdelingens elforbrug.
BILAG 2 20. december 2011 Særlig undersøgelse: Fremtidig energiforsyning Mange virksomheder har oplevet omlægninger i produktion og driftsform med deraf følgende ændringer i krav til varmeforsyningen. Over tiden er der ligeledes sket ændringer i afgifterne på varmeforbrug, og der forventes i årerne fremover en betydelig udvikling energipriser og afregningsforhold. Da der samtidigt sker en vis udvikling i de teknologiske løsningsmuligheder, og da Danmark på lang sigt går efter at blive fossilfrit, kan der være basis for at gennemføre en særlig undersøgelse af, hvordan virksomheden kan opnå en mere omkostnings- og energieffektiv varmeforsyning på kort såvel som lang sigt. En sådan undersøgelse kan omfatte følgende trin: 1. Kortlægning Det skal først og fremmest afdækkes om virksomhedens nuværende varmeforsyning matcher de varmebehov, der er på virksomheden. Denne afdækning angår dels kapacitetsforhold, det vil sige om kedelbestykning og udbredelse af varmeforsyning svarer til varmebehov eller om der er store tab forbundet med standby-drift og/eller distribution af varme over unødigt lange afstande. Dernæst angår afdækningen om varmebehovenes temperaturkrav svarer til varmemediets temperatur, for eksempel om der anvendes damp til bygningsopvarmning/hvac. Det kan anbefales at gennemgå forsyningskravene i virksomheden et for et og herunder vurdere om processer og anlæg kan forsynes med koldere varmemedier eller om temperaturkrav generelt kan sænkes. Kortlægningen skal give et samlet overblik over driftsomkostninger og tab i varmeforsyningen, gerne også exergitab. 2. Forsyningsalternativer Det kan på basis af kortlægningen systematisk opgøres, om der kan anvendes alternative eller supplerende varmeforsyningskilder, eksempelvis: - Fjernvarme til bygningsopvarmning (fjernvarmenet under udbygning mange steder) - Opvarmning af procesvand, rengøringsvand og brugsvand med solvarme, varmepumper, overskudsvarme eller med lokal elvarme (reduktion af distributionstab) - Anvendelse af biomasse til specielt rumvarmeformål, evt. også procesformål - Integration af nye højtemperatur-varmepumper i energiforsyningen (rumvarmeformål og/eller procesformål ved lavere temperaturer)
BILAG 2 - Integration af varmepumper til varmegenvinding i ventilationsanlæg (HVAC) - Anvendelse af el til periodevis opvarmning af varmtvandstanke ved overløb af elektricitet i elsystemet. - Generel udnyttelse af overskudsvarme til bygningsopvarmning For hver enkelt løsning bør energi- og afgiftsmæssige forhold afdækkes med henblik på at kunne vurdere såvel tekniske som økonomiske muligheder for at optimere varmeforsyningen. 3. Plan Der opstilles på baggrund af undersøgelserne en prioriteret plan for de alternative/supplerende varmeforsyningskilder, der kan komme på tale. Planen bør tage højde for Energistyrelsens fremskrivninger i energipriser så vidt at rentabilitet af løsninger vurderes i et længere tidsperspektiv. Den særlige undersøgelse bør også være upto-date med de seneste ændringer i afgiftslovgivningen og tariffer. 4. Rapportering Undersøgelsen dokumenteres i en rapport, og de forventede energibesparelser på kort hhv. lang sigt opgøres, herunder opgøres de ændringer, der kan indføres i energiforsyningsstrukturen og rentabilitet af disse ændringer. Referencer Virksomheder, der har arbejdet systematisk med mulighederne for at omlægge energiforsyningsstrukturen, er blandt andet Danish Malting Group ved Vordingborg, Danisco i Grinsted og CP Kelco i Lille Skensved. Disse virksomheder har alle overvejet omlægning af eksisterende elproduktion, anvendelse af biomasse i varmeforsyningen, etablering af større varmepumper såvel som kombinationsløsninger med afsætning af overskudsvarme til nærtliggende fjernvarmenet. Derudover kan der henvises til Energistyrelsens rapport fra 2009 om overskudsvarme http://www.ens.dk/da- DK/ForbrugOgBesparelser/IndsatsIVirksomheder/energibesparelser_i_erhvervslivet/Documen ts/overskudsvarmeafsluttenderapportfebruar2009.pdf
BILAG 3 30. november 2011 Særlig undersøgelse: Vurdering af trykluftanlægget I mange virksomheder går 5 10% af elforbruget til trykluft. Et større udbud af hastighedsregulerede motorer, bedre varmegenvinding fra kompressorerne og fremkomsten af professionelle lækagesøgningsfirmaer er nogle af grundene til, at det kan være formålstjenligt at gennemgå trykluftanlæggene for effektiviseringsmuligheder. Den særlige undersøgelse omfatter energieffektivisering af hele virksomhedens trykluftanlæg (arbejdsluft og instrumentluft) eller af særlige områder. Vakuumanlæg kan medtages i undersøgelsen, idet de kan undersøges efter samme procedure. En undersøgelse kan omfatte følgende trin: 1. Elforbrug til trykluft Der skabes en oversigt over tryklufts-elforbruget på årsbasis samt over forbrugets variationer over døgnet og ugen, herunder elforbruget uden for produktionstiden. De enkelte kompressorers driftstimer opgøres tilsvarende. 2. Behovet for trykluft Omfanget af trykluftlækager opgøres om muligt, eksempelvis ved at registrere luftproduktionen i en time, hvor der ikke er noget luftforbrug. Mulighederne for at reducere lækagerne samt for permanent at holde et lavere lækageniveau undersøges, gerne med inddragelse af et professionelt lækagesøgningsfirma. Der undersøges, om noget af trykluftudstyret kan erstattes med eldrevet udstyr (håndværktøj, elektriske aktuatorer, blæsere mv.). Også for det øvrige udstyr vurderes effektiviseringsmulighederne ved f. eks. at behovsstyre renblæsningen af filtre eller ved at montere trykreduktionsventiler foran udstyret. 3. Trykbehovet Det vurderes, om trykfaldet over kompressorcentralens køletørrere, filtre og ventiler kan reduceres (herunder om kravet til luftens renhed og tørhed kan reduceres). Herefter undersøges mulighederne for at sænke produktionstrykket ved at sænke det gradvist f. eks. 0,2 bar af gangen og se, om der giver problemer. Er der efter eksempelvis en uges drift ikke observeret problemer, nedsættes trykket igen osv. Observeres problemer, søges de afhjulpet, således at trykket kan sænkes yderligere. 4. Bestykning og drift af kompressorer Når luftbehovet og trykbehovet er effektiviseret, skal driften af kompressorerne vurderes. Det omfatter bl. a.: - bestykningen, hvor grundlastforbruget kan dækkes af kompressorer, der belaster aflaster, mens det varierende forbrug enten dækkes af mindre kompressorer eller af en omdrejningstals-reguleret kompressor - en opgørelse af de enkelte kompressorers effektivitet - styringen af kompressorerne, hvor en "intelligent styring" åbner for et lavere produktionstryk (end ved kaskadestyring) - vurdering af beholdervolumenet, idet større volumen betyder mere jævn drift 5. Varmegenvinding
BILAG 3 Fra omkring 60% op til over 90% af kompressorernes elforbrug kan genvindes som varme. Varmegenvindes der ikke allerede fra kompressorerne, undersøges muligheder og økonomi. Er der varmegenvinding, undersøges det, om der kan genvindes mere og om varmen udnyttes optimalt året rundt. 6. Vedligehold Energibesparelsesmulighederne ved bedre vedligehold af kompressorerne og det øvrige trykluftsystem vurderes. Specielt vurderes, hvor ofte der bør gennemføres lækagesøgning og hvordan der sikres en hurtig udbedring af lækagerne. 7. Indkøbsprocedure Indkøb af kompressorer sker formentlig ikke tiere end, at indkøbet betragtes som et projekt, hvor behov, muligheder og totaløkonomi vurderes nøje. Trykluftkomponenter derimod indkøbes løbende, og der kan med fordel formuleres generelle krav til dyser, trykluftcylindre, luftmotorer, ventiler osv., eksempelvis, at de skal kunne fungere fuldt tilfredsstillende ved et tryk på 5 bar. 8. Rapportering Undersøgelsen dokumenteres i en rapport, og de realiserede energibesparelser samt de muligheder, som er afdækket i undersøgelsen, opgøres. 9. Litteratur Pjecen "Energibesparelser ved trykluft" på http://www.dea.dk/rapporter 10. Eksempler Novozymes, Fuglebakken Novozymes har i 2010 installeret en 315 kw Atlas Copco frekvensreguleret oliefri kompressor, der leverer op til 58 m 3 /min. trykluft ved 7 bar. Kompressoren er forsynet med varmegenvinding og leverer 75 80 C varmt vand til opvarmning af brugsvand til bl. a. gæringstanke. Novozymes målinger viser, at når kompressoren bruger 143 kwh el, leverer den 133 kwh varmt vand. Varmegenvindingen er således i denne situation 93%, og inklusive de ca. 6% energi i trykluften bliver energiudnyttelsen 99%. Danisco Grindsted Hos Danisco har et professionelt lækagefirma gennemført kontrol af lækager i trykluftnettet. Det har givet gode resultater i form af energibesparelser med kort tilbagebetalingstid, og det har sparet tid for virksomhedens egne håndværkere, så de har kunnet koncentrere sig om deres kompetenceområder.
BILAG 4 19. december 2011 Særlig undersøgelse: Mere energieffektive elmotorer 1. Indledning Den særlige undersøgelse omfatter en vurdering af virksomhedens muligheder for at reducere tabene i de eksisterende elmotorer ved at skifte til mere energieffektive motorer samt mulighederne for at vælge særligt effektive motorer, når der købes nyt. Mulighederne for energieffektivisering af virksomhedernes elmotorer er blevet bedre i disse år, fordi der er kommet gang i udviklingen af meget effektive asynkronmotorer, og fordi helt nye motortyper med høje virkningsgrader er kommet på markedet. Udviklingen mod mere energieffektive motorer er et resultat af nye standarder og en EU forordning: - DS/EN 60034-2-1:2007 om målemetoder til bestemmelse af tab og virkningsgrad, hvor tabene bestemmes mere præcist. En opgørelse efter den nye standard viser, at motorerne har større tab end der er opgjort efter den tidligere standard - DS/EN 60034-30:2009 om virkningsgradsklasser for trefasede kortslutningsmotorer. Standarden indfører klasserne IE1, IE2 og IE3, hvor kravene til virkningsgraden er større end ved de tidligere klasser eff1, eff2 og eff3 - EU forordning nr. 640/2009 om krav til miljøvenligt design af elmotorer, som stiller krav om, at motorer forhandlet i EU fra 16. juni 2011 mindst skal opfylde kravene til effektivitetsklasse IE2. EU's forordning er beskrevet nærmere i bilag 1 2. Bør eksisterende motorer skiftes? Den særlige undersøgelse bør omfatte mulighederne for at udskifte motorer med lave virkningsgrader med mere effektive motorer samt for at udskifte lavt belastede motorer med mindre motorer. Alle motorer, også jævnstrømsmotorer, bør indgå i undersøgelsen, med mindre de vurderes i den særlige undersøgelse "Effektivitetsmuligheder ved bedre regulering af motorsystemer". Bilag 2 og 3 belyser økonomien i sådanne udskiftninger under typiske forhold med henblik på at pege på, hvor en udskiftning især kan være interessant. Da virksomhedens driftsforhold og motorpriser mv. kan afvige meget fra de "typiske forhold", er det nødvendigt at virksomheden gennemfører en konkret vurdering af alle motorer i det område, som i bilag 2 og 3 betegnes som mest interessant. Proceduren for en gennemgang af virksomhedens egne muligheder er vist nedenfor. Procedure for vurdering af, om eksisterende motorer bør udskiftes 1. Alle motorer med en driftstid på mindst 5000 h/år identificeres. 2. Blandt disse motorer udpeges de, som har lav virkningsgrad 1) eller som er belastede under 35% af mærkelasten. Virkningsgraden kan aflæses på mærkepladen eller i et motorkatalog. Virkningsgraden korrigeres om nødvendigt 2). Kendes belastningsgraden ikke i forvejen, må den fastlægges ved målinger over en 1
BILAG 4 repræsentativ periode. 3. For de udpegede motorer vurderes økonomien i at erstatte motorer med lav virkningsgrad med IE2 eller IE3 motorer og i at erstatte lavt belastede motorer med mindre motorer med høj effektivitet. Virksomhedens motorleverandør(er) bør inddrages aktivt i denne vurdering. 4. Der vurderes også, om en udskiftning kan accepteres teknisk, bl. a. om startmomentet for en mindre motor vil være tilstrækkeligt. 5. Motorer, hvor en udskiftning er teknisk forsvarlig og har en tilbagebetalingstid under 4 år, skiftes inden for 12 måneder. Afhænger økonomien af, at motoren først skiftes, når den skal demonteres for vedligehold eller lignende, mærkes motoren, så den kan udskiftes ved først givne lejlighed. 1) 2) Virkningsgraden kan i denne sammenhæng anses for lav, hvis den er under den nedre grænse for effektivitetsklasse IE1 eller kun er lidt over denne grænse. For lidt ældre motorer skal en oplyst virkningsgrad korrigeres, da tillægstabene ikke er medregnet fuldt ud. Nogle leverandører kan angive virkningsgraden efter DS/EN 60034-2-1:2007. Ellers kan den skønnes ud fra den oplyste virkningsgrad η til η korr. = 1 (1 η) *1,1. Er den oplyste virkningsgrad eksempelvis 0,85, bliver den korrigerede virkningsgrad η korr. = 1 (1 0,85) *1,1 = 0,835. Vær opmærksom på, at mere effektive asynkronmotorer kører en smule hurtigere (tættere på den synkrone hastighed) end de mindre effektive. For uregulerede motorer, der driver pumper eller ventilatorer, kan det betyde, at den optagne effekt stiger, hvis motoren skiftes til en mere effektiv, se tabel 1. (Pumpen eller ventilatoren leverer også lidt mere vand eller luft, i eksemplet tabel 1 1,1% mere). Effektivitetsklasse o/min Akseleffekt W Virkningsgrad % Optagen effekt W IE1 1454 11.000 88,4 12.443 IE2 1470 11.367 2) 91,0 12.491 3) 11.000 * (1470/1454) 3 = 11.367 Tabel 1. Den optagne effekt for 11 kw ventilatormotor, før og efter motoren skiftes til en mere energieffektiv motor. Akseleffekten før er 11.000 W 3. Bør nye motorer vælges ekstra energieffektive? I henhold til EU forordning nr. 640/2009 må der i dag kun forhandles asynkronmotorer, som er af effektivitetsklasse IE2 eller bedre. Dette krav er dog ikke trængt særligt godt igennem endnu, idet markedsundersøgelser viser, at under halvdelen af de i dag solgte motorer lever op til kravet. Derfor er det vigtigt for køberne at sikre sig, at alle indkøbte motorer har høj effektivitet. Det gælder også motorer, der er indbygget i maskiner mv. Der kan være økonomi i at vælge IE3 motorer frem for IE2. Bilag 4 viser, at det under typiske forhold især kan være interessant at vælge en IE3 motor frem for en IE2 motor, hvis motorer er i drift mindst 5000 h/år med en gennemsnitlig belastning på mindst 65%. Også her gælder, at virksomhedens driftsforhold og motorpriser mv. samt priser og virkningsgrader kan afvige meget fra de "typiske forhold", hvorfor det er nødvendigt med en konkret vurdering i alle indkøbssituationer. 2
BILAG 4 Nye motortyper som Permanent Magnet Synkron Motorer (PMSM) og Reluktans Motorer (RM) kan være interessante alternativer til asynkronmotorer, idet de har meget høje virkningsgrader. De nye motorer er hastighedsregulerede og den høje virkningsgrad opnås inden for et meget stort hastighedsområde. De er derfor særligt interessante, hvor motoren skal køre en stor del af tiden ved lave hastigheder eller skal overføre effekten via gear eller remtræk. Et forslag til procedure for gennemgang af virksomhedens muligheder for at vælge ekstra effektive motorer er vist nedenfor. Procedure for sikring af høj energieffektivitet af nye motorer 1. Ved indkøb stilles krav om, at alle asynkronmotorer (med de få begrænsninger, der følger af EU forordningen) mindst skal være IE 2 motorer. 2. Der udarbejdes en rutine for kontrol af, at leveret udstyr opfylder indkøbskravet 3. Økonomien i at vælge IE3 motorer frem for IE2 undersøges for de motorstørrelser, som virksomheden har flest af eller forventer af indkøbe flest af. Virksomhedens motorleverandør(er) bør inddrages i denne undersøgelse. 4. Ud fra undersøgelsen opstiller virksomheden generelle retningslinier for, hvornår der ved indkøb bør vælges IE3 motorer 5. Virksomheden opbygger en viden om nye motortyper som PMSM og RM, herunder om disses regulerbarhed, effektivitet og priser. Leverandører af de nye motortyper bør inddrages i dette arbejde. 3
BILAG 4 Bilag 1. EU forordning mr. 640/2009 Forordningen vedrører krav til miljøvenligt design af elmotorer, der omsættes og ibrugtages i EU, inklusive elmotorer, der indgår i andre produkter. Omfattede motorer 3-fasede asynkronmotorer med én hastighed, som - har et poltal på 2-6 - har en mærkespænding på højst 1000 V - har en mærkelast fra 0,75 kw til 375 kw (begge inklusive) - er konstrueret til kontinuerlig drift Motorer, der ikke er omfattet De væsentligste undtagelser er: - elmotorer, der er fuldt integreret i et produkt, så motorens energipræstation ikke kan bestemmes uafhængigt af produktets - elmotorer, konstrueret til drift i eksplosiv atmosfære Kravene Fra 16. juni 2011 skal motorernes effektivitet mindst svare til effektivitetsklasse IE2. Fra 1. januar 2015 skal motorer med mærkelast på 7,5 375 kw have en effektivitet svarende til effektivitetsklasse IE3. Kravet til motorer med frekvensomformer er dog mindst klasse IE2. Fra 1. januar 2017 skal alle motorer på 0,75 kw 375 kw have en effektivitet svarende til effektivitetsklasse IE3. Kravet til motorer med frekvensomformer er fortsat mindst klasse IE2. Effektivitetsklasser Den mindste effektivitet for hver at effektivitetsklasserne er angivet i forordningen for 2-, 4- og 6-polede motorer. Kravene er vist nedenfor for 4-polede motorer. 100 % 95 Minimum virkningsgrader for 4-polet asynkronmotor 90 85 80 IE1 IE2 IE3 75 Mærkelast i kw 0,1 1 10 100 1000 4
BILAG 4 Bilag 2. Økonomi i skift fra ældre motor til ny IE2 eller IE3 motor De fleste af dagens motorer er af den tidligere effektivitetsklasse eff3 (klassen med de laveste virkningsgrader). Beregningerne udføres derfor for en eff3 motor, men en forholdsvis god motor. Indkøbsprisen for den nye motor sættes til listeprisen minus 55%, da større virksomheder opnår en rabat af den størrelse. Det antages, at skiftet sker i forbindelse med, at den ældre motor demonteres for vedligehold, f. eks. skift af lejer. Der regnes således ikke med en merudgift til montagen. Motorerne regnes belastet 65%, som er den gennemsnitlige motorbelastning i Danmark. Virkningsgraden ved 65% last antages lig virkningsgraden ved 100% belastning, idet virkningsgraden er næsten konstant i intervallet 50 100% af mærkelast. Motoren regnes 4-polet, idet halvdelen af de danske motorer er 4-polede. Elprisen sættes til 70 øre/kwh, som er en typisk elpris i større virksomheder. Motorstørrelse 1,1 kw 11 kw 90 kw Virkningsgrad for eks. motor, % 75,0 87,6 93,0 Virkningsgrad for IE2 motor, % 81,4 89,8 94,2 Virkningsgrad for IE3 motor, % 84,1 91,4 95,2 Indkøbspris for IE2 motor, kr. 1.300 6.000 45.000 Indkøbspris for IE3 motor, kr. 2.300 10.500 62.000 14 Tilbagebetalingstid ved skift fra ældre motor til IE2 eller IE3 motor Tilbagebetalingstid i år 12 10 8 6 4 2 IE2 1,1 kw IE2 11 kw IE2 90 kw IE3 1,1 kw IE3 11 kw IE3 90 kw 0 0 2000 4000 6000 8000 Driftstid, h/år 5
BILAG 4 Beregningen viser, at tilbagebetalingstiden for et skift af en eksisterende motor med en IE2 eller IE3 motor kan komme under 4 år, hvis: - den eksisterende motor har lav virkningsgrad, fordi det er en eff3 motor eller fordi virkningsgraden er blevet forringet gennem årene - eller den eksisterende motor har virkningsgrad noget under IE2 motorens og har ret begrænset restlevetid - motoren er belastet over 65% - driftstiden er mindst 5000 h/år - motorens mærkeeffekt er op til ca. 30 kw 6
BILAG 4 Bilag 3. Økonomi ved skift fra større til mindre motor En stor motor har generelt højere virkningsgrad end en lille motor, men er den store motor belastet under 30 40% af mærkelasten, bliver dens virkningsgrad så lav, at der kan være økonomi i at udskifte den med en mindre. Det forudsættes, at den store motor permanent er lavt belastet og at det er en motor af energiklasse eff3. Der skiftes til en IE2 motor. Økonomien opgøres for 4-polede motorer. For motorpriser og elpris benyttes samme forudsætning som i bilag 2. Der regnes med udgifter til montage, da den nye motor har mindre byggestørrelse. Skift til motor på 1,1 kw 11 kw 90 kw Mærkeeffekt, kw 3,0 30 250 Eksisterende Belastning, % 29 29 29 motor Virkningsgrad ved denne 75,0 86,0 91,0 belastning, % Mærkeeffekt, kw 1,1 11 90 Nye motor Belastning, % 80 80 80 Virkningsgrad ved denne 81,4 89,8 94,2 belastning, % Indkøbspris, kr. 1.300 6.000 45.000 Merudgift til montage, kr. 1.000 1.600 5.000 14 Tilbagebetalingstid ved skift fra større til mindre motor Tilbagebetalingstid i år 12 10 8 6 4 2 0 0 2000 4000 6000 8000 Driftstid, h/år IE2 1,1 kw IE2 11 kw IE2 90 kw Beregningen viser, at der kan være økonomi i at skifte en lavt belastet motor ud med en mindre IE2 motor, hvis - skiftet er på mindst tre motorstørrelser (f. eks. fra 3,0 til 1,1 kw, hvor de mellemliggende er 1,5 og 2,2 kw) - driftstiden er mindst 5000 h/år Et skift til IE3 kan have næsten samme økonomi som skiftet til en IE2 motor. 7
BILAG 4 Bilag 4. Økonomi i at vælge IE3 motor i stedet for IE2 motor Ved indkøb af ny motor kan det være økonomisk fordelagtigt at vælge en ekstra effektiv motor, dvs. en IE3 motor i stedet for en IE2 motor. For de to motorer benyttes minimums-virkningsgraderne, da de fleste motorer på markedet har virkningsgrader meget nær disse. For motorpriser samt elpris mv. benyttes samme forudsætning som i bilag 2. Der regnes også her med, at motoren er 65% belastet. Motorstørrelse 1,1 kw 11 kw 90 kw Virkningsgrad for IE2 motor, % 81,4 89,8 94,2 Indkøbspris for IE2 motor, % 1.300 6.000 45.000 Virkningsgrad for IE3 motor, % 84,1 91,4 95,2 Indkøbspris for IE3 motor, kr. 2.300 9.500 58.000 14 Tilbagebetalingstid ved at vælge IE3 frem for IE2 motor Tilbagebetalingstid i år 12 10 8 6 4 2 0 0 2000 4000 6000 8000 Driftstid, h/år 1,1 kw 11 kw 90 kw De anførte indkøbspriser for IE3 motorer er ret høje, set i forhold til priserne for IE2 motorer. I de kommende år vil der komme flere IE3-motorer på markedet, og prisforskellen til IE2 motorer kan forventes at blive mindre. Det kan derfor være interessant at vurdere økonomien i at vælge IE3 frem for IE2 hvis - driftstiden er mindst 5000 h/år - motorens gennemsnitsbelastning er mindst 65% 8
BILAG 5 20. december 2011 Særlig undersøgelse: Operatørindflydelse Energispareindsatsen i erhvervslivet er ofte præget af tekniske analyser og investeringsprojekter og har mindre fokus på træning og uddannelse af medarbejdere i nøglepositioner ift. effektiv udnyttelse af energi. Erfaringer viser, at operatøradfærd kan have stor indflydelse på energiforbruget, men også at der skal arbejdes systematisk med mulighederne for at identificere præcist hvor indflydelsen gør sig gældende og få sat fokus på forbedringsmuligheder. En særlig undersøgelse af disse forhold kan omfatte følgende trin: 1. Kortlægning af operatørforhold Det bør bredt kortlægges hvor virksomhedens operatører har indflydelse på effektiv udnyttelse af energiforbruget, for eksempel: - Ved dosering af råvarer, luft m.m. til kemiske og bioteknologiske processer såvel som styring af procesparametre i disse - Ved gennemførsel af manuelle og automatiske rengøringsprocedurer (CIP) i fødevare-, fødevareingrediensindustri og farmaceutisk industri - Ved hyppig omstilling af procesudstyr og fremstillingsmaskiner til forskellige produkttyper med øget tomgangstab til følge - Ved kassation og re-processering af produkter i større omfang som følge af fejlproduktion - Ved betjening af ekstra reservekapacitet i forsyningsanlæg for at sikre back-up kapacitet i uforudsete driftssituationer Kortlægningen bør afdække hvilke tab der opleves i praksis og konkretisere det energiforbrug der kan spares ved korrekt operatøradfærd. 2. Procedurer og adfærd For områder med forbedringsmuligheder bør den særlige undersøgelse afdække hvilken adfærd og hvilke procedurer der vil fremme energieffektiviteten. Årsagerne til energitab kan for eksempel bestå i manglende erfaring eller uddannelse af operatører, men kan også ligge helt andre steder i organisationen for eksempel hvis salgsafdelingen beordrer hyppige skift i produktion eller procedurer for fremstilling af givne produkter. Ofte er operatører desuden ikke bevidst om hvilken energimæssig konsekvens deres handlinger har, og da kan simpel information være vejen til at spare energi. For de enkelt tab bør den særlige undersøgelse identificere hvilke tiltag der skal iværksættes for at forhindre tabene det være sig træning og uddannelse, ændring af procedurer (SOPs Standard Operational Procedures ) eller formidling af information.
BILAG 5 3. Implementering og nøgletal Virksomheden skal beskrive hvilke tiltag, der er iværksat eller planlægges iværksat for at udbedre tab som følge af forkert operatøradfærd. Det skal herunder beskrives hvilke nøgletal der anvendes til at følge op på operatøradfærden, hvilke procedurer der er for opfølgning og hvordan forbedringer kommunikeres internt i virksomheden. 4. Rapportering Undersøgelsen dokumenteres i en rapport, der systematisk beskriver de tab, der er identificeret i kortlægning af operatøradfærd, hvilke ændringer der er eller skal gennemføres for hvert af disse tab og hvilke nøgletal og procedurer, der skal anvendes for at minimere tabene. Herunder skal de forventede og de realiserede energibesparelser opgøres. Referencer Energistyrelsen har i 2003 udarbejdet rapport om samspillet mellem produktionsoptimering og energibesparelser generelt, se http://www.ens.dk/da- DK/ForbrugOgBesparelser/IndsatsIVirksomheder/energibesparelser_i_erhvervslivet/Documen ts/produktionsoptimering_rapport_2003.pdf Eksempler på virksomheder, der har arbejdet indgående med samspillet mellem energiforhold og operatørforhold er Aarhus Karlshamn, Lactosan, Novo Nordisk, Brdr. Hartmann og Novozymes.
BILAG 6 19. december 2011 Særlig undersøgelse: Vurdering af kølesystemer Undersøgelsen omfatter kølesystemer, der forsynes med elektricitet, afregnet som tung proces. Undersøgelsen kan også medtage andre kølesystemer, eksempelvis køling af ventilationsluft, serverrum og lagre. Kølesystemerne kan være med kompressorer og/eller frikøling (naturlig køling) i form af køletårne, tørkølere, grundvand, havvand osv. En undersøgelse kan omfatte følgende trin: 1. Elforbrug til køling Der skabes overblik over elforbruget til kølesystemerne, og om muligt opdeles elforbruget på hovedkomponenter som kompressorer, pumper og blæsere. Oversigten bør også omfatte elforbrugets variationer over døgnet, ugen og året. 2. Behovet for køling For hvert af virksomhedens større kølesystemer kortlægges hele "temperaturkæden" fra temperaturbehovet i procesanlæg, frostrum, køleluft osv. og til temperaturen af den varme, som fjernes fra virksomheden med eksempelvis luften om kondensatoren eller kølevandet. Også energimængderne opgøres, og der vurderes, om energimængderne kan reduceres og om temperaturerne kan hæves hele året eller en del af året. Derefter vurderes der, hvilke temperaturniveauer forsyningen med køleenergi mest hensigtsmæssigt kan opdeles på. Målet er at benytte mest mulig frikøling samt at hæve temperaturen af kølemedierne, eventuelt ved opdeling på flere kølesystemer. 3. Teknikken Med udgangspunkt i det konstaterede behov for køleenergi (energimængder, temperaturniveauer) vurderes de tekniske anlæg og mulighederne for energibesparelser. Det omfatter bl. a.: - mulighederne i frikøling - direkte/indirekte køling - for fordampere disses type samt blæsernes virkningsgrad og regulering - for kondensatorer disses udformning, placering og størrelse samt kapacitetsregulering mv. - pumpernes effektivitet og regulering og trykfaldet i systemet - effektiviteten af de enkelte kompressorer og af motorerne - reguleringen af den enkelte kompressor og af kompressor-bestanden på hvert temperaturnniveau 4. Overvågning Den eksisterende overvågning vurderes og sammenholdes med alternativer, herunder en COPovervågning, hvor ikke blot kompressorernes, men også de øvrige komponenters elforbrug indgår. 5. Varmegenvinding Mulighederne for at udnytte den bortkølede varme i produktionen eller til rumopvarmning og vandopvarmning undersøges. Ved kompressorkøling opdeles på varme fra varmgas, oliekøling og kondensatorer, og det undersøges, om oliekølingen kan omlægges til et højere temperaturniveau. Såvel en direkte udnyttelse som udnyttelse via varmepumper bør vurderes. 6. Vedligehold Der undersøges, om vedligeholdelsen er optimal ud fra et energibesparelses-synspunkt.
BILAG 6 7. Adfærd Mulighederne for at reducere elforbruget til kølesystemerne gennem bedre adfærd kan f. eks. omfatte bedre stabling af varer i kølerum, en løbende justering af mål-temperaturen for kondensatorer og lukning af porte til køle- og frostrum. 8. Rapportering Undersøgelsen dokumenteres i en rapport, og de afdækkede energibesparelsesmuligheder gøres op og tilbagebetalingstiderne beregnes. 9. Eksempel En virksomhed i sten-, ler- og glassektoren har et lukket kølevandssystem til køling af produktionsudstyret. Kølevandet varmeveksles med vandet i et åbent kølevandssystem med køletårne. Kølevandet i det lukkede system opvarmes fra 34 C til 37 C, men produktionsudstyret fungerer fuldt tilfredsstillende ved temperaturer op til 40 C. Kølevandsmængden kan således halveres. Kølevandspumpen er frekvensreguleret og vil derfor kun optage 15-20% af de nuværende 35 kw ved halv volumenstrøm. Besparelsen bliver 29 kw eller på årsbasis ca. 230 MWh.
BILAG 7 19. december 2011 Særlig undersøgelse: Energieffektiv regulering af motorsystemer 1. Indledning Undersøgelsen har fokus på en energieffektivisering af motorsystemer gennem en mere energieffektiv regulering af disse. I undersøgelsen vurderes, om det kan betale sig at skifte fra en regulering med eksempelvis drøvling, omløb, ledeskinner eller belastet drift/tomgang til mere energieffektive metoder som hastighedsregulering (omdrejningstalsregulering) med f. eks. frekvensomformerdrift af motorerne. Inden virksomheden sætter fokus på reguleringen af et motorsystem bør den vurdere systemets ydelse i forhold til det grundlæggende behov. Kan behovet dækkes på en energimæssigt billigere måde? Er tryk, volumenstrømme, temperaturer, bearbejdningsgrad osv. optimale i hele driftsperioden? Kører systemet unødvendigt i tomgang? Er det muligt at justere ydelsen og reducere motor-størrelsen, vil det blive billigere at gennemføre en løsning med f. eks. frekvensomformerdrift. 2. Hastighedsregulering Med hastighedsregulering tænktes der tidligere på jævnstrømsmotorer og tohastighedsmotorer, og i dag tænkes der som oftest på frekvensomformerdrift af asynkronmotorer. I de seneste år er der imidlertid fremkommet flere nye muligheder, bl. a. PMSM (Permanent Magnet Synkron Motor, der reguleres med en særlig frekvensomformer) og RM (Reluktans Motor, også med elektronisk styring). De nye muligheder omfatter både elektronisk styring og motor og vil derfor være dyrere end en frekvensomformer til en eksisterende motor, men da de har høje virkningsgrader i et stort hastighedsområde, bør de haves i tankerne som et alternativ til løsningen med frekvensomformer. 3. Vurdering af motorsystemer uden hastighedsregulering I motorsystemer uden hastighedsregulering er der tale om spild af energi, hvis ydelsen overstiger behovet, så det har været nødvendigt at nedregulere ydelsen eller at spilde noget af ydelsen. Eksempler herpå er pumpesystemer, hvor væskestrømmen tilpasses ved drøvling eller spildes ved overløb, ventilationssystemer med spjældregulering af luftmængden, køleanlæg, hvor kompressorydelsen tilpasses med glider, og procesluftskompressorer, hvor overskydende luft bortkastes. Motorsystemerne kan vurderes efter nedenstående procedure. Procedurens punkt 3 er en vurdering af elbesparelsesmulighederne. I bilag 1 er der vist to eksempler på, hvordan elbesparelsen kan opgøres. Punkt 5 i proceduren er et skøn over tilbagebetalingstiden. Omfatter den undersøgte løsning frekvensomformerdrift af en eksisterende motor, kan figur 1 bruges som en hjælp ved skønnet, idet figuren viser tilbagebetalingstiden som funktion af motorens mærkeeffekt (P m ) og den forventede specifikke elbesparelse B, hvor B = ΔE : P m ΔE er den forventede årlige elbesparelse. 1
BILAG 7 Tilbagebetalingstid for hastighedsregulering af motorsystem År 6 5 4 3 2 1 0 1 10 100 1000 Motor-mærkeeffekt, kw 250 500 1000 2000 4000 Figur 1. Tilbagebetalingstid for hastighedsregulering af motorsystem ved brug af frekvensomformer. Tilbagebetalingstiden er opgjort som funktion af motorens mærkeeffekt og "B", den opnåede besparelse i kwh pr. kw mærkeeffekt Figur 1 er beregnet ud fra en elpris på 0,70 kr./kwh og den i tabel 1 viste pris for frekvensomformere inkl. installationen. Mærkeeffekt, kw 1,1 3,0 5,5 11 30 90 200 400 Pris, kr./kw 5000 3200 2500 1900 1300 1000 850 750 Tabel 1. De i figur 1 benyttede priser på frekvensomformere inkl. installation Af figur 1 ses, at tilbagebetalingstiden skønnes til under 4 år, når B er over 2000 kwh/kw. Opgøres B eksempelvis til 500 kwh/kw, vil en regulering af motorer på 30 kw og derover med frekvensomformer have en tilbagebetalingstid under 4 år. En B-værdi på 500 kwh/kw svarer eksempelvis til en besparelse på 20% af motorens mærkeeffekt i 2500 h/år. Procedure for vurdering af, om et motorsystem bør hastighedsreguleres 1. Vurderingen udføres for motorer over 1 kw samt for grupper af motorer, der kan reguleres sammen (f. eks. motorer på rullebane) 2. Kun motorsystemer, hvor ydelsen nedreguleres eller noget af ydelsen spildes, vurderes 3. Elbesparelsen ved at overgå fra dagens regulering til en energieffektiv regulering opgøres (se evt. bilag 1) 4. Kan ændringen gennemføres enkelt, eksempelvis ved at ændre et remtræks udvekslingsforhold, vurderes økonomien i denne løsning 5. Forudsætter ændringen en regulering med frekvensomformer eller lignende, skønnes tilbagebetalingstiden (figur 1 kan benyttes som en hjælp) 6. Hvis tilbagebetalingstiden for den enkle løsning eller en løsning med frekvensomformer skønnes at kunne komme under 4 år, udføres en nærmere vurdering af besparelsesmuligheder, tekniske løsninger og økonomien. 2
BILAG 7 Ved den nærmere vurdering af besparelsesmuligheder og tekniske løsninger i procedurens punkt 6 kan værktøjet, omtalt i ref. 2 og 3, være en hjælp. 4. Vurdering af systemer med hastighedsregulering For motorsystemer med hastighedsregulering undersøges, om reguleringen stadig er optimal, eller om behovet for ydelsen er ændret. Et eksempel på ændret behov er et kølevandssystem, hvor vandflowet reguleres ud fra temperaturen i kølevandet, men hvor mål-temperaturen er ændret eller hvor de indhøstede erfaringer viser, at det er muligt at hæve temperaturen. Er der tale om en forholdsvis enkel form for hastighedsregulering, f. eks. med tohastighedsmotor, bør det overvejes. om der med fordel kan skiftes til f. eks. frekvensomformerregulering. Trin 5 og 6 i proceduren i afsnit 3 kan følges i det tilfælde. 5. Eksempel En mineraluldsvirksomhed gennemblæser den varme mineraluld for at køle den, inden den pakkes. Køleluftsblæseren reguleres manuelt af driftspersonalet ved indstilling af et spjæld. Køleluftsmængden kan optimeres ved hjælp af en hot-spot måling på mineraluldens overflade, hvor de målte temperaturer benyttes til at op- eller nedregulere blæseren, så luftmængden altid er optimal. Elbesparelsen i kraft af en mindre luftmængde og i kraft af frekvensomformerdrift i stedet for spjældregulering blev vurderet til 100 MWh/år og er efter omformerens idriftsættelse målt til 130 MWh/år eller 90.000 kr./år. Investeringen i hot-spot måleudstyret og frekvensomformeren var på 220.000 kr. Tilbagebetalingstiden blev således 2,4 år. 6. Referencer 1. Systemoptimering af elmotordrevet maskinudstyr. PSO-projekt nr. 338-009. Teknologisk Institut. September 2008 2. Værktøj til brug ved systemoptimering. PSO-projekt nr. 341-014. Teknologisk Institut. September 2011 3. Værktøjet kan downloades fra http://www.motorsystems.org/task-b/motor-systems-tool 3
BILAG 7 Bilag 1. Eksempler på skøn over elbesparelsen ved hastighedsregulering Spjældregulering af ventilationsanlæg og blæsere Det forudsættes, at volumenstrøm og spjældstilling mv. er faste. Motorens optagne effekt P måles, og den årlige driftstid D opgøres. Elforbruget E beregnes som E= P D. Trykstigningen over blæseren ΔH b og trykfaldet over spjældet ΔH sp måles. Elbesparelsen ved at hastighedsregulere motoren og åbne spjældet helt kan med rimelig tilnærmelse beregnes til ΔE = E (ΔH sp : ΔH b ) Drøvling af pumpesystemer Pumpemotorens optagne effekt P måles, og den årlige driftstid D opgøres. Det årlige elforbrug E beregnes som E= P D. H ΔHsp ΔHb Anlægskarakteristik inkl. drøvleventil A Anlægskarakteristik B Pumpekurve C Q Pumpens ydelse er nedreguleret ved drøvling, således at pumpen arbejder i punktet A, se figuren. Pumpetrykket er AC og tryktabet i drøvleventilen er AB. Den årlige elbesparelse ved at hastighedsregulere motoren og åbne ventilen helt, så arbejdspunktet bliver B, er ΔE = E (AB : AC) Fælles for begge eksempler Er dagens forhold ikke stationære således som det er forudsat ovenfor må der fastlægges nogle få typiske driftssituationer. Elbesparelsen opgøres for hver af disse som beskrevet ovenfor og summeres til den årlige elbesparelse. Den årlige elbesparelse kan fastlægges mere nøjagtigt, hvis der også tages hensyn til blæserens/pumpens og motorens virkningsgrad i arbejdspunkterne før og efter ændringen. 4