Άρθρο μας στο περιοδικό ‘ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ’: Εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας σε κτηριακές εγκαταστάσεις μέσω συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης (Voltage Optimisation)
Η βελτιστοποίηση τάσης αποτελεί μία αποτελεσματική πρακτική εξοικονόμησης ενέργειας, η οποία ξεκίνησε να εφαρμόζεται πριν δύο δεκαετίες στο Ηνωμένο Βασίλειο και την Ευρώπη, με σκοπό τη μείωση της ηλεκτρικής κατανάλωσης και του ενεργειακού αποτυπώματος κτηρίων του τριτογενή τομέα, προσφέροντας προστασία στον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό από τη χαμηλή ποιότητα του δικτύου διανομής.
Η υψηλή τάση του δικτύου διανομής στο Ηνωμένο βασίλειο καθώς και άλλοι παράγοντες όπως, η συνεχόμενη αύξηση του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας, η ανάγκη για μείωση των ενεργειακών καταναλώσεων και του ενεργειακού αποτυπώματος των υφιστάμενων κτηρίων και η ολοένα χαμηλότερη ποιότητα ισχύος που προέρχεται από το δίκτυο, συνέβαλαν δραστικά στην ανάπτυξη των συστημάτων βελτίωσης ποιότητας ισχύος.
Υπολογίζεται ότι το 80% των επιχειρήσεων στην Ευρώπη καταναλώνουν πλέον περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια λόγω της μη βελτιστοποιημένης ποιότητας ισχύος που λαμβάνουν από το δίκτυο διανομής. Η υψηλή τάση και η χαμηλή ποιότητα ηλεκτρικής ενέργειας επιβαρύνουν την κατανάλωση και μειώνουν σημαντικά το χρόνο ζωής του εξοπλισμού των κτηριακών εγκαταστάσεων. Την τελευταία δεκαετία στο Ελληνικό δίκτυο, παρατηρείται σημαντική αύξηση του μέσου όρου της τάσης διανομής και μείωση της ποιότητας ισχύος με την παρουσία έντονων διακυμάνσεων τάσης και αρμονικών.
Η πρακτική της βελτιστοποίησης τάσης ως λύση εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας
Αποτελεί αποδεδειγμένα μία επιτυχημένη πρακτική εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας που ξεκίνησε να εφαρμόζεται στην Ευρώπη πριν από 20 έτη. Η βασική αρχή λειτουργίας της βελτιστοποίηση τάσης είναι ότι ρυθμίζοντας την εισερχόμενη τάση παροχής της στη βέλτιστη τιμή, ο ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός, όπως τα συστήματα φωτισμού, κλιματισμού, ψυκτικών συγκροτημάτων, κινητήρες κ.α. λειτουργούν πιο αποδοτικά, με αποτέλεσμα να καταναλώνουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια.
Μία συσκευή βελτιστοποίηση τάσης θα μπορούσε να περιγραφεί ως ένας ειδικός τύπος μετασχηματιστή, σχεδιασμένος να βελτιώνει την ενεργειακή αποδοτικότητα της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από το είδος των φορτίων της εγκατάστασης και κατά πόσο η κατανάλωση ενέργειάς τους επηρεάζεται από την τάση τροφοδοσίας. Σε οικιακές εφαρμογές, η εφαρμογή της βελτιστοποίησης τάσης έχει περιορισμένα αποτελέσματα στην εξοικονόμηση ενέργειας που δεν ξεπερνά το ποσοστό του 5%. Σε κτηριακές εγκαταστάσεις του τριτογενή τομέα όπου υπάρχουν υψηλά φορτία φωτισμού, κλιματισμού και τριφασικών κινητήρων, τα αποτελέσματα εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερα (έως και 15%) με υψηλό ποσοστό απόδοσης της συγκεκριμένης επένδυσης (ROI>25%) και απόσβεση εντός 4ετίας στις περισσότερες περιπτώσεις.
Πως ξεκίνησε η εφαρμογή των συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης ;
Οι παράγοντες που συνετέλεσαν στην ραγδαία ανάπτυξη της αγοράς βελτιστοποίησης τάσης στο Ηνωμένο Βασίλειο από το 2004 έως και τις ημέρες μας είναι εύκολα αντιληπτοί. Ο βασικότερος όλων είναι ο υψηλός μέσος όρος των τιμών τάσης του δικτύου διανομής (242V), ενώ σε πολλές περιπτώσεις η τάση δικτύου ξεπερνάει τα 245V.
Ιστορικά, η τάση του δικτύου διανομής στην Ευρώπη ήταν 380V/220V. Οι πάροχοι του δικτύου ήταν υποχρεωμένοι να ηλεκτροδοτούν τους χρήστες του δικτύου με απόκλιση +-6% δηλ. με εύρος 207-233V. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, η τάση του δικτύου διανομής ήταν 415V/240V με απόκλιση +-6% δηλ. με εύρος 226-254V. Το 1995, η Ευρωπαϊκή Ένωση θέσπισε κοινούς κανονισμούς για την ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας, εναρμονίζοντας την παροχή τάσης στα 400V/230V +-10% (207-253V), βάση της οποίας θα έπρεπε να εναρμονίζονται και να λειτουργούν άρτια όλες οι ηλεκτρικές συσκευές που διανέμονται στην Ευρώπη.
Μειώνοντας την τάση στο βέλτιστο επίπεδο λειτουργίας των συσκευών, τα συστήματα βελτιστοποίησης τάσης μπορούν να προσφέρουν αξιοσημείωτα ποσοστά εξοικονόμησης στους λογαριασμούς ρεύματος, μειώνοντας την κατανάλωση (kWh) των κτηριακών εγκαταστάσεων.
Άλλοι παράγοντες που συνετέλεσαν στην ανάπτυξη της συγκεκριμένης αγοράς και οι οποίοι παρατηρούνται πλέον σε όλες τις Ευρωπαϊκές χώρες είναι η σταθερή αύξηση του κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας, η ανάγκη για μείωση των ενεργειακών καταναλώσεων των υφιστάμενων κτηρίων, η υψηλότερη τάση τροφοδοσίας του δικτύου διανομείς προς τους καταναλωτές, καθώς και οι στόχοι των επιχειρήσεων για τη μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος των εγκαταστάσεών τους.
Θα μπορούσε να ισχυριστεί κάποιος ότι η βελτιστοποίηση τάσης έχει αποτελέσματα μόνο στο Βρετανικό δίκτυο;
O κ. Martin Stevens, International Sales Director της iESCO (powerPerfector) υποστηρίζει: Έχουμε διαπιστώσει την ολοένα αυξανόμενη τάση του δικτύου και τη χαμηλή ποιότητα ισχύος σε πολλές χώρες όπου υπάρχουν διανομείς μας, όπως στη Αυστραλία, Νότια Αφρική, Γαλλία, Κροατία, Ιρλανδία, Ιταλία, Ισπανία, Ελλάδα και Κύπρο.
Στην Ελλάδα και την Κύπρο έχουν εγκατασταθεί περισσότερα από 150 συστήματα βελτιστοποίησης τάσης powerPerfector με πολύ υψηλά αποτελέσματα εξοικονόμησης, εκ των οποίων 28 συστήματα νέας τεχνολογίας powerPerfector iQ σε καταστήματα της ΑΒ ΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ, προσθέτει ο κ. Stevens.
Στο Ελληνικό δίκτυο έχει παρατηρηθεί αύξηση του επιπέδου τιμών της τάσης του δικτύου, η οποία ξεπερνά σε πολλές περιπτώσεις τα 415/240V καθώς και μείωση της ποιότητας ισχύος με την παρουσία έντονων διακυμάνσεων τάσης και αρμονικών παραμορφώσεων, φαινόμενα τα οποία μπορούν να εξηγηθούν από την είσοδο των ανανεώσιμων πηγών στο δίκτυο (φωτοβολταϊκά και αιολικά πάρκα), τη γήρανση του εξοπλισμού διανομής και τις υψηλές απώλειες του δικτύου μεταφοράς.
Πρακτική βελτιστοποίηση τάσης – Πως λειτουργεί;
Η θεωρία εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω βελτιστοποίησης τάσης εξηγείται από τον παρακάτω τύπο:
Για ένα φορτίο αντίστασης όπως μία λάμπα πυράκτωσης, η καταναλισκόμενη ισχύς είναι ανάλογη του τετραγώνου της τάσης. Συνεπώς, μία αύξηση της τάσης κατά 2%, θα ισοδυναμούσε με αύξηση της καταναλισκόμενης ισχύος κατά 4%.
Υπάρχουν όμως σε κτήρια διάφορα φορτία καταναλώσεων τα οποία δεν μεταβάλλονται ανάλογα με τις τιμές της τάσης παροχής, συνεπώς η βελτιστοποίηση τάσης δεν μειώνει απαραίτητα την κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας τους. Για παράδειγμα, το τροφοδοτικό ενός υπολογιστή έχει σχεδιαστεί να παρέχει συγκεκριμένη τάση εξόδου ανεξαρτήτως από την τάση εισόδου.
Ως γενική διαπίστωση, θα μπορούσαμε να πούμε ότι οι συσκευές βελτιστοποίησης τάσης εξοικονομούν μεγαλύτερα ποσοστά ηλεκτρικής ενέργειας σε συστήματα κλιματισμού, σε κινητήρες και ψυκτικά συγκροτήματα καθώς και στα συστήματα φωτισμού, δηλαδή στα φορτία όπου η ηλεκτρική ισχύς τους μεταβάλλεται ανάλογα με την τάση τροφοδοσίας τους από το δίκτυο διανομής.
Μετά από 20έτη εμπειρίας και δεκάδες χιλιάδες εφαρμογές συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης παγκοσμίως, είναι πλέον βέβαιο ότι η βέλτιστη τάση λειτουργίας της πλειονότητας των κτηρίων του τριτογενή τομέα είναι 380V’ υποστηρίζει ο κ. Martin Stevens, Director of International Sales της iEsco UK (powerPerfector). Οι περισσότεροι κινητήρες και λοιπός εξοπλισμός αναγράφουν σύμφωνα με την Νομοθεσία 230V+-10% ως τάση λειτουργίας, αυτό δεν σημαίνει ότι η τάση αυτή είναι η βέλτιστη για την αποδοτικότητά τους, προσθέτει ο κ. Stevens.
Αυτό επιβεβαίωσε σχετική μελέτη που εκπονήθηκε από το τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχ. Υπολογιστών (εργαστήριο ηλεκτρικών μηχανών και ηλεκτρονικών ισχύος) του ΕΘΝΙΚΟΥ ΜΕΤΣΟΒΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ, όπου επιβεβαιώθηκε ότι η βέλτιστη τάση τροφοδοσίας εμπορικού κτηρίου ήταν 380V και παράλληλα πιστοποιήθηκαν τα αποτελέσματα εξοικονόμησης ενέργειας της τεχνολογίας powerPerfector.
IPMVP Analysis: Αποτελέσματα εξοικονόμησης ενέργειας σε κατάστημα της ΑΒ ΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ
Οι συσκευές βελτιστοποίησης τάσης συνήθως χρησιμοποιούν υψηλής απόδοσης μετασχηματιστές τάσης για να μεταβάλλουν ανάλογα την τάση εξόδου. Υπάρχουν δύο τύποι συστημάτων: 1. Ο απλός τύπος βελτιστοποιητή με σταθερό ποσοστό μείωσης της τάσης εξόδου, πχ. κατά 8%, 2. Ο μεταβλητός τύπος βελτιστοποιητή ο οποίος σταθεροποιεί την τάση εξόδου ανεξάρτητα με την τάση εισόδου. Λόγω των διακυμάνσεων τάσης που έχουμε παρατηρήσει στο Ελληνικό δίκτυο διανομής, τα συστήματα μεταβλητού τύπου προσφέρουν μεγαλύτερη εξοικονόμηση αλλά και μεγαλύτερη ασφάλεια για τις κτηριακές εγκαταστάσεις, προσθέτει ο κ. Βασίλειος Γεωργιάδης, Τεχνικός Διευθυντής της EcoMechanica.
Ο ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός (οι κινητήρες, οι συμπιεστές των ψυκτικών συγκροτημάτων, τα συστήματα κλιματισμού/αερισμού και τα συστήματα φωτισμού) λειτουργούν λιγότερο αποτελεσματικά λόγω της υψηλής τάσης και της χαμηλής ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος. Οι ηλεκτρικές συσκευές καταπονούνται από τη χαμηλή ποιότητα ισχύος, τις διακυμάνσεις της τάσης και τις αρμονικές οι οποίες συχνά καταστρέφουν τις ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές.
Πως μπορεί η εφαρμογή της βελτιστοποίησης τάσης να βοηθήσει τη λειτουργία της επιχείρησής μου;
Η σημαντική αύξηση του κόστους ηλεκτρικής ενέργειας, η ανάγκη μείωσης του ανθρακικού αποτυπώματος των επιχειρήσεων και η κοινωνική ευθύνη για την προστασία του περιβάλλοντος, , αποτελούν σημαντικούς λόγους για την εγκατάσταση των συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης.
Η συνολική εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της βελτιστοποίησης τάσης εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από το είδος των φορτίων του κτηρίου και κατά πόσο η κατανάλωση ενέργειας τους είναι εξαρτώμενη από την τάση τροφοδοσίας τους. Η συνολική εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας είναι άμεσα εξαρτώμενη από τη μέγιστη ισχύ ζήτησης και τις ώρες λειτουργίας των φορτίων κατανάλωσης, το ποσοστό μείωσης της τάσης και το ποσοστό μείωσης της ισχύος σε σχέση με το ποσοστό μείωση της τάσης.
Σε κάθε περίπτωση, η αναλυτική καταγραφή της τάσης του δικτύου διανομής και των διακυμάνσεων της για διάστημα τουλάχιστον δέκα ημερών, η ανάλυση των φορτίων κατανάλωσης, η αυτοψία στο κτήριο για την καταγραφή του είδους των φορτίων και η σχετική μελέτη από εξειδικευμένο μηχανικό είναι επιβεβλημένη για τον ορθό υπολογισμό του ποσοστού εξοικονόμησης.
