חסכון באנרגיה-יעילות משאבות

האיחוד האירופאי - תקן EUP

תכנית 20-20-20: עד שנת 2020

•20% יותר אנרגיה חליפית-שמש, רוח, ים.

•20% פחות פליטות CO2.

•20% פחות צריכת אנרגיה.

•ENERGY EFFICIENCY INDEX-EEI=0.7

•MINIMUM EFFICIENCY INDEX-MEI=0.2

•INDEX OF MOTOR EFFICIENCY INDEX-EEI=0.7

החל מאוגוסט 2015

סקר אנרגיה וחסכון באנרגיה בתאגידי מים וביוב

"האנרגיה הזולה ביותר היא האנרגיה שמעולם לא נצרכה".

במאמר זה נסקור דרכים שונות לחסכון באנרגיה במערכות שאיבת מים בתאגידי מים וביוב.

ניתן לחסוך באנרגיה (ובכסף) ואפשר להחזיר את ההשקעה בזמן קצר שכן פרויקטים של התייעלות אנרגטית מהווים את אחד מאפיקי ההשקעה הטובים ביותר עם תחזית רווחים טובה וסיכון קטן יותר בהשוואה להשקעות אחרות.

דווקא בימים אלו כאשר אנו עדים לביקוש גובר לאנרגיה מחד ולעליית מחירי הדלקים, הגז ומקורות אנרגיה נוספים מאידך, הופך ניהול האנרגיה לאתגר משמעותי. האתגר מחייב שימוש נבון ואפקטיבי יותר במשאבים קיימים והכנת תכנית עבודה הכוללת סדרת פעולות הנדסיות.

התוכנית מחייבת השקעות בהחלפת ציוד, שיפוץ ושיפור ציוד קיים, התאמת המערכות הקיימות לתנאי העבודה, שימוש יעיל במשאבים קיימים, יישום טכנולוגיות חדשניות לחיסכון באנרגיה ובעיקר על ידי ניהול מעקב שוטף, כאשר להשגת תוצאות מיטביות, יש לנקוט בגישה מערכתית משולבת הנוגעת במספר תחומים רב. בנוסף, חשוב לרתום למאמץ החיסכון את כל עובדי הארגון ולהסביר על המטרות, השיטות, האמצעים, האחריות הנדרשת ושיתוף הפעולה שבלעדיהם אין ההצלחה מובטחת.

תאגידי מים וביוב אשר הצליחו להבחין בין העיקר והטפל, הבינו היטב את המהות והפוטנציאל והשכילו להשקיע משאבי זמן וכסף השיגו תוצאות יפות אשר שינו את פניהם לעתיד.

תחנות השאיבה למים בתאגיד

מכלול שאיבת המים הינו הלב הפועם בכל מערכת אספקת מים. המכלול, שהינו צרכן האנרגיה הישיר והגדול ביותר במערכת, כולל מאגרי מים, יחידות שאיבה, צנרת ואביזרי צנרת, כאשר כל אחד מרכיבי המערכת טומן בחובו פוטנציאל להפסד אנרגיה וכל המרכיבים יחד גורמים להפסד גדול ומצטבר הנגרם בעקבות תופעות ידועות כגון: הפסדי עומד עקב חיכוך בצנרת ובאביזרי צנרת, הפרשי גובה בין נקודת השאיבה ליעד השאיבה וכו'. יתרה מכך, אי תקינות או אי התאמה של הציוד לתנאי העבודה הנדרשים עשוי לגרור צריכת יתר משמעותית של אנרגיה.

אותו מכלול טומן בחובו גם פוטנציאל חסכון כספי ניכר. אך חסכון בהוצאות האנרגיה וחסכון בהשקעה בתשתיות אינם הסיבות היחידות המאיצות תאגידי מים וביוב לחסכון באנרגיה. לסיבות הללו מצטרפים גם הרבדים הסביבתיים הכוללים, בין השאר, חסכון במים וניסיון ליצור סביבה בריאה יותר ע"י צמצום הזיהום ופליטת גזי החממה (GHG).

יעילות אנרגטית

יעילות אנרגטית קשורה באופן ישיר לטכנולוגיות אשר מפיקות את אותו מוצר סופי בפחות השקעת אנרגיה. לדוגמא, משאבת מים הפועלת ביעילות אנרגטית מעל 80%, צורכת פחות ממחצית צריכת האנרגיה ממשאבה ביעילות של 40%, כלומר צריכת אנרגיה סגולית  של  3.6 לעומת 7.1 ווט"ש למ"ק מים למטר גובה.

יעילות אנרגטית (שימוש יעיל באנרגיה) היא הדרך הזולה, הנקייה והמהירה ביותר להבטחת חסכון באנרגיה בתחנות שאיבה למים וקשורה באופן ישיר לאיכות הסביבה, כיוון שהיא מפחיתה את כמות גזי החממה הנפלטים לאטמוספירה.

ראוי לציין, כי יעילות אנרגטית היא בראש ובראשונה שימוש נבון באנרגיה, דבר שלעיתים אינו קשור בהכרח לחיסכון בחשמל. שימוש באנרגיה בזמן המתאים ובמידת הצורך, באמצעות טכנולוגיות יעילות וחסכוניות, אשר זמינות לכל דורש ומניבות תפוקה זהה (ולפעמים יותר) בפחות אנרגיה, מועיל לכל- למשתמש, לארגון, למדינה, לסביבה  ולעולם כולו.

לכן, תאגיד מים וביוב אינו יכול להרשות לעצמו להתעלם מפוטנציאל החיסכון באנרגיה ובמיוחד באנרגיה חשמלית.

בעזרת חזון, חשיבה ומספר צעדים פשוטים יחסית, תאגידי מים וביוב יכולים להשיג הפחתה משמעותית בעלויות מבלי לפגוע ברמת ובאיכות השרות (ספיקות ולחצים ברשת המים). עבור תשתיות המים והביוב האתגרים הללו רלוונטיים מאי פעם, בעוד המחסור במים מעמיק ומחירי המים מאמירים.

החיסכון בר השגה  כאשר החזון הופך לתכנית עבודה מעשית אשר תחילתה בסקר אנרגטי המקיף את כל חלקי התאגיד, דרך תכנון וביצוע וכלה בניהול מעקב שוטף, אשר תכנית חסכון באנרגיה אינה שלמה בלעדיו.

סדר פעולות בתוכנית חסכון באנרגיה

§      סקר אנרגטי- עריכת בדיקה מקיפה לציוד החשמלי הקיים לרבות ציוד השאיבה וביצוע מבחן הידראולי.

§      איסוף מידע וניתוחו - בדיקת נתונים ותוכניות, ביצוע חישובים כגון: חישוב נקודת העבודה של כל משאבה ומשאבה.

§      תכנון - הכנת סדר עדיפויות לביצוע על מנת להשיג חסכון משמעותי כבר בשלבים ראשוניים של הפרויקט, תכנון הציוד החדש ושינויים בציוד הקיים.

§      ביצוע - החלפה ושיפוץ הציוד ע"פ סדר עדיפויות.

§      ניהול ומעקב.

סקר אנרגטי

פוטנציאל החיסכון באנרגיה מחושב באופן משוער ומקורב בסוף הסקר אנרגטי מהווה את הצעד הראשון וההכרחי בדרך לאיתור מקורות בעלי פוטנציאל לחיסכון כלכלי. סקרים אנרגטיים מאפשרים איתור פרויקטים להתייעלות אנרגטית, תוך הבנת פוטנציאל החיסכון הכספי.

משאבות המים , צורכות יותר חשמל ממערכות אחרות, ולפיכך גם פוטנציאל החיסכון מהן גבוה יותר. על ידי שיפור הנצילות של משאבות המים עד לעמידה בתקן הישראלי ומעבר לו, ניתן להשיג חיסכון כלכלי מרשים, ולצמצם הפסדים הנובעים ממשאבות הפועלות מתחת לרמת הנצילות המרבית שלהן. הסקר מאפשר הערכת השקעות נדרשות ,עלותן וחישוב תקופת החזר ההשקעה.

סקר שמור אנרגיה

משרד האנרגיה והתשתיות בעזרת תקנות מקורות אנרגיה (בדיקת נצילות אנרגטית במתקני שאיבה), התשס"ד – 2004, מחייב כל חברה שבבעלותה ציוד שאיבה שצריכת החשמל שלו 150,000 קוט"ש בשנה או יותר לבצע בדיקת נצילות של מיתקן שאיבה ולתעד את נושא שימור האנרגיה בכדי לוודא שמתבצע חיסכון משמעותי בארגון. התיעוד מתבצע באמצעות סקר אנרגיה. ריכוז הנתונים בסקר מאפשר לקבל החלטות ולממש את המלצות הסקר.

ע"פ התקנות על בעל מיתקן שאיבה, לערוך בדיקת נצילות מתקן שאיבה אחת ל- 30 חודשים או  לאחר 7,500 שעות עבודה, לפי המאוחר.

הבדיקה תיערך על ידי בוחן משאבות המוסמך לערוך בדיקה כאמור, בעל ניסיון מוכח של 3 שנים לפחות בביצוע בדיקה כאמור או הפעלה או החזקה של מתקני שאיבה בהספק של 50 קו"ט לפחות

ישנה חשיבות עליונה לכך שהסקר יתבצע באופן מקצועי ויסודי. שיפור יעילות צריכת האנרגיה מתבטא בקיצוץ משמעותי בעלויות התפעוליות של הארגון, ומהווה חלק בלתי נפרד מתוכנית האיכות הכוללת המיושמת בארגון.

מטרות סקר האנרגיה :

מטרת סקר האנרגיה הנה איתור הפוטנציאל  לשימור אנרגיה במתקני התאגיד . הסקר מבוצע בהתאם לדרישות שבמפרט להכנת סקרים מקיפים לאיתור הפוטנציאל להתייעלות אנרגטית בישראל  בהוצאת משרד האנרגיה והמים.

לסקר מספר מטרות משנה :

1. קבלת תמונת המצב הקיים (ברמת האנרגיה וכפועל יוצא ברמת התחזוקה).
2. חישוב צריכת הבסיס של המתקן וקביעת מישור ייחוס לפרויקט.
3. זיהוי פוטנציאל התייעלות, זיהוי סיכונים וניהולם.
4. ביצוע בדיקות מקיפות של כדאיות טכנו – כלכליות להשקעה ולהחזר השקעה .
5. איתור נקודות השבחה מהיבט האנרגטי  שיש לבצע לגביהן ניתוח אנרגטי – כלכלי.
6. לבחון כדאיות כלכלית של יישום טכנולוגיות לשימור אנרגיה העשויות להביא לחסכון בהוצאות אנרגית לתאגיד בפרט ולמשק האנרגיה הלאומי .
7. לבצע פרויקט חלוץ ראשוני.

סקר אנרגיה, שמטרתו איתור הפוטנציאל לחיסכון באנרגיה בכל המערכות, מסתיים במסקנות והמלצות לגבי יישום השיטות והאמצעים המתאימים להשגת חיסכון בצריכת האנרגיה באתר השאיבה, תוך התחשבות בהשפעות על תפוקות העבודה, על הבטיחות, הרווחיות וההשלכות על פעולות האחזקה של תחנת השאיבה.

דרכים לאיתור פוטנציאל שימור אנרגיה

1.   אבחון ההתייעלות האנרגטית וניתוח צריכת סוגי אנרגיה , לפי מערכות האנרגיה העיקריות.

2.   ריכוז רשימת ECM (Energy Conservation Measure ) ובחינת התאמת כל  ECM  לתנאי העבודה כולל בחינה כלכלית של כדאיות שיפור כל  ECM.

3.   הכנת סדר עדיפויות ליישום לפי שקולי ההשקעה של  התאגיד.

4.   אבחון הפוטנציאל  לשימור אנרגיה.

5.   סיכום היעדים לחסכון באנרגיה השנים הקרובות.

סיכום

כאשר נערכים ליישום פרויקטים של התייעלות אנרגטית, חשוב להתוות מתודולוגיה ברורה ומסודרת, ולקבוע שיטות מדידה ומעקב אחר נתונים ושימוש יחד עם מדדים של התייעלות אנרגטית, אשר מציגים את היעילות האנרגטית של המיתקן , ונותנים ביטוי לשינויים במיתקן שיש בהם כדי להשפיע על צריכת האנרגיה שלו.

מדידה, אימות ובקרה מדויקים של תהליכי התייעלות אנרגטית חשובים להצלחתם של פרויקטים בתחום זה ועשויים לסייע לקבוע באופן מהימן את השיעור בחיסכון שהושג.

אמצעי חשוב הוא חשבונות החשמל התקופתיים המסייעים להצביע על שיפור בהוצאות החשמל בתום התהליך.

אמצעי נוסף בו ניתן להיעזר הוא הפרוטוקול הבינלאומי למדידה ולאימות של התייעלות אנרגטית IPMVP.

(INTERNATIONAL PERFORMANCE MEASUREMENT AND VERIFCATION PROTOCOL)

על שיטות מעשיות לחסכון באנרגיה במאמר הבא.

שיטות מעשיות לחסכון באנרגיה

במאמר הקודם דנו בחשיבות החיסכון באנרגיה ובדרכים להשיג חסכון. במאמר זה נסקור שיטות מעשיות לחסכון באנרגיה, שיטות אשר נעשה בהן שימוש בתאגידי מים וביוב רבים והניבו חסכון כספי ניכר.

איך מתחילים?

נקודת המוצא של פרויקט חסכון באנרגיה מתחילה בחישוב צריכת הבסיס של המתקן.

צריכת הבסיס תחושב על סמך סקר מעמיק שהתוצר שלו מספק כלים כמותיים ואיכותיים לזיהוי פוטנציאל החיסכון. צריכת הבסיס הינה מישור הייחוס אשר יש לראותו כיעד אליו יש לחתור.

ההפרש בין צריכת הבסיס לצריכה הנוכחית היא פוטנציאל ההתייעלות האנרגטית.

איתור הזדמנויות

השלב השני הוא איתור הזדמנויות להתייעלות אנרגטית על ידי קביעת פרופיל צריכת מרכיבי המתקן כגון: התפלגות הצרכנים, התפלגות שעות השימוש, הספק נדרש וכו'.

מומלץ לבצע את מכלול הבדיקות, הסקרים והחישובים בסיוע ובנוכחות מפעיל המתקן, הבקיא בשימושי האנרגיה ובהפעלת המערכת.

לאחר עריכת הסקר ואיסוף המידע מגיע שלב ניתוח המידע - ניתוח הנתונים וביצוע חישובים שונים כגון:

·           חישוב נקודת העבודה המיטבית של יחידת השאיבה היא חשובה ביותר כיוון ששמירה על פעילות המשאבה בנקודת עבודה זו אמורה להבטיח נצילות אנרגטית גבוהה הקרובה ביותר לתכנון. שינויים בפעילות המשאבה ובתנאי עבודתה גורמים לפעילות משאבה בנקודה שאינה נקודת העבודה. נקודה בה קיימת ירידה בביצועים, הנצילות האנרגטית נמוכה יותר מהמתוכנן ונגרם בזבוז אנרגיה מיותר.

·           ניצול נפח אגירה - בחינת נפח האיגום הקיים לצורך עבודה בתנאי תעו"ז, ניהול מיטבי של נפח האגירה על ידי שימוש במכשירים מדויקים ואיכותיים למדידת מפלס המים בבריכות האגירה, נוחים לגישה ולקריאה וחשוב אף יותר מכוילים ומתוחזקים כך שרמת הדיוק נשמרת יציבה.

אחד המפתחות החשובים והמשמעותיים לחסכון באנרגיה במערכות מים הינו הגדלת נפח האגירה והאיגום במאגרי המים וכצעד משלים הפעלת ציוד שאיבה בשעות היממה בהן תעריפי החשמל נמוכים באופן משמעותי יחסית לשעות אחרות ביממה. ההשקעה בבניית מאגרים הינה חשובה ומהווה גורם משמעותי בחסכון באנרגיה אך גם דורשת השקעות כספיות גבוהות ויקרות, מחייבת שימוש בשטחים (גם שטחים עירוניים יקרים) גדולים, תכנון ארוך טווח הדורש היתרים ואף הביצוע אינו מיידי.

·           שימוש בשיטת התעו"ז-תעריף עומס וזמן, היוצרת קשר ישיר בין שיאי הביקוש לחשמל ועלויות ייצור החשמל ואספקתו ע"י חברת החשמל בשעות השונות, לבין המחיר שמשלם הצרכן. התעו"ז בא לידי ביטוי ב-3 רמות שונות: ברמה השעתית (פסגה-התעריף היקר ביותר, גבע-תעריף ביניים, שפל-התעריף הזול ביותר), יומית (ימים א-ה, ימי שישי וערבי חג, ימי שבת וחג), עונתית (קיץ, חורף ומעבר).

לכל עונה מקבצי שעות שונים, ובנוסף גם מחירים שונים לכל תעריף בהתאם לעונה (כלומר מחיר קווט"ש בשעת פסגה ביולי שונה ממחיר קווט"ש בשעת פסגה בפברואר).

קיים הבדל משמעותי בין מחירי הפסגה בעונות המעבר לעומת פסגת חורף וקיץ: 52.5 אג' לקווט"ש בלבד בעונות המעבר, לעומת 114.16 ו- 125.22 בחורף ובקיץ בהתאמה!

בנוסף, ההבדלים בין מחירי השפל לפסגה בעונות הקיץ והחורף גדולים יותר מאשר בעונות המעבר: ההפרש בעונות המעבר בין שפל לפסגה הוא 10.1 א"ג בלבד, לעומת הפרש של 75.42 ו- 90.11(!) בחורף ובקיץ בהתאמה.

·           שיפור מקדם הספק- לשיפור מקדם ההספק יש חשיבות כלכלית רבה. ככל שמקדם ההספק קרוב יותר ל-1 , ההספק המדומה המועבר במערכת החשמל קטן. מצב אידאלי של מקדם הספק הוא 1, אך כוון שמערכות הן מערכות דינמיות כלומר ההספק משתנה כל רגע ורגע אזי אנו בונים מערכת שבה  מקדם הספק בה נע טווח בין 0.92 ל- 1. חברת החשמל מחייבת בתוספת תשלום למחיר החשמל צרכני מתח נמוך שמקדם ההספק שלהם נמוך מ- 0.92, כאשר תוספת התשלום יכולה להגיע לשיעור גבוה בחשבון החשמל. ע"מ להגדיל את מקדם ההספק ולהמנע מתוספת תשלום נדרש הצרכן לשפר את מקדם ההספק לערך הגדול מ-0.92.

דרכים לשיפור מקדם ההספק:

את  ההספק הראקטיבי ניתן להקטין ב-3 דרכים:

1.    הוספת צרכנים טהורים (ע"מ להגדיל את ההספק הפעיל).

2.    הוספת מנועים סינכרוניים (העובדים במצב קיבולי) למערכת.

3.    חיבור קבלים (במקביל לצרכנים).

·           motor & Pump Efficiency– עבודה עם ציוד שאיבה בעל נצילות אנרגטית גבוה ובעל אנרגיה סגולית נמוכה.

כאשר יעילות אנרגטית של 70% נחשבת סבירה אך בערכים נמוכים יותר מומלץ להעביר את המשאבה לשיפוץ. אנרגיה סגולית רצויה תהיה נמוכה מ- 4 וואט למ"ק למטר גובה.                                       קיימת חשיבות רבה גם לבחירת המנוע החשמלי. בארה"ב ובאירופה נקבעו תקנים לקביעת נצילות מינימלית למנועים, בישראל קיים תקן מס' 5289 (נצילות אנרגייה מינימלית של מנועי השראה חשמליים אסינכרוניים, תלת-מופעיים, כלוביים) תקן זה קובע דרישות לרמות נצילות מינימליות של המנועים מחייב סימון של נצילות המנוע על השלט ומחייב יצרנים ויבואנים בבדיקה תקופתית של נצילות במעבדות מוסמכות.

תכנון

תכנון של מתקני שאיבה מתוך חשיבה אנרגטית ועל פי הצרכים האמיתיים לרבות בחירת ציוד השאיבה בגודל ובהספק המתאים באופן מיטבי לביצועים הנדרשים ואינו ב"גודל יתר" (OVERSIZE). שלב התכנון כולל קביעת סדר עדיפויות לביצוע על מנת להשיג חסכון משמעותי כבר בשלבים ראשוניים של הפרויקט, תכנון הציוד החדש ושינויים בציוד הקיים.

ביצוע

·         החלפת ציוד שאיבה בלוי, שחוק ובעל נצילות אנרגטית נמוכה בציוד יעיל, חדיש ומתקדם.

·         שיפוץ והתאמת הציוד לאופי העבודה המדויק הנדרש.

·         שימוש בציפויים מתקדמים המסייעים במניעת קורוזיה אך גם בעלי חלקות גבוהה המאפשרים לצמצם את הפסדי החיכוך במשאבה.

·         שינוי עקום המשאבה להשגת שיפור יעילות אנרגטית והתאמת ביצועים.

אופטימיזציה

חסכון באנרגיה בעזרת תוכנות חכמות המבוססות על אלגוריתם ממוחשב המאפשר תפעול יעיל בהתחשב בתעריפי החשמל, הסטת עומסים בהתאם לתעריפי החשמל, חיזוי צריכה באמצעות גרף שינוי המפלס במאגר המים בציר הזמן, איתור נקודת ההפעלה האופטימלית בהתאם לתעריף ובחירת המשאבה היעילה ביותר.

הבדיקה מתבצעת באופן שוטף ברמה היומית ובונה קובץ נתונים ממוחשב של "התנהגות" שאיבת המים למאגרים.

ניהול ובקרה.

מעקב שוטף אחר נתוני השאיבה (שעות עבודה, ביצועי המשאבה, ספיקה, עומד, צריכת זרם וכו') וכן מעקב אחר מצבם המכני של המשאבה והמנוע (חום, רעידות, נזילות וכו').

הקמת מערכת בקרה אשר חשיבותה אינה רק בהיבט התפעולי אלא גם בצמצום צריכת האנרגיה, על ידי אספקת נתונים מדויקים במהירות ותמיכה בתהליכי קבלת החלטות בתחום אספקת המים (לדוגמה: בחירת המשאבה בעלת הנצילות האנרגטית הגבוהה ביותר). מערכת זו, שאמורה לספק תמונה ברורה של התהליך האנרגטי, צריכה להיות פשוטה לתפעול ולתחזוקה וכן מערכת המאפשרת הוספת מודולים חדשים.

תחזוקה מונעת

תחזוקה הינה פעולה מתמדת לשמירה על מצבו התקין של רכוש, כגון מיתקנים או מכונות, כדי למנוע הידרדרות במצבם, כך שיוכלו לבצע כראוי וביעילות את המטרות שלהם הם נועדו. המטרה של פעולות התחזוקה היא להאריך את משך פעולתם של המיתקנים ככל האפשר, מאחר שאלה מתקלקלים ומתבלים בתהליך השימוש.

היות ותחזוקה נועדה למנוע ולהקטין את האפשרות לשבר או לקלקול שיביא להקטנת התפוקה השוטפת של ציוד או תהליך, היא מכונה גם 'אחזקה מונעת' (preventive maintenance).

תחזוקה מהסוג היקר ביותר, היא זו המתבצעת כאשר מתקנים מכונה שיצאה מכלל פעולה. זול יותר בהרבה לבצע תחזוקה מונעת כמעשה של שגרה, במקום להמתין עד לקריסת הציוד.

תחזוקה מונעת מסייעת גם בהקטנת הוצאות האנרגיה- חום, נזילות ורעידות הן דוגמאות לתופעות הגורמות לבזבוז אנרגיה מיותר.

סיכום

פרויקט חסכון באנרגיה הוא תהליך אשר בסופו נושא פירות הן באופן ישיר (הקטנת הוצאות האנרגיה) והן באופן עקיף (הקטנת הוצאות התחזוקה).

הדאגה לסביבה יכולה להניע אנשים פרטיים ואת כלל הציבור, אולם אין זו הסיבה היחידה. לחברות עיסקיות הרוכשות, מתקינות  ומפעילות משאבות ומנועים חשמליים יש סיבה עסקית טובה בהרבה כדי לנסות לחסוך באנרגיה – הפיכת הפעילות שלהן ליעילה יותר מבחינת עלויות. שילוב גורמים זה, מאפשר הפחתת השימוש בחשמל על ידי התקנת ציוד שאיבה יעיל יותר מבחינה אנרגטית, מקדם את שתי המטרות החשובות האלה.

במאמר זה הוזכרו שיטות לחסכון באנרגיה אך קיימות דרכים נוספות כגון השלת תדר, השלת עומסים יזומה-הפעלת דיזלגנרטורים פרטיים, פסגה ניידת ועוד בעזרתן ניתן לחסוך באנרגיה.

על כך נרחיב במאמר הבא.