31
Eficienţa energetică în industrie Ing. Ec. Martin Beck www.efficiency-from-germany.info
Eficienţa energetică în industrie
Ing. Ec. Martin Beck
www.efficiency-from-germany.info
Prezentarea Universităţii
Tehnologice din Darmstadt şi a
PTW
Eficienţa energetică în industrie
Rezultatele proiectului de
cercetare Maxiem
Proiectul „Fabrica ETA”
AGENDA
UT Darmstadt şi PTW: un motor al inovării
26.000 studenţi
303 profesori (f/m)
13 departamente
5 domenii de studiu
110 specializări
3.500 studenţi
27 facultăţi
700 angajaţi
70 doctorate în 2013
1300 participanţi la
cursuri pe an
12 cursuri / seminarii
87 angajaţi
50 proiecte de
cercetare şi industriale în
desfăşurare
Grupurile de cercetare PTW
Domenii principale de aplicare:
Inginerie mecanică
Industria auto
Inginerie aerospaţială
Tehnologie dentară
Maşini-unelte
şi componente
Tehnologie
de prelucrare
Producţie de
microcomponente
Centru pentru
productivitatea industrială
(fabrică pentru învăţarea proceselor)Managementul producţiei
industriale
Producţie
sustenabilă
Centrul pentru
Productivitate
Industrială (CPI)
Managementul
Producţiei Industriale
Producţie
sustenabilă
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Zeit [sec]
Wirkle
istu
ng [W
]
• Dezvoltarea competenţelor
pentru procese de îmbunătăţire
continuă
• Producţie pe bază de
componente flexibile
• Producție și IT Lean
• Sisteme de asamblare şi
intralogistice flexibile
• Calitate Lean
• Proiectare integrată a planului
de amenajare a fabricii şi a
sistemului de producţie
• Management optim al sculelor
şi creşterea disponibilităţii
• Protecţie împotriva piratării
produselor
• Industria 4.0
• Simularea consumului de
energie al proceselor de
producţie
• Eficienţa energetică a
lanţurilor de procese
• Recuperarea energiei în
producţie
• Analiza şi evaluarea
măsurilor de eficientizare
Grupuri de cercetare în domeniul managementului producţiei
Utilaje Instalaţii de încercări Instrumente de măsură
5 instalaţii de încercări HSC cu
5 axe
2 centre de uzinare cu 4 axe
4 centre de uzinare cu 3 axe
1 centru de microuzinare cu 5 axe
3 strunguri CNC
3 roboţi cu arbore portfreză
2 utilaje DLMS
• Maşină de măsură în coordonate (Leitz PMM 864, Quindos7)
• Scanner de suprafeţe 3D
• Microscoape de măsură
• Instrumente de măsură a suprafeţei şi formei
• Analizor REM şi EDX
• Camere de mare viteză
• Instalaţii de încercări pentru
arbori motoare
• Instalaţii de încercări pentru
Instrumente de măsură liniare
• Instalaţie de încercări
centrifugală
• Aparat de încercare a
echilibrării
• Dinamometre
Laboratorul de încercări al PTW
Prezentarea Universităţii
Tehnologice din Darmstadt şi a
PTW
Eficienţa energetică în industrie
Rezultatele proiectului de cercetare
Maxiem
Proiectul "Fabrica ETA"
AGENDA
Tranziţia energetică
Fabrica în contextul reţelelor electrice ale viitorului
Reţea de distribuţie
de înaltă şi medie
tensiune
Super-reţea
de distribuţie
Reţea de distribuţie
de joasă tensiune
• Electrocentralele
convenţionale mari
centralizate produc energie
electrică şi stabilizează
reţeaua de distribuţie
• Unităţi de producţie
descentralizate
• Consumatori suplimentari
• Electrocentrale convenţionale
mari numai pentru stabilizare
• Dispariţia electrocentralelor
convenţionale mari
• Noi electrocentrale mari
flexibile
Tranziţia energetică: fapte şi proiecţii
Cererea de energie finală în Germania
529
616
713
Industrie
599
657
732
Comerţ
Desfacere
Servicii
-26%
-18%
-36%
-37%
Transport
240
273
374
Gospodării
private409
525
648
2050
2030
2011
26
15
30
29
25
13
32
30
23
14
30
[TWh] [%]
Importanţa eficienţei energetice creşte – iniţierea unui plan de acţiune naţional
Promovarea de măsuri de implementare pentru îndeplinirea obligaţiilor UE privind
economia de energie (20% până în 2020)
Constituirea de competenţe intersectoriale pentru îndeplinirea acestor obiective
Sursa: AGEB a, Prognos/ EWI/GWS 2014)
• Industria rămâne cel mai mare consumator de
energie din Germania
• Potenţialul de economisire a energiei în industrie este
subestimat în momentul de faţă
o Soluţiile sunt adesea complexe
o Fiecare fabrică funcţionează altfel
o Conceptele holistice sunt arareori luate în considerare
Sectoarele inginerie mecanică / construcţii de
automobile
• Creşterea volumului producţiei conduce la creşterea
consumului de energie
• Însemnătatea acestor sectoare pentru tranziţia
energetică sporeşte
Tranziţia energetică
Producătorul în contextul tranziţiei energetice
Eficienţa
• Met. de
producţie
• Componentelor
• Utilajelor
• Clădirilor
Separarea
cronologică a
furnizării şi
consumului de
energie
(Stocare)
Monitorizarea
energiei şi
managementul
energetic predictiv
(Reţele de distribuţie
inteligente)
Interacţiunea
energetică
• Fabrică
• Zonă industrială
• Mediul urban
Recuperarea
energiei şi cuplarea
tipurilor de energie
Viitoarele domenii de cercetare tehnologică în sfera eficienţei energetice
Eterm
Eelectr
Metode de evaluare a efectelor
CHP
Consumul de energie electrică
Motivaţia pentru creşterea eficienţei energetice în industrie
Sursa: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V
Motivaţia pentru creşterea eficienţei energetice în industrie
2. Relevanţa politică- Obiectivele climatice: Guvernul german şi UE
- Modificările legislative
(De ex. etichetele ECO)
3. Eficienţa costurilor- Costul energiei are un impact semnificativ
asupra costurilor totale ale unei companii
- Se anticipează creşterea costului energiei
1. Responsabilitate socială corporativă- Contribuţie la protecţia mediului şi climei
- Obiectivele interne de reducere a emisiilor
de CO2
2%4%
7%
HVAC
Pompe
Aer
com-
primat
1%
50%
Energie
mecanică20%
Apă
caldă
100% 5%
Iluminat11%
ICT
Răcire/încălzire
tehnologică
Distribuţia consumului de energie în industrieConsumul total 232,6 mld. kWh
Sursa: Pilotstudie AG Energiebilanzen, Fraunhofer ISI 2011
Consumul de energie electrică în Germania, 2012Consum total: 533,2 mld kWh
Gospodării
26%
Comerţ,
desfacere,
servicii
24%
Industrie
47%
Potenţialul de economisire a energiei în industrie
Investiţiile în eficienţa energetică sunt investiţii în viitor
• Eficienţa energetică nu este luată în considerare
atunci când se fac investiţii
• Este necesară o amortizare a investiţiei în 1-3 ani
• Numai 1/3 dintre companiile din Germania au
implementat un sistem de monitorizare a eficienţei
energetice şi de îmbunătăţire a proceselor
Situaţia actuală
• Luarea în considerare a impactului asupra mediului şi a
costurilor viitoare ale energiei atunci când se fac investiţii
• Dezvoltarea de înlocuitori pentru procesele mari
consumatoare de energie sau materiale ori eliminarea
acestora
• Dimensionare
• Izolare
• Nivel temperatură
Posibilităţi de creştere a
eficienţei
Posibilităţile de economisire a energiei în tehnologiile
generice
În industrie, se poate realiza o economie de energie de
25-30%
Sursa: http://regions202020.eu/cms/themes/industry/%
Prezentarea Universităţii
Tehnologice din Darmstadt şi a
PTW
Eficienţa energetică în industrie
Rezultatele proiectului de
cercetare Maxiem
Proiectul "Fabrica ETA"
AGENDA
Studiu de caz
Necesarul de energie electrică al unui punct de producţie
Studiu de caz: 60% din consumul de energie pentru
prelucrarea unui ax rotativ sunt generate de maşina-
unealtă
Sursa: PTW 1999
Rezultatele analizei consumului de
energie al unui strung Traub TNS 65/80 D
folosit în producţie la Heidelberger Druck
AG
Proporţia ridicată a consumului de
energie a unui strung în starea de
aşteptare
Sursa: PTW 2008
Sisteme hidraulice
Sist. electrice de putere şi acţionări manuale
Lubrifiant presiune joasă
Transformator 24 V şi SPC
Ax principal ventilator
Carcasă ventilatoare
Pompă presiune lubrifiant
Răcire lichid hidraulic
Transformator 230 V
Iluminat
Pompă presiune lubrifiant răcire
Consum energie
Proporţie mod aşteptare Proporţie mod prelucrare
Tăiere 4%Transport 5%
Servicii clădire 22%
Alimentare agent răcire/
Evacuare 6 %
Maşină-unealtă 63%
Evoluţia preţului energiei utilizate în industrie
23%8%
8%
Întreţinere
Reparaţiicosturi
spaţiu
Aer
comprimat
5%
10987654321
Durata de exploatare [ani]Investiţie iniţială de
198.000 €
Costurile anuale de exploatare a unei maşini-unelte
26%
Energie
electrică 30%
capital
investit
Costurile anuale de exploatare*
38.400 €
Nu sunt incluse:
Costurile personalului, sculelor şi materialelor
100%
Costul energiei are o pondere însemnată în costurile
anuale de exploatare a unei maşini-unelte
Sursa: Studiul COSTRA PTW
0,00 €
0,02 €
0,04 €
0,06 €
0,08 €
0,10 €
0,12 €
0,14 €
0,16 €
EEG-Umlage
Generation, transport, distribution, etc.
Contribuţie legea energiei regenerabile
Generare, transport, distribuţie etc.
+88%
+30%
Sursa: BDEW - Erneuerbare Energien und das EEG: Zahlen, Fakten, Grafiken 2014
Costurile anuale de exploatare a unei maşini-unelte
Transferabilitatea soluţiilor de eficientizareMaşinile-unelte sunt un foarte bun exemplu de tehnologie generică de eficientizare
Care este efectul real al măsurilor de eficientizare?
-45%
-40%-30%
-70%
Antrenări electrice
Sisteme hidraulice
Răcitor
Pompe centrifuge
Sisteme pneumatice şi de aer
comprimat
Pompe de presiune
Tehnologii IT&C
Proiectul de cercetare MAXIEMMaximizarea eficienţei energetice a maşinilor-unelte
Optimizarea procesului
Componente şi dispozitive de acţionare
eficiente energetic
Controlul componentelor utilajului în funcţie
de cerere şi proces
Configuraţia sistemului
• Reducerea consumului de agent de
răcire
• Sistem hidraulic de încărcare a
acumulatorilor
• Reducerea sau evitarea presiunii
ridicate a agentului de răcire
• Reducerea duratei ciclurilor
• Intrare automată în modul de
aşteptare în timpii morţi din
producţie
• Pompă de presiune cu
regulator de viteză pentru
agentul de răcire
• Evacuare centralizată
• Răcirea utilajului în funcţie de
temperatura mediului ambiant
• Electromotoarele şi pompele
sistemelor de răcire
• Electromotorul şi ventilatorul
sistemului de evacuare
• Sistemul de răcire a tabloului de
comandă şi utilajului
Prezentare generală a optimizărilorEconomia de energie pentru 3 schimburi şi 6 zile/săptămână
6377
2891
2275
7796
11213
12167
1883
4474
17152
2494
13935
18919
4373
2891
9852
0
5212
1883
4474
1658
547
901
4743
12167
Pompă elevator lubr. răcire
-75%
Purjare, stropire lubr. răcire
Presiune ridicată lubr. răcire
Ansamblu antrenare
-27%
Sursă 230 V
Sursă 24 V
-63%
-100%
-93%
-43%
-31%Aer comprimat
Ventilaţie evacuare
-64%
Aer condiţionat tablou comandă
Răcitor utilaj
Instalaţia hidraulică
Amorsare, filtru lubr. răcire
kWh/an
-52%
48.620 kWh
101.547 kWh
Sistem optimizat
Situaţie iniţială
Economie totală de
energie [kWh/an]
• Prezentarea Universităţii
Tehnologice din Darmstadt şi a
PTW
• Eficienţa energetică în industrie
– Rezultatele proiectului de
cercetare Maxiem
• Proiectul "Fabrica ETA"
AGENDA
Provocarea
Creşterea holistică a eficienţei energetice
În prezent: Optimizarea izolată a diferitelor sisteme dintr-o fabrică
Viziunea noastră: Optimizarea holistică a fabricii, incluzând toate subsistemele
~ 25 %
Economie
Interacţiunea dintre:
• Utilaje
• Lanţurile de procese
• Clădiri
Sinergii prin măsuri de control şi
recuperare a energiei
Utilajul
30%
Lanţul de procese
20%
~ 40 %
Clădirea
25%
Sursa: Prof. Ing. J. Eisele
Potenţial
Procesul 1 Procesul 2 Procesul 3 Procesul 4
Logis
tică
Logis
tică
Logis
tică
Procesul
iniţial de
configurare
Montaj
Implementarea unui lanţ de procese real
pentru cercetarea interdisciplinară şi orientată spre
practică a diferitelor subiecte legate de producţia
eficientă din punctul de vedere al consumului de
energie şi resurse
Dezvoltarea unui proces de
instruire pentru transpunerea
rezultatelor cercetării în
practică
Dotarea unei noi clădiri pentru
cercetare pentru integrarea lanţului de
procese şi realizarea de experimente
privind interacţiunea dintre procese şi
clădiri
Viziunea “Fabrica ETA”:Îmbinarea cercetării interdisciplinare cu educaţia industrială în domeniul eficienţei
energetice
Structura proiectului "Fabrica 𝜼"
Subproiectul 1
Fabrica virtuală eficientă energetic
Subproiectul 2
Controlul şi managementul energiei
Subproiectul 3
Curăţarea eficientă energetic a componentelor
Subproiectul 4
Tratare termică eficientă energetic
Subproiectul 5
Prelucrare prin aşchiere eficientă energetic
Subproiectul 6
Stocare a energiei cu volantă
Subproiectul 7
Interacţiunea termică între clădire, infrastructură şi
utilajele de producţie
Subproiectul 8
Clădirea eficientă energetic
Principalele inovaţii
Interacţiune energetică Un singur material: beton Structură modulară
Îmbinare energetică Control holistic Nivelarea vârfurilor de sarcină
a utilajelor, serviciilor din clădire şi al energiei prin stocarea energiei
clădirii cinetice
Combinare energetică a Îmbunătăţire energetică Nivelarea vârfurilor de sarcină
controlului utilajelor a utilajelor prin concepte de control inovatoare
Stator
Rotor
Rulment magnetic
activ
Unitate
motor-
generator
Rulment magnetic
activ
Rece Cald
Principalele inovaţii
Combinarea energetică a utilajelor
Economie de energie electrică de ~ 60%
Răcire Încălzire
Încălzire băi
Energie electrică
[kW/an]
Răcitor uscat
Recuperarea energiei
Utilizarea căldurii reziduale din procesul de prelucrare
Principalele inovaţii
Componente integratoare, active din punct de vedere termic
izolaţie cu
vată minerală
panouri de faţadă din
UHCP (beton de ultra-
înaltă performanţă
structură de susţinere:
grinzi PI din beton de
înaltă performanţă
covoare capilare
pentru activare
termică
covoare capilare
pentru activare
termică
Principalele inovaţii
Componente integratoare, active din punct de vedere termic
• Stabilitate mare, cu un consum redus de materiale
Principalele inovaţii
Componente integratoare, active din punct de vedere termic
Comparaţie
Beton negru faţă de
beton alb
Prezentare generală a proiectului
Subproiecte: 8
Volum de lucru: 911 luni
Parteneri: 37
Capital
industrial:aprox. 4 mln €
Volum total: aprox. 15 mln €
Vedere în sala maşinilor
Vedere de sus,
din birouri
Explicarea
conceptului la
începutul turului
Vedere în fabrică
din sala de şedinţe
www.efficiency-from-germany.info
Prof. Dr. Ing. E. Abele
Institut für Produktionsmanagement,
Technologie und Werkzeugmaschinen
Technische Universität Darmstadt
Petersenstr. 30
64287 Darmstadt
Tel: +49 61 51 | 16 21 56
Fax: +49 61 51 | 16 33 56
e-mail: [email protected]
www.ptw.tu-darmstadt.de
Vă mulţumim pentru atenţia acordată!
