שלושה צעדים להפחתת עלות הבעלות הכוללת במערכת משאבות

עלות הבעלות הכוללת – זה נוגע לכיס של כולנו
בבואנו לחשב עלויות של פרויקט אנו מורגלים להתייחס לעלות ההקמה (CAPEX) ולעלויות התפעול (OPEX). רבות כבר דובר על עלויות השימוש בחשמל, ההולכות ותופסות חלק נכבד מעלות התפעול במתקן ובכך שיש צורך ממשי ומהותי להתחשב בעלויות אלו ולכוון לפתרון היעיל אנרגטית בבואנו לתכנן את הפרויקט. דרך נוספת להתייחס לעלויות התפעול היא דרך עלות הבעלות הכוללת (TCO)
עלות הבעלות הכוללת (TCO) היא שיטת הערכה כלכלית המיועדת לעזור להעריך את העלויות הישירות והעקיפות המתייחסות לרכישה. הערכת TCO אידיאלית מציעה סיכום המשקף לא רק את עלות הרכישה אלא את כל ההיבטים של השימוש העתידי ותחזוקת הציוד, המכשיר או המערכת הנשקלת. עלות הבעלות הכוללת מביאה בחשבון, בין השאר, את עלויות אימון אנשי השירות ומשתמשי המערכת, עלויות הקשורות בתקלות או השבתות (יזומות ושאינן כאלה), מקרים של ביצועים ירודים (נצילות נמוכה), עלויות מוכנות לאסון והתאוששות ממנו, שטח נדרש, חשמל, הוצאות התקנה, בדיקה, בקרת איכות, הוצאות גדילה, ועוד..
בכל מקום שבו ישנן מערכות שאיבה – בסביבות כמו בניינים, מתקני מים/מי שפכים ומתקני גז ונפט – אפשר לראות כיצד צריכת האנרגיה משפיעה באורח ניכר על העלויות. על אף העובדה שעלות אנרגיית החשמל מייצגת 50% מעלות הבעלות הכוללת של מערכות שאיבה (ראו איור 1), ארגונים רבים אינם משכילים לשלב את הצעדים הנחוצים כדי לשפר את הנצילות וכתוצאה מכך ליהנות מירידה בעלויות.
כדי לפתור את הדילמה הזו חשוב להבין את המחסומים השכיחים ולהתמודד אתם:
היעדר מדדים הולמים – בעבר לא היה מקובל לשלב את הגורם של נצילות אנרגיה למבחני הערכת ביצועים. במרבית הארגונים האחריות לרכישת אנרגיה והאחריות לתפעול יעיל הם שני תחומים נפרדים ולא הוגדרו מדדים מתוקננים ועקביים
פערי ידע – היעדר מודעות להזדמנויות לשיפור נצילות האנרגיה היא תופעה שכיחה בארגונים וכתוצאה מכך הם מחמיצים את האפשרות לחסוך וליהנות מיתרונות נוספים
פחד מהשקעה – צוותי תפעול מתקשים לא פעם להציג בפני הארגון הפיננסי שלהם בקשות להשקעות גדולות (או קטנות)
כל תוכנית אנרגיה רצינית צריכה לקחת בחשבון את שלושת הצעדים הבאים:
1. ניהול נצילות אנרגיה
2. ניהול נכסים
3. ניהול עלויות אנרגיה

איור 1. פרופיל אופייני של עלות מחזור חיים של משאבה (באדיבות המכון ההידראולי ו-Pump Systems Matter)

צעד 1: ניהול נצילות אנרגיה
נצילות אנרגיה, או יעילות אנרגטית, נמצאת היום בקדימות גבוהה בעולם כולו. כדי לתכנן תהליכים ליעילות אנרגטית מפעילי מפעלים ובניינים חייבים להבין איך ומתי נעשה שימוש באנרגיה על מנת שיוכלו לצמצם את הצריכה ואת העלויות הכרוכות בה.
הגישה לניהול אנרגיה במערכות שאיבה בוחנת את טבעה של הירידה בנצילות לא רק עבור רכיבים בודדים במערכת אלא גם עבור המערכת כולה כישות משולבת.
במערכות שאיבה, מרבית הפגיעה בנצילות נובע מהבעיות הבאות:
חוסר התאמה בין המשאבה שבה משתמשים לבין הדרישות האמיתיות של המערכת (כלומר, קטנה מדי או גדולה מדי)
שימוש לא נכון בשסתומי היצרות מכאנית (throttling valves) ובטכנולוגיות וסתים כדי לשלוט בזרימת נוזלים שני המרכיבים הללו מעידים על ההשפעה החשובה של שיטת הבקרה במערכות שאיבה, על היכולת לשפר יעילות אנרגטית. מערכות הבקרה עצמן מורכבות, הן מרכיבי תוכנה והן מחומרה. בצד של החומרה האלמנט המרכזי שמאפשר ביצועים בנצילות גבוהה יהיו וסתי מהירות (VSD).
הדוגמה באיור 2 משווה בין שתי התקנות (האחת עם וסת מהירות והשנייה עם מערכת הפועלת במהירות קבועה) שבהן העומדים הסטטיים (כלומר, הבדלי גובה בין המקור לבין היעד) שונים.

איור 2. האנרגיה הנחסכת עם וסתי מהירות לעומת השימוש במהירות קבועה בשיעורי זרימה של 100% ושל 60%, בהתאם לגודל המשאבה ולעומד הסטטי.
נקודת התפעול מיוצגת כנקודת המפגש בין עקום המשאבה לבין עקום המערכת

במהירות קבועה (בדוגמה של המערכת עם ההיצרות המכאנית) יש הכרח להוסיף שסתום היצרות מכנית במעגל ההידראולי. תוספת כזו מכווננת את הזרימה באמצעות הגדלה או הקטנה של התנגדות הזרימה. שיטה כזו תשנה את עקום המערכת. עם זאת, המהירות תישאר זהה כך שעקום המשאבה אינו משתנה. יש התאמה לשיעור הזרימה אבל העומד הרבה יותר גבוה ממה שנדרש, מה שלא מאפשר חיסכון טוב באנרגיה.
כאשר משתמשים בווסתי מהירות, (לדוגמא Altivar Process מבית החברה) עקום המערכת אינו משתנה. עקום המשאבה משתנה בהתאם למהירות הזרימה. כוונון המהירות מותאם לדרישות התהליך ומוביל לחיסכון משמעותי באנרגיה.
החיסכון באנרגיה יהיה תלוי בעומד הסטטי: ככל שהוא נמוך יותר כך יגדל החיסכון באנרגיה (וטווח שינויי המהירות). כדי שפעולת השאיבה תתבצע יש לחולל די הספק כדי להתגבר על העומד הסטטי. עומד החיכוך הוא הלחץ הנדרש כדי לדחוף את הנוזל בצנרת ובשאר המעברים והחלקים במערכת. כל זה יהיה תלוי בשיעור הזרימה, בגודל הצינור, באורכו של הצינור ובצמיגות הנוזל.
תרחיש 1 (איור 2): העומד הסטטי מייצג 50% מעומד המערכת והמשאבה מדורגת עבור העומד והזרימה של המערכת. בשיעור זרימה של 100% ההספק הנצרך על-ידי המשאבה זהה גם בשיטה של מהירות קבועה וגם במהירויות משתנות. בשיעור זרימה של 60%. החיסכון באנרגיה הנובע משימוש במהירויות משתנות הוא 46%.
תרחיש 2 (איור 2): העומד הסטטי מייצג 85% מעומד המערכת והמשאבה גדולה מדי ב-20%. בתרחישים שאנו פוגשים בעולם האמיתי, 75% מהמשאבות גדולות מדי (בשיעור של 10%-30%) מכדי לעמוד בייצור שיא שלו אנו מצפים לכל אורך חיי המשאבה. הסיבה לכך היא בדרך כלל ניסיון לחזות צרכים עתידיים או להצדיק מלאי עודף של חלקים. לכן, וסת מהירויות מביא לחיסכון אנרגיה של 20% בשיעור זרימה של 100% ולחיסכון אנרגיה של 36% בשיעור זרימה של 60%.

איור 3. השוואה בין שני תרחישי יעילות בשיעורי זרימה שונים: 8-9% יותר יעיל עם ווסת מהירות בזרימה של 60%

שינוי נקודת העבודה על עקום המשאבה ישנה גם את היעילות האנרגטית של המשאבה עצמה. המשאבה מפגינה ביצועים בנצילות מרבית כשהיא במלוא היכולת שלה. זה תואם למה שמכונה “נקודת היעילות הטובה ביותר” של המשאבה, או בקיצור BEP. במונחים של תכנון התקנה ועבודה, המטרה היא לעבוד קרוב ככל הניתן ל-BEP. כאשר משנים את המהירות, נצילות המשאבה נשארת פחות או יותר זהה אבל היא מיושמת על שיעור זרימה חדש. במהירות קבועה, הקטנת שיעור הזרימה תוביל במהירות לירידה בנצילות המשאבה (כיוון שהיא עובדת רחוק מה-BEP שלה), ואילו שינוי וכוונון המהירות ישמור את הנצילות קרוב ל-BEP.
קביעת נצילות המשאבה תהיה רק הצעד הראשון בזיהוי רמות הביצועים של המערכת. ניטור נצילויות בעזרת תוכנה יכול לעזור לאתר נקודות עבודה שאינן מתאימות למשאבה. גישה לנתונים כאלה תוכל לעזור ולשפר הן את נצילות המערכת והן את אמינותה.
מעקב מתמשך אחרי החריגה בין תפוקת הייצור לבין האנרגיה הנצרכת יאפשר תהליך קבלת החלטות מהיר ונכון כלכלית. ווסתי מהירות המקושרים אל מערכת הניטור ממלאים תפקיד חשוב בדיווח נתונים הקשורים לתפעול, לייצור ולאנרגיה בזמן אמת. ווסתי החברה נותנים חיוויים למצב העבודה של המשאבה בהתייחס ל-BEP שלה. הזנת הנתונים ישירות לווסת וחישובם בסמוך לעומס, בשילוב עם מעקב אחרי ההתאמה מביא לתובנות חשובות הקשורות לחיסכון בעלויות.

צעד 2: ניהול נכסים
נכסים פיסיים כמו משאבים זקוקים לתחזוקה שוטפת וסדירה. עלויות התחזוקה מייצגות 25% מעלות הבעלות הכוללת (ראו איור 4) ולכן נהלי התחזוקה מצריכים בחינה במונחים של תרומה לחיסכון הקשור לאנרגיה. בהתקנות של משאבות ישנם הרבה חלקים נעים ומשמעות הדבר היא שהתחזוקה הנאותה של מנועים, כוננים, משאבות וצינורות היא קריטית. יש לנקוט כמה וכמה צעדים כדי להבטיח שעלויות התחזוקה יהיו מינימליות, מבלי לפגוע ביציבות ובשלמות המערכת.

איור 4. סוגיות תחזוקה המשפיעות על ביצועי המשאבה (באדיבות Barringer &

כל המשאבות צריכות לפעול במסגרת הפרמטרים של מפרטים נתונים של משאבה. כפי שציינו, נצילות המשאבה משתנה בהתאם לפרמטרים של התפעול. המשאבה מתוכננת לעבודה מטבית בנקודת הנצילות הטובה ביותר (BEP). אבל 75% ממערכות השאיבה גדולות מדי בשיעור של כ30%- באיור 5 ניתן לראות כיצד משאבות מתחילות לבזבז נצילות משמעותית בגלל הזנחה של נהלי התחזוקה הנאותים. לדוגמה, זרימה חוזרת (רה-סירקולציה)בפריקה יכולה להתרחש אם המשאבה פועלת ב65%- משיעור הזרימה ב-BEP, מה שיגרום לנזק למאיץ (=אימפלר), ומובן שמאיץ שניזוק יהיה פחות יעיל.
וסתי המהירות של החברה יכולים לעזור לשמור על נקודת העבודה קרוב ל-BEP וגם להגן על המשאבה מפני כוחות מזיקים שנוצרים בגלל חוסר יעילות. נמנעות סיטואציות קיצוניות כמו עבודה “יבשה”, עבודה בזרימה נמוכה או קביטציה, שנוצרת בגלל NPSH (עומד יניקה חיובי נטו) נמוך ויכולה לגרום לנזק מיידי. מעקב אחרי נקודת העבודה של המשאבה והנצילות שלה יספק דיאגנוסטיקה שתעזור לחזות מתי יתקיים פוטנציאל לבעיות במערכת.
באיור 4 אפשר לראות כיצד עבודה רחוק מה-BEP לא רק תקטין את הנצילות אלא גם תאיץ את הבלאי של המשאבה, מה שיפגע גם ברמת האמינות של המערכת. לדוגמה, עבודה ב60%- מה-BEP תוליד את הנתונים הבאים:
50% ירידה בתוחלת החיים של אטמים
20% ירידה בתוחלת החיים של מיסבים
25% ירידה בתוחלת החיים של המאיץ וגוף המשאבה (מארז)
עלייה של כ100%- בעלות התחזוקה

איור 5. ההשפעה של מרחק מה-BEP על אמינות המערכת (באדיבות Barringer &

עם משאבות שאינן מתוחזקות כהלכה יכולה הנצילות לרדת בשיעור של 10-15%. יתרה מכך, הירידה העיקרית בנצילות מתרחשת בשנים הראשונות לחייה של המשאבה. תחזוקה שוטפת מונעת הפסדי נצילות וירידה ביכולות שעלולים להתרחש עוד לפני שהמשאבה כושלת באופן סופי.
חלק מהגורמים המחלישים משאבות נראים לעין. אחרים בלתי נראים. לדוגמה, אטם שחוק אפשר לראות בעין. בלאי במערכת ההידראולית, לעומת זאת, לא ניתן לראות. בעיה בלתי נראית לעין מתרחשת לפני שהיא מאותרת, מה שיוצר מצב של תחזוקה מתקנת דחופה ואפשרות שהבעיות כבר השפיעו גם על חלקים אחרים של המשאבה.
תחזוקה מבוססת מצב מנטרת את נתוני המערכת באופן שוטף ומספקת הערכה מדויקת באשר ל”בריאות” או לסטטוס של רכיבים, התקנים ו/או המערכת כולה.
צעד 3: ניהול עלויות אנרגיה
בעלי בניינים ומפעילי מתקני גז, דלק ומים/מי שפכים מקבלים חשבונות שירות המורכבים מכמה וכמה סעיפים. אלה יכולים לכלול תשלום בעד צריכה, תשלום קבוע, תשלום על פי זמני צריכה, סעיפים של מנגנוני הגנה, הצמדות לעלויות הדלק, תוספות תשלום בגין מקדם הספק, תשלומים על שירותי לקוחות ומיסים אזוריים וארציים. פרשנות לא נכונה של מבני תעריף השירות עלולה להוביל לניהול לוקה בחסר של צריכת החשמל ולעלויות גבוהות יותר.
היכרות עם המונחים תוכל לעזור לכם להבין היכן קיימות הזדמנויות להפחתת עלויות. הבולטים שבין המונחים הללו הם הצריכה לפי תעו”ז ותוספת תשלום בגין מקדם הספק.
כדי להשיג קיימוּת תפעולית חייבים הארגונים היום למהר ולבדוק את התוכניות הנוכחיות שלהם ולהתחיל לבנות מתדולוגיה תפעולית ששמה דגש על שיפור היעילות האנרגטית.
לפרטים נוספים ניתן לפנות לחברת שניידר אלקטריק
עורך הכתבה הוא מנהל המוצר לתחום ווסתי המהירות בשניידר אלקטריק ישראל