Managementul Energiei

1. ManagementulEnergiei www.bel.utcluj.ro/me

2. Introducere Structuradisciplinei ME • Curs I. Introducere • Ce este Managementul Energiei? • Trecutul, prezentulşi viitorul ME • Motivaţiadisciplinei • Problemele adresate de ME • Principiile ME • Aptitudinile şi responsabilităţile managerului energetic • Teme de licenţă pentrufinalizareastudiilor

3. Introducere Structuradisciplinei ME • Cursuri • Cursul I. Introducere • Cursul II. Competenţele managerului energetic • Cursul III. Sistemele ME. • Cursul IV. Reţele SCADA • Cursul V. Distribuţia energiei electrice. Directive. Legislaţia • Cursul VI. Generarea energiei electrice. • Cursul VII. Energii alternative • Cursul VIII. Metode de stocare a energiei electrice • Cursul IX. Distribuţia gazelor naturale. Securitatea energetică • Cursul X. Managementul energiei în clădiri. Sisteme de încălzire, aerisire şi condiţionarea aerului. • Cursul XI. Reţele inteligente de electricitate • Cursul XII.Protejareamediuluiprinmijlocii de ME • CursulXIII - XIV. Recapitulare - invitat

4. Introducere Structuradisciplinei ME • Laboratoare (nu neaparat în ordinea trecută) • Lab. I. Managementul energiei în clădiri I. • Lab. II. Managementul energiei în clădiri II. • Lab. III. Modelarea reţelelor electrice I. • Lab. IV. Modelarea reţelelor electrice II. • Lab. VII. Urmărirea punctului de transfer maxim de putere I. • Lab. VIII. Urmărirea punctului de transfer maxim de putere II. • Lab. IX. Algoritmi de urmărire a punctului maxim de transfer I. • Lab. X. Algoritmide urmărire a punctului maxim de transfer II. • Lab XI. Predicţia consumului de putere I. • Lab XII. Predicţia consumului de putere II. • Lab. XIII. - XIV. Recuperări • Proiecte • Elaborarea unor lucrări de sinteză privind tematici din domeniul ME • Nota ME: evaluarepeparcurs - 50% punctajobţinut la lucrările de laborator+ 50% notă proiect

5. Introducere Precondiţii • Bazele economiei firmei • Categorii de costuri • Indicatori financiari • Managementul producţiei • Bazele Electrotehnicii • Circuite electrice • Circuite monofază, trifază • Circuite Integrate Analogice • Informatică Aplicată • Calcul tabelar • prezentări

6. Introducere • Ce este Managementul Energiei? • Definiţie: Managementul energiei (energetic) este un instrument (o procedură) managerial pentru gestionarea energei electrice şi calorice care are scopul principal minimizarea consumului, optimizarea costurilor şi protecţia mediului; • Managementul energetic[2]este un proces complex de elaborare a deciziilorceprivescreducerea intensităţii (consumului) energetice şi creşterea performanţelor economice la nivelulconsumatorilor de energieşi/sau la nivel zonal (pe baza unui set de competenţe, aptitudini,atitudini şi calităţi distribuite relativ uniform) în întreaga structură organizaţională a unuiconsumator de energie şi/sau la nivelul unei entităţi administrativ-teritoriale în concordanţă cu misiunea, obiectivele şi strategiile acestora.

7. Introducere Trecutul, prezentul şi viitorul ME • Trecutul: • Activităţile de ME se pot urmări înapoi în istoria antică, de exemplu construirea piramidelor din Egipt consumând energie obţinută din forţa de muncă a sclavilor. • Cu timpul forţa umană a fost înlocuită (deoarece a devenit prea scumpă), prima dată cu forţa animelelor, ulterior cu forţa maşinilor; • Revoluţia industrială a fost declanşata cu apariţia motoarelor cu aburi, pionerii erei (James Watt, James Prescott Joule) fiind preocupat de stabilirea relaţiilor energetice precum conservarea energiei, transformarea energiei termice în lucru mecanic etc. • Conceptul şi necesitatea ME s-a cristalizat la sfârşitul anilor 70, în urma crizei energetice din 1979 (http://en.wikipedia.org/wiki/1979_energy_crisis), care a făcut de înţeles ca energia este o resursă finită şi din ce în ce mai scumpă

8. Introducere Trecutul, prezentul şi viitorul ME • Prezentul: • Activităţile legate de ME (controlul consumului, monitorizarea şi auditarea sistemelor de ME) şi scopul lui sunt maturizate şi materializate în standarde de ME (standardul europeam EN 16001:2009; standardul german DIN EN 16001) • Liberalizarea pieţei energetice (asupra stratului tehnologic pentru transportul energiei se suprapune un strat economic reglementat în legislaţia membrilor UE urmărind directive elaborate de parlamentul UE) • Viitorul: • Dezvoltarea energiilor alternative (energia solară, eoliană, sau hidroenergia) • Protejarea mediului: reducerea amprentei de CO2 prin creşterea energiei produse cu metode alternative • Stocarea energiei este o problematică mereu permanentă (energia electrică este greu de înmagazinat, bateriile se încarc lent, hidrocentralele cu pompaj necesită investiţii infrastructurale serioase) • Realizarea reţelelor inteligente de distribuţie a energiei (în terminologia engleză conceptul apare sub numele „Smart Grid”)

9. Introducere Motivaţiadisciplinei [1] • Există o solicitare puternică din partea jucătorilor economici: industria, companiile private şi organizaţiileguvernamentalesunt sub presiuni extraordinare economiceși ecologiceîn ultimii ani; măsuri de austeritate sunt luate pentru a opri consumul iresponsabil • Principalii factori care au condus la investiţii infrastructurale în cadrul organizaţiilor privind gestionarea energiei sunt (1) competitivitatea economică pe piața mondială prin reducerea costurilor indirecte și (2) satisfacerea cerinţelor exigente de mediu pentru a reduce poluarea aerului și apei • Managementul energiei este un instrument important pentru a ajuta organizațiile să îndeplinească pe termen scurt aceste obiective şi este imperativ pentru succesul lor pe termen lung • tehnologiecorelate cu energetica se schimb aşa de repede (în timp de 10 ani) încatestenevoie de personal care samonitorizezeîn mod continuuevolutiatehnologiilor, respectivretehnologizreaechipamentelorexistente

10. Introducere Problemele adresate de ME [1] • Restricţiile stricte prescrise de standardele de calitate a mediului, în primul rând legate de reducerea încălzirii globale și ploii acide. • Observaţie: costul energiei obţinute prin arderea metanului este ieftină faţă de alte surse de energie însă este o sursă de poluare semnificativă (1g de metan oxidat produce 2.75 de grame de dioxid de carbon); CO2 (produs în urma arderii gazelor naturale) este un gaz care contribuie la efectul de seră a pamântului, astfel reducerea amprentei de dioxid de carbon este imperativ pentru diminuarea poluării; • Competitivitatea (din punct de vedere economic) pe piața mondială impune: (1) reducerea costului de producție prindiminuarea cerinţelor energetice a industriilor; (2) satisfacerea nevoilor clienţilor prin servicii de calitate, livrare în timp. • Observaţie: după un sondaj facut în SUA activităţile de economisire a energiei a rezultat în: reducerea costurilor energetice între 5-15% în primii ani; reducerea costurilor cu 15-30% pe termen mediu (în urma investiiţiilor moderate); investiţiile infrastrucutrale majore, care necesită proiectare atentă reduc costurile cu pâna la 50%

11. Introducere Problemele adresate de ME [1] • Securitatea/furnizarea/menținerea energiei fără întreruperesemnificativă și disponibil la costuri fără fluctuaţii rapide. • Observaţie: preţul combustibilelor fosile (gaz şi petrol) în mare depind de piaţa înternaţională, preţurile fiind dictate de ţările exportatoare de combustibil; instabilităţile economice/politice din aceste ţări conduce la fluctuaţia preţurilor; • Observaţie: industriile sunt „alimentate” în mare parte (sau chiar complet) cu gaze naturale; o eventuală întrerupere în furnizarea gazelor naturale ar rezulta în pierderi economice semnificative; • Exemple: http://dailyresourcehunter.com/americas-looming-power-shortage/ • http://www.youtube.com/watch?v=dQtXtDGehMI • Asistenţa la rezolvarea priorităţilor naționale, care pot fi: • crearea noilor locuri de muncă; • îmbunătățirea sistemului de calcul a costurilor de energie (de exemplu: costul curentului din timpul zilei este mult mai scumpă decât în timpul nopţii; se discută realizarea contorizării care ţine cont de ora consumării) • minimizarea efectelelor care pot apare în urma unui limitări sau întreruperi în aprovizionarea energiei

12. Introducere Principiile ME • Minimizarea costurilor de energie a fabricaţiei sau serviciului furnizat, dar nu cantitatea de energie. • De exemplu: un proces de fabricaţie are 2 etape: în prima etapa este utilizată energie obţinută din combustibil, iar a doua etapă foloseşte energie electrică; în principiu energia obţinută din combustibil este de 10 ori mai ieftin decât energia electrică; ca urmare procesul tehnologic trebuie să minimizeze utilizarea energiei electrice;

13. Introducere Principiile ME • Considerarea serviciilor (funcţiilor, proceselor) de energie ca un cost de producţie, nu ca o parte din regie sau costuri indirecte. • Observaţie: în practica unităţilor de producţie nu este uzuală măsurarea costurilor de energie cheltuita pe fabricarea bunurilor şi nu sunt identificate bunurile care necesită consum de energie ridicată • În principiu, pentru orice proces de producţie se poate determina energia minimă consumată, şi aceste cheltuieli se pot încorpora în costul de producţie • Contorizarea şi controlul serviciilor principale de energie • Practica arată ca în jur de 20% din fazele de producţie răspund pentru 80% din cheltuieli; este important identificarea surselor majore de cheltuieli şi minimizarea lor • Trebuie alocat efort financiar pentru gestionarea programului energetic, respectiv implementarea unei mecanism de control pentru obținerea rezultatelor prestabilite • Este un principiu stabilit din experienţa managerilor energetici (de exemplu: o sursă majoră de consum de energie nu se poate identifica fără măsurarea prealabila a consumului fazelor individuale de producţie)

14. Introducere Aptitudini şi responsabilitaţi a managerului energetic [1] • Managerul energetic asigură servicii pentru următoarele categorii de beneficiari: • Manageri şi consilii de administraţie ale societăţilor comerciale mari consumatoare de energie unde, de regulă este salariatul societăţii; • Manageri şi consilii de administraţie a uneia sau a unui grup de societăţi mai mici (care nu acoperă în întregime domeniul său de interes); • Consiliile locale ale entităţilor administrativ-teritoriale. • Managerul energetic trebuie săcunoască: • Energetică generală: politicienergetice, resurseenergetice, indicatoriiînenergetică; • Energeticăpractică: tehnologii de producere, consumşi recuperare a energiei; • Management: identificare obiective, stabilire ţinte, planificare, organizare resurse,comunicare, motivare, reacţia şi controlul • Legislaţie în domeniu şi legislaţie conexă

15. Introducere Aptitudini şi responsabilitaţi a managerului energetic [2] • Managerul energetic asigurasuportuldecizionalpentrureducereaintensităţii şi afacturiienergetice a beneficiarilor, în concordanţă cu normeleeuropene, prin: • Planificareaşi actualizareabalantelorenergetice; • Asigurareapurtătorilor de energie; • Folosireaeficientă a purtătorilor de energie; • Folosireatuturoroportunităţilor pieţei de serviciienergeticeşi a pieţei en-gros deenergie (transformareaactivităţii de achiziţieenergieiîntr-o afacere): • Asigurareaenergiei la preţuri optime; • Realizarea de investiţii înproducţia de energie electricăregenerabilăsi nu numai(individual sauînconsorţii); • Asigurarea de serviciienergeticecoroborate cu mecanismele pieţei de energieelectrică. • Asigurareaîncadrăriiproduselorşi serviciilorbeneficiarilorînnorme(de consum, demediu etc.); • Gestiuneaechipamentelorenergetice.

16. Introducere Bibliografie • [1] Wayne C. Turner, Energy ManagementHandbook, The Fairmont Press, 2001 • [2] Nicolaie Popescu, Notiţe de curs Managementul Energetic, Universitatea din Craiova (http://retele.elth.ucv.ro/Popescu%20Nicolae/Management%20Energetic/) • [3] Botond Sandor Kirei, “Managementul energiei -îndrumător de laborator”, Casa Cărţii de Ştiinţă, Cluj Napoca, 2013, ISBN 978-606-17-0301-2

17. Introducere • Exemple de tematici pentru proiect: • Aptitudinile managerului de energie • Proiecte de investiții în domeniul energiei • Analiza financiarã a unei investii • Reducerea costurilor indirecte prin reducerea energiei consumate • Directivele europene pentru sectorul energetic • Auditarea sistemelor de management energetic

18. Introducere • Exemple teme lucrări de licenţă: • Teme legate de ingineria economică • Modelarea şi simularea reţelelor electrice • Auditarea sistemelor de management energetic • Teme legate de electronică: cere cunoştinţe de programare în Verilog/VHDL sau MATLAB/Simulink • Realizarea unei camere digitale • Realizarea unui emitor radio conform standardului DCF77 • Codor-decodor S/PDIF

19. Introducere Realizareauneicameredigitale

20. Realizareaunuiemitor radio conform standardului DCF77 -DCF77 este un sistem german de transmisie a orei exacte prin unde radio, având o largă zona de acoperire. Acest sistem a transmis pentru prima dată în 1 ianuarie 1959, la iniţiativa guvernului german. Emiţătorul este localizat într-un oras, aproape de Frankfurt şi transmite ora exactă de la ceasul atomic din Braunsheig, având o eroare teoretică de o secundă o dată la un milion de ani. Cele două antene ale emiţătorului sunt susţinute de cabluri orizontale, legate de piloni,care au înălţimea de până la 200m. Antenele emit cu o putere de 30 kW, pe o rază de 1500 km împrejur. Semnalulestereceptionatpana in tarile vest-europene cum esteItalia,FrantasauOlanda. -In Romania acestsemnalesteslab,deaicivenindsiideea realizariiunuitransmitator care sagenerezesemnalele conform standardului DCF77 cu care sa se sincronizeze multitudinea de echipamenteexistentepepiata (ceasuri de mana,ceasuri de perete,orologii,etc.)

21. Realizarea unui emitor radio conform standardului DCF77 -In figura de mai sus este prezentată arhitectura transmiţătorului propus spre dezvoltare -Semnalele m(t) şi p(t),semnalul modulator,respectiv semnalul purtător sunt generate de pe o placă Arduino Uno -La ieşirea modulatorului se obţine semnalul x1(t) în care amplitudinea modulatorului este atenuată corespunzător valorii binare transmise. -Semnalul x2(t) de la ieşirea filtrului de canal este limitat în bandă, ce rezultă în rotunjirea semnalului modulat. -Ultima componentă în lanţul emiţătorului este amplificatorul de putere

22. Codor-decodorS/PDIF • Protocolul este folosit la intrconectarea calculatoarelor cu player DVD, prin intermediul uni cablu optic sau coaxial (de exemplu la sisteme Dolby Suround) • Alta apălicaţie este transmisie canalelor necomprimate CD la un amplificator