L'efficienza energetica industriale è matura grazie alla trasformazione digitale

I consumatori che hanno utilizzato meno energia durante la pandemia da COVID-19 hanno fatto notizia, ma una maggiore fonte di potenziale risparmio energetico diventa ogni giorno più rilevante in tutti i settori: quasi il 63% dell'energia persa creata per i mercati dell'elettricità, dei trasporti, industriali, commerciali e residenziali.

Mentre le aziende valutano la road map per raggiungere gli obiettivi net zero, questa perdita di energia può deviare slancio e passaggi immediati verso un obiettivo vitale di sostenibilità.

Parte dell'energia generata da una fonte di combustibile come il gas o il carbone, l'energia persa viene dissipata o sprecata, spesso sotto forma di calore, come il calore di una centrale elettrica alimentata a carbone, il motore di un'automobile o una lampadina ad incandescenza. La ricerca mostra che in qualsiasi impianto industriale, quasi due terzi (circa il 67,5%) dell'energia immessa vengono persi prima di raggiungere lo scopo previsto: incrostazioni di scambiatori di calore, scarso controllo della combustione, perdite nei sistemi ad aria compressa o guasti dei separatori di condensa. L'efficienza dei nostri impianti di produzione, delle automobili e delle lampadine determina quanto calore di scarto viene prodotto e quanto combustibile ed elettricità possono essere utilizzati in modo produttivo.

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Ascolta Mike Train, Chief Sustainability Officer di Emerson, che spiega lo U.S. Energy Sankey Diagram.


Poiché il settore industriale rappresenta il 23% del consumo energetico totale e un tipico impianto industriale spende dal 30 al 50% del proprio budget operativo in energia, è fondamentale concentrarsi sull'efficienza energetica industriale per ridurre al minimo la perdita di energia. I dati di Emerson mostrano che le aziende industriali possono ridurre il consumo energetico dal 5% al 15% utilizzando tecnologie e software per la gestione energetica che forniscono misurazioni dell'energia, monitoraggio, targeting e report migliori. In definitiva, questi risparmi si sommano: un cliente di una raffineria ha riscontrato risparmi energetici superiori a 20 milioni di dollari in un anno.

Una solida gestione delle emissioni ha un effetto domino e, in generale, le aziende nel primo quartile utilizzano il 20% in meno di energia e hanno meno della metà dell'intensità energetica di quelle nell'ultimo inferiore.

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Esistono strategie chiave che le aziende possono implementare per raggiungere la gestione energetica da primo quartile.

Le tecnologie digitali avanzate offrono visibilità in tempo reale sulle prestazioni energetiche, in modo che gli operatori possano intraprendere azioni correttive. Da anni i sensori intelligenti, in particolare i dispositivi wireless, forniscono un migliore monitoraggio delle apparecchiature, fornendo un rilevamento tempestivo di potenziali guasti che possono avere un impatto sulle prestazioni e comportare un maggiore consumo energetico. Le tecnologie Digital Twin aiutano a ottimizzare la progettazione e il funzionamento degli impianti, introducendo nuovi protocolli per risparmiare energia senza influenzare le prestazioni dell'impianto. Anche le nuove illuminazioni a LED consentono di risparmiare migliaia di dollari in costi energetici nei grandi impianti industriali.

Probabilmente il più grande progresso degli ultimi anni è quello che definiamo "fitness tracker per l'energia industriale", un sistema informativo per la gestione energetica (EMIS). Storicamente, gli impianti industriali hanno esaminato i dati mensili sul consumo energetico nel tempo per monitorare le perdite di energia. Un EMIS fornisce informazioni aggiornate e significative sul consumo energetico di un sito per identificare meglio inefficienze e irregolarità, fornendo dati e analisi in tempo reale per il processo decisionale, con conseguente risparmio di milioni di dollari all'anno.

Si prendano come esempio gli impianti di Abqaiq di Saudi Aramco, che forniscono il 15% della produzione petrolifera globale. Saudi Aramco ha implementato EMIS di Emerson per ottimizzare le operazioni e gestire meglio il consumo energetico. Il sistema ha fornito una maggiore visibilità delle prestazioni operative, ridotto significativamente i tempi di risoluzione dei problemi e identificato i valori e i punti di regolazione migliori, con un risparmio energetico di 22 milioni di dollari all'anno.

Sebbene EMIS offra un'analisi completa della gestione energetica, esistono altre applicazioni specifiche che dimostrano la verità del vecchio adagio: non è possibile gestire ciò che non si può misurare. Se combinate con software come gli strumenti di analisi, le misure forniscono dati per un migliore processo decisionale per migliorare l'efficienza energetica, la sicurezza e l'affidabilità. Di seguito si trovano cinque priorità di misura fondamentali per la gestione energetica.
 

• Monitoraggio dei separatori di condensa. La maggior parte degli impianti industriali utilizza il calore del vapore per fornire l'energia per le proprie operazioni. Una fattura energetica tipica di un impianto può andare da 20 a 30 milioni di dollari all'anno. Troppo spesso le migliaia di separatori di condensa che lasciano uscire l'acqua condensata dai sistemi a vapore di questi impianti sono trascurate. Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, nei sistemi a vapore che non sono stati sottoposti a manutenzione per tre-cinque anni, tra il 15% e il 20% dei separatori di condensa è guasto. I costi si possono accumulare: un impianto di produzione di energia elettrica, per esempio, ha scoperto che uno separatore di condensa che perdeva costava $ 2.200 al giorno. Solitamente ispezionati manualmente una volta all'anno, ora i separatori di condensa possono essere monitorati acusticamente con dispositivi intelligenti, che avvisano gli operatori di apparecchiature guaste. La perdita di energia può essere recuperata monitorando gli scaricatori di condensa. L'azienda petrolchimica sudafricana Sasol Technology ha installato monitor acustici solo sui 20 separatori di condensa più critici e ha risparmiato $ 42.000 in costi di vapore e $ 15.000 in costi di manutenzione ogni anno. I monitor intelligenti si sono ripagati in meno di tre mesi.
• Misurazione di fluidi per servizi pubblici quali acqua, aria, gas e vapore. Sebbene gli operatori degli impianti sappiano quanto gas naturale acquistano ogni anno, non sempre sanno quanto ne viene utilizzato da ciascuna unità di processo. I misuratori di portata aiutano a rilevare perdite o cambiamenti insoliti nel consumo energetico, bilanciare il flusso di energia nei punti di utilizzo e dare priorità agli interventi di risparmio energetico. Una cartiera del New England ha implementato tecnologie di misurazione della portata e ora conosce quasi tutto il consumo energetico dello stabilimento. Il progetto si è ripagato in meno di otto mesi, con risparmi ben superiori a 1 milione di dollari in costi energetici nel primo anno.
• Misurazione dell'aria compressa. I sistemi ad aria compressa sono i principali utilizzatori di energia e possono anche essere le principali fonti di perdite. Di fronte all'aumento dei costi operativi, alla necessità di una maggiore capacità e alle preoccupazioni per la carenza di aria compressa, un impianto chimico sudamericano ha aggiunto tecnologie di misurazione della portata e ha visto un miglioramento del 10% nell'efficienza complessiva del sistema dell'aria compressa, con una riduzione dei costi energetici pari a $ 750.000 all'anno.
• Controllo preciso dei livelli dell'acqua delle caldaie a vapore. L'obiettivo è fare funzionare stabilmente le caldaie senza costosi cicli di arresto, spurgo e riavvio. Una cartiera negli Stati Uniti stava perdendo la produzione e stava subendo un aumento dei costi dei servizi di pubblica utilità a causa degli scatti della caldaia, ma dopo l'aggiunta di tecnologie di misura avanzate, la cartiera gode di una maggiore efficienza, di fermi macchina imprevisti ridotti al minimo e di una maggiore produzione.
• Miglioramento delle prestazioni degli scambiatori di calore. Gli impianti industriali possono contenere centinaia di scambiatori di calore che nel tempo possono sporcarsi, riducendo la capacità produttiva e aumentando i costi di manutenzione e il consumo energetico. In collaborazione con Emerson, Chevron ha implementato una soluzione di monitoraggio su cloud per gli scambiatori di calore di una delle sue raffinerie. Invece di controllare manualmente gli scambiatori di calore, le tecnologie di misura avanzate hanno fornito agli operatori di Chevron dati su trasferimento termico, incrostazioni e altri tipi di dati sulla degradazione per garantire il funzionamento ottimale degli scambiatori di calore.

Prima d'ora le strutture industriali non hanno mai avuto a disposizione software, analisi dei dati e tecnologie di misurazione avanzate per comprendere realmente l'ottimizzazione dinamica dell'energia in tempo reale, che può aiutare significativamente le aziende a raggiungere i loro obiettivi di net zero. Se tutto il settore industriale adotterà queste tecnologie, gli impatti saranno rapidi e significativi.