Εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας σε κτηριακές εγκαταστάσεις μέσω συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης (

Η διαχείριση και βελτιστοποίηση τάσης αποτελεί ιδιαίτερα δημοφιλή πρακτική στο Ηνωμένο Βασίλειο και εφαρμόζεται με σκοπό τη μείωση ηλεκτρικής κατανάλωσης κτηρίων του τριτογενή τομέα, τη μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος τους, καθώς και για την προστασία του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού από τη χαμηλή ποιότητα του δικτύου διανομής.

Η βασική αρχή της βελτιστοποίηση τάσης είναι ότι μειώνοντας την εισερχόμενη τάση της παροχής του κτηρίου στο βέλτιστο επίπεδο, 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 απόδοση των κτηριακών εγκαταστάσεων. Σε οικιακές εφαρμογές, η εφαρμογή της βελτιστοποίησης τάσης έχει περιορισμένα αποτελέσματα στην εξοικονόμηση ενέργειας που δεν ξεπερνά το ποσοστό του 10%. Αντιθέτως, σε κτηριακές εγκαταστάσεις του τριτογενή τομέα όπου υπάρχουν υψηλά φορτία φωτισμού, κλιματισμού και τριφασικών κινητήρων, τα αποτελέσματα εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας είναι υψηλότερα προσφέροντας ιδιαίτερα υψηλά ποσοστά απόδοσης της συγκεκριμένης επένδυσης.

Υπολογίζεται ότι το 80% των επιχειρήσεων στην Ευρώπη καταναλώνουν 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.

Συστήματα βελτιστοποίησης τάσης/ποιότητας ισχύος powerPerfector

Πως ξεκίνησε η εφαρμογή των συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης;

Οι παράγοντες που συνετέλεσαν στην ραγδαία ανάπτυξη της αγοράς βελτιστοποίησης τάσης στο Ηνωμένο Βασίλειο από το 2001 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 παροχή και 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.

Επειδή στο Ηνωμένο Βασίλειο η τάση του δικτύου παρέμεινε άνω των 242V κατά μέσο όρο, ηλεκτρικές συσκευές που ήταν σχεδιασμένες να λειτουργούν στα 220V ή 230V εξακολουθούσαν να λειτουργούν με τάση υψηλότερη, με αποτέλεσμα να καταναλώνουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. 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. ‘Έχουμε παρατηρήσει ότι η βέλτιστη τάση λειτουργίας των περισσότερων κτηρίων είναι 220V’ υποστηρίζει ο κ. Angus Robertson, Director of International Sales της iEsco UK (powerPerfector).

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 ολοένα και χαμηλότερη ποιότητα ισχύος από το δίκτυο Μέσης & Χαμηλής Τάσης 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. Robertson, 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 Νότια Αφρική, Μαλαισία, Αυστραλία, Ιρλανδία, Γαλλία, Φιλανδία, Κροατία, Ελλάδα και Κύπρο. ‘Ενδεικτικά στην Κύπρο έχουν εγκατασταθεί περισσότερα από 150 συστήματα βελτιστοποίησης τάσης με υψηλά αποτελέσματα εξοικονόμησης, προσθέτει ο κ. Robertson.

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 (φωτοβολταικά και αιολικά πάρκα), τη γήρανση του εξοπλισμού διανομής και τις υψηλές απώλειες του δικτύου μεταφοράς.

Υψηλές τιμές τάσης και διακυμάνσεων σε κτήριο Νοσοκομείου στην περιοχή Φαλήρου Αττικής

Bελτιστοποίηση τάσης - Πως λειτουργεί;

Η αποτελεσματικότητα της βελτιστοποίηση τάσης εξηγείται από τον νόμο του Ohm.

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 γενικός κανόνας, θα μπορούσαμε να πούμε ότι οι συσκευές βελτιστοποίησης τάσης εξοικονομούν μεγαλύτερα ποσοστά ηλεκτρικής ενέργειας σε συστήματα φωτισμού με λάμπες πυράκτωσης, αλογόνου, φθορισμού T8 &T12, κλιματιστικά συγκροτήματα, κινητήρες και ψυκτικές μονάδες.

Αντιθέτως η βελτιστοποίηση τάσης είναι λιγότερο αποτελεσματική στα νέα συστήματα φωτισμού με λάμπες τύπου Τ5 ή LED (βάσει του οργανισμού Carbon Trust, η εξοικονόμηση σε φωτισμό LED είναι μηδενική) σε κινητήρες μεταβλητών στροφών, σε ηλεκτρικές αντιστάσεις και σε συστήματα εξοπλισμού πληροφορικής όπως υπολογιστές, τηλεφωνικά κέντρα, φορτιστές κινητών τηλεφώνων.

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. Robertson.

Ο ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός (οι κινητήρες, οι συμπιεστές των ψυκτικών συγκροτημάτων, τα συστήματα κλιματισμού/αερισμού, ο συμβατικός φωτισμός και η τεχνολογία LED) λειτουργούν λιγότερο αποτελεσματικά λόγω της υψηλής τάσης και της χαμηλής ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος. Για παράδειγμα, η διάρκεια ζωής των συμβατικών λαμπτήρων μειώνεται από τις 1000 στις 550 ώρες λειτουργίας, εάν τροφοδοτούνται με τάση 240V αντί για 230V. Οι ηλεκτρικές συσκευές καταπονούνται από τη χαμηλή ποιότητα ισχύος, τις διακυμάνσεις της τάσης και τις αρμονικές οι οποίες συχνά καταστρέφουν τις ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές.

Η μέθοδος της βελτιστοποίησης τάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες τις κτηριακές εγκαταστάσεις;

Σε κάποιες περιπτώσεις είναι προτιμότερο να βελτιστοποιηθεί η τάση για όλη την ηλεκτρολογική εγκατάσταση του κτηρίου, ενώ σε άλλες περιπτώσεις είναι τεχνοοικονομικά πιο συμφέρουσα η διαχείριση της τάσης για ένα μέρος της. Σε εγκαταστάσεις που έχουν περιορισμένες καταναλώσεις και όπου η τάση του δικτύου είναι χαμηλή, είναι συχνά προτιμότερη η ανανέωση των συστημάτων φωτισμού ή άλλες παρεμβάσεις εξοικονόμησης ενέργειας. Σε άλλες περιπτώσεις κτηρίων που έχουν υψηλές τιμές τάσης χωρίς αυξομειώσεις, μπορεί να γίνει και σχετική ρύθμιση του υφιστάμενου μετασχηματιστή.

Πως μπορεί η εφαρμογή της βελτιστοποίησης τάσης να βοηθήσει τη λειτουργία της επιχείρησής μου;

Η Ευρωπαϊκή κατεύθυνση για την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας των επιχειρήσεων καθώς και η κοινωνική ευθύνη τους για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου, αποτελούν σημαντικούς λόγους για την εγκατάσταση των συστημάτων βελτιστοποίησης τάσης. Εκτός από τον οικολογικό χαρακτήρα της τεχνολογίας, τα συστήματα αυτά εξοικονομούν ηλεκτρική ενέργεια, μειώνουν το κόστος συντήρησης του εξοπλισμού επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρικών συσκευών.

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 επτά 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.

Ιωάννης Ι. Πουράκης

Διπλ. Μηχ/γος Μηχανικός B.Eng, M.Sc.

Managing Director - ΕcoMechanica