مدیریت مصرف انرژی چیست؟

بحران انرژی

بحران انرژی یک مسئله اساسی و مهم در دنیای امروز محسوب می‌شود. از دشواری تامین انرژی توسط دولت‌ها و حکومت‌ها گرفته تا حل بحران کمبود انرژی که با افزایش جمعیت جهان و به خصوص افزایش تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی وضعیت سخت تری برای کشورها ایجاد کرده است. برای حل بحران انرژی دو مسیر تامین انرژی بیشتر و مدیریت مصرف جهت بهینه سازی موجودی انرژی جهان پیشنهاد شده است. مسیر اول برعهده دولت‌ها و حکومت‌هاست اما مسیر دوم توسط تولید کننده‌های تجهیزات مصرف کننده انرژی تامین خواهد شد.

سیاست گذاری حکومت‌ها

دولت‌ها برای جبران کمبود انرژی، علاوه بر سرمایه گذاری در راستای ساخت نیروگاه‌های بیشتر اقدام به افزایش قیمت‌های حامل‌های انرژی نموده اند. این افزایش قیمت منجر به سخت تر شدن شرایط برای مصرف کنندگان تجهیزات انرژی بر شده است. بطور مثال هزینه‌های مصرف انرژی برای مصرف کننده نهایی بالا رفته است. لذا یکی از عوامل رقابتی و تعیین کننده در تصمیم مشتریان و مصرف کنندگان حامل‌های انرژی انتخاب دستگاه‌ها و تجهیزاتی است که علاوه بر مصرف بهینه انرژی و جلوگیری از هدر رفت آن قدرت کنترل و مدیریت مصرف انرژی را در اختیار کاربران قرار دهد.

مدیریت مصرف انرژی از واقعیت تا رویا!

دستگاه‌های صنعتی، نیمه صنعتی و خانگی عمدتا بسته به نوع کارکرد و هدف استفاده و طراحی دستگاه از قسمت‌هایی تشکیل شده اند که عمده مصرف انرژی آن‌ها در آن قسمت‌ها متمرکز شده است و مصرف انرژی قسمت‌های دیگر دستگاه اختلاف قابل توجهی با آن قسمت دارد.

یک مثال ساده!

 بیاید از یک مثال ملموس شروع کنیم، گوشی‌های تلفن همراه که امروزه محبوب هستند و تقریبا هر شخص بعنوان یکی از لوازم شخصی خود از آن استفاده می‌کند. یک سیستم هوشمند مدیریت مصرف انرژی را به همراه دارند تا بتوانند با ظرفیت باتری مشخص زمان بیشتری بین دو شارژ متوالی به کاربر ارائه کنند. این تلفن‌ها برای اجرای پردازش‌های سنگین مانند اجرای بازی‌ها و امور گرافیکی و یا تماس‌های تلفنی و نمایش محتوای چند رسانه ای مانند فیلم‌ها نیاز به روشن کردن قسمت‌هایی از پردازنده دارند که در حالت عادی زمانی که این امور اجرا نمی‌شوند نیاز به روشن بودن این قسمت‌ها نیست. بنابراین تلفن‌های همراه به صورت هوشمند زمانی که نیازی به روشن شدن قسمت‌های پرمصرف نیست آن‌ها را خاموش یا در حالت خواب موقت نگه می‌دارند تا مصرف انرژی را تاحد امکان کاهش دهند.

مدیریت مصرف انرژی در خودروها

از دیگر مثال‌هایی که می‌توان برای سیستم‌های هوشمند مصرف انرژی ارائه کرد خودروهای هیبرید هستند. این خودروها بطور همزمان از برق و سوخت بنزین برای بعنوان انرژی مورد نیاز برای تامین پیشرانه و حرکت خودرو استفاده می‌کنند. همانطور که می‌دانید بخشی از انرژی تولید شده توسط بنزین در این خودرو‌ها به روش‌های مختلف هدر می‌رود. ازجمله این دلایل می‌توان به اصطکاک هوا، بکسوات (سر خوردن) چرخ‌ها، حرارت تولید شده توسط موتور، احتراق ناقص و موارد دیگر اشاره کرد. بخشی از این دلایل هدر رفت انرژی قابلیت استفاده مجدد بعنوان منبع تولید انرژی را دارند. 

بطور مثال از انرژی تخلیه شده توسط ترمز چرخ‌ها می‌توان برای به حرکت درآوردن دینام‌های مولد برق استفاده کرد. یا از گرمای تولید شده توسط موتور می‌توان با استفاده از المان‌های الکترونیکی با نام پلتیر (Paletier) برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی استفاده کرد. مجموعه ی این روش‌ها را بازیافت انرژی می‌نامند. در خودروهای هیبرید برای شارژ مجدد باتری‌های موتور الکتریکی خورو از مجموعه ای از روش‌های بازیافت انرژی به همراه دینام‌های مولدی که انرژی الکتریکی را بطور مستقیم به برق تبدیل می‌کنند برای شارژ باتری خودرو استفاده می‌شود. 

در این روش زمانی که برای حرکت خودرو به گشتاور بالایی نیاز نباشد سیستم هوشمند مدیریت مصرف انرژی از طریق مکانیزم تنظیم گیربکس از موتور برقی برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده می‌کند. از طرف دیگر در زمانی که خودرو در هنگام حرکت نیاز به گشتاور بالایی داشته باشد (مثلا در سربالایی‌ها)، سیستم مدیریت مصرف انرژی موتور احتراق بنزینی را وارد چرخه مصرفی کرده تا راننده در نهایت با کمترین مصرف انرژی بیشترین بازدهی ممکن را از خودرو داشته باشد.

در صنعت چه خبر است!

در سیستم‌های مورد استفاده در صنعت نیز یکی از مهمترین عوامل در افزایش راندمان و کاهش هزینه‌های جاری و همچنین کاهش تولید آلاینده‌ها سیستم‌های هوشمند مدیریت مصرف انرژی هستند. تجهیزات صنعتی بدون استفاده از سیستم مدیریت مصرف انرژی منجر به ورشکستگی زودرس و عقب ماندگی تجاری و در نهایت عدم توان رقابت در بازار تولید و خدمات وابسته به صنعت خواهند شد. به همین دلیل نیز از مهمترین عوامل مورد توجه در انتخاب تجهیزات صنعتی پیش از خرید می‌توان به دارا بودن سیستم مدیریت مصرف انرژی اشاره کرد.

روش‌های مدیریت مصرف انرژی در صنعت

بطور مثال در صنعت سیستم‌های مدیریت مصرف انرژی می‌توانند بهینه سازی‌های مبتنی بر زمان را برای کاهش مصرف انرژی با حفظ راندمان اجرا کنند. فرض کنید یک کارخانه قطعه سازی تعداد مشخصی قطعه سفارش گرفته است و قرار است در زمان مشخصی آن‌ها را تحویل دهد. افزایش سرعت تولید در خط تولید منجر به افزایش مصرف انرژی خواهد شد. بنابراین اگر دستگاه‌ها و تجهیزات موجود در خط تولید قابلیت مدیریت مصرف انرژی را داشته باشند می‌توانند در صورتی که مهلت کافی برای تولید قطعات با سرعت کم وجود داشته باشد، مدیر تولید با تنظیم دستگاه‌ها روی حالت کم مصرف سرعت خط را کاهش داده و در نتیجه مصرف انرژی را کاهش دهد. 

از طرف دیگر در صورتی که کارخانه سفارشی با تعداد بالا گرفته باشد و زمان کمی‌نیز داشته باشد در صورت وجود سیستم مدیریت مصرف انرژی در تجهیزات خط تولید مدیر تولید می‌تواند با قرار دادن تنظیمات دستگاه‌ها روی وضعیت پرسرعت سرعت فرآیند تولید را بالا ببرد. در عین حال قیمت‌های تمام شده برای مشتری نهایی نیز افزایش خواهد یافت. مهم اینجاست که در نهایت مدیریت نحوه استفاده از خط و تجهیزات موجود در خط تولید برعهده مدیران کارخانه است. این رفتار پویا نتیجه به کارگیری یک سیستم مدیریت مصرف انرژی هوشمند است.

روش تنظیم پویا (داینامیک) مصرف انرژی

یکی دیگر از روش‌های مدیریت مصرف انرژی در تجهیزات صنعتی استفاده از قابلیت تنظیم پویا (دینامیک) دستگاه‌ها مبتنی بر زمان کارکرد است. از آنجایی که معمولا دولت‌ها و حکومت‌ها هزینه‌های مصرف انرژی برق را مبتنی بر زمان تغییر می‌دهند. این قابلیت می‌تواند اثرگذاری بسیار بالایی در هزینه‌های تولید داشته باشد. بطور مثال در کشور ایران هزینه‌های برق چه در صنعت و چه در مصرف خانگی با کنتورهای هوشمند چندزمانه پایش می‌شود. این کنتورها مصرف برق را به صورت پلکانی محاسبه می‌کنند. یعنی در ساعات پیک مصرف برق قیمت را بالا برده و در ساعات کم باری که مصرف در شبکه برق کشور کاهش یافته است تعرفه قیمت برق را کاهش می‌دهند. 

سیستم‌های مدرن دنیا چگونه کار می‌کنند؟

دستگاه‌های مدرن خط تولید در صنعت با در نظر گرفتن این پارامترها می‌توانند با تنظیم سرعت خط تولید هزینه‌های تولید را کاهش دهند. بطور مثال اگر فرض کنیم که یک کارخانه صنایع غذایی در روز 100 تن سفارش داشته باشد و ظرفیت تولید آن در حالت حداکثر سرعت تولید 130 تن باشد، درصورتی که تجهیزات قابلیت مدیریت هوشمند مصرف انرژی را داشته باشند می‌توانند با تنظیم سرعت در ساعات پیک مصرف که هزینه برق در بیشترین مقدار خود قراردارد سرعت خط را کاهش دهند و در ساعات کم باری سرعت را افزایش داده تا در نهایت هزینه نهایی برق کاهش چشمگیری داشته باشد.

بطور مثال خشک کن‌های صنعتی هیبرید گاز و برق که به روش همرفت فرآیند خشک کردن محصولات کشاورزی را اجرا می‌کنند، اصلی ترین مصرف کننده انرژی برق و گاز را در قسمت‌های مبدل انرژی که انرژی برق و انرژی گاز را به حرارت تبدیل می‌کنند، دارند. مبدل‌های انرژی در نسل‌های جدید این قابلیت را دارند که کاربر با کاهش یا افزایش سطح انرژی مصرفی، سرعت تبدیل انرژی از برق و گاز به حرارت را کاهش یا افزایش دهند. تنظیم نرخ یا سرعت مصرف انرژی به معنای تنظیم سرعت فرآیند خشک کردن در خشک کن‌هاست.