産業用エネルギー管理：測定からEnPIまで
信頼性の高いユーティリティ消費量の監視、実践可能なエネルギー性能指標、継続的な改善を可能にする測定データによる製造におけるエネルギーの見える化の向上
エネルギー管理はなぜ目標ではなく測定から始まるのか
ユーティリティコストの上昇、持続可能性に関するの要求、生産効率目標は、経営者にとって、エネルギーが消費される領域や節減可能な領域を把握しておかなければならないという新たなプレッシャーとなっています。しかし信頼性の高い測定なしでは、エネルギー目標はあくまでも推定に過ぎません。
産業用エネルギー管理はプラントのフロアから提供される透明性の高いデータから始まります。プロセス全体のユーティリティ消費量を測定することで、エネルギー消費量の多い主な設備を特定して経時的な性能の変化を比較し、継続的な損失になる前に偏差に対する措置を講じることができます。信頼性の高い測定は、エネルギー効率の監視、エネルギー報告書の作成、体系的なエネルギー管理戦略の基盤となります。
産業用エネルギー管理計画の具体的な内容
産業用エネルギー管理計画では、プラントの経時的なエネルギー性能の変化をどのように測定、管理、改善するかを定めます。それには次の4つの主要な要素を連携させる必要があります。
- 測定点：入力電源からボイラー、コンプレッサ、冷却機、加熱・冷却システムなど消費量の多い主な設備までのエネルギーおよびユーティリティの消費量を測定する場所。
- エネルギー性能指標（EnPI）：生産量1トンあたりのエネルギー使用量、ボイラー効率、ユニットあたりの圧縮空気消費量など、生の消費データを変換した運転指標。
- エネルギーベースライン：改善のための基準点。これにより、現在のエネルギー性能を特定の期間と比較し、生産量、周囲条件、または製品構成に対して正規化することが可能になります。
- 報告体制：エネルギーデータが機器やシステム内で孤立しないようにします。測定した変化を運用上の対策に関連付けることで、定期的な見直しはエネルギー監視をエネルギー管理に変えます。
ユーティリティ監視によってエネルギーをどれくらい節約できますか？5～15%。環境、条件によって異なる
ISO 50001およびビルエネルギー管理システムに関する研究から、体系的なエネルギー管理であれば一般的に約5%～15%のエネルギーを節約でき、技術的な効率化対策を講じればさらなる節約が可能であることがわかっています。この数値は、エネルギーの透明性レベル、測定したユーティリティ数、結果に対するプラントチームの対応力によって異なります。
節約の可能性を測定するには、プラントで現場全体の消費量以外も可視化する必要があります。入力電源、ユーティリティの生産、主要なエネルギー消費領域を監視し、非効率性を特定のプロセスまたはシステムまで遡れるようにする必要があります。
エネルギー性能指標の設定
エネルギー性能指標、つまりEnPIは、生産、プロセス出力または運転条件に関するエネルギー性能の追跡に使用される測定値です。EnPIはエネルギー消費量だけでなく、エネルギーが効率的に使用されたかどうかを示す便利な指標です。産業EnPIの例には以下があります。
- エネルギーを大量に消費する生産ラインの生産量1トンあたりのkWh
- 圧縮空気システムの生産単位あたりの圧縮空気（m³）
- 熱処理のバッチあたりの蒸気量（kg）
- バッチ間、ライン間、または拠点間のエネルギー使用量を比較するための特定のエネルギー消費量
適切なEnPIは、継続的に測定できて定義されたプロセスに起因し、出力に対して正規化されている必要があります。これにより、生産量、製品構成または周囲条件が変わって消費量が増えた場合に、誤って性能が低下したと判断するのを防ぐことができます。信頼性の高いEnPIには、信頼性の高い測定が不可欠です。指標を提供する計測機器が正確でなければ、KPIに基づいて信頼性の高い意思決定を行うことはできません。
計測機器を設置する場所：Tier1およびTier2のユーティリティのマッピング
電気、水、天然ガスなどのTier1ユーティリティは、プラントが購入する主要なリソースです。Tier2ユーティリティは現場で前述のリソースから生産される蒸気、圧縮空気、温水、冷水などで、エネルギー節約の大きな可能性を秘めた領域です。ユーティリティの生成設備、プロセスエリア、主要機器など、産業プラントにおけるサブメータにより、プラント全体よりも細かい単位でエネルギー消費量を測定できます。これにより、総消費量のデータを実用的な情報に変換できます。実際の測定階層は以下から始まります。
- 入力電源：拠点のエネルギーおよびユーティリティの総消費量を把握するため
- Tier2ユーティリティ生産：ボイラー、コンプレッサ、冷却機、加熱システムなど
- 最大の消費領域または生産ライン：節約の可能性が最も大きい
- 選択したプロセスレベルのエネルギー消費が多い設備：詳細なEnPIまたは基準が必要
予算が限られたプラントでは、段階的な手法が効果的です。1年目は総消費量に重点を置き、2年目は多くのエネルギーを消費する領域まで測定範囲を拡大します。その後、基準に従って主要な消費設備と生産ラインを評価し、再発する偏差や改善の機会を特定します。
根拠を示せるエネルギーベースラインの設定
エネルギーベースラインは、エネルギー性能が向上したかどうかの評価に使用する基準点です。これは、同等の運転条件におけるプロセス、ライン、拠点での一般的なエネルギー使用量を定義します。
妥当なベースラインの確定には、標準的な生産パターンを反映するための十分な測定データが必要です。生産量、周囲温度、稼働時間、製品構成など、消費量に影響を及ぼす変数に対しても正規化する必要があります。ベースラインが設定されると、基準に基づくエネルギーの評価が可能になります。同じようなライン、現場、稼働期間を比較し、エネルギー性能が予測されるエネルギー使用量に見合わない領域を特定できます。
測定データに関するISO 50001の要求事項
ISO 50001は体系的なエネルギー管理のための枠組みです。この規格では、組織は測定の観点から自らのエネルギー使用量を把握し、多量のエネルギーを使用する主な設備を特定し、定められたベースラインを満たすための改善を示すことが求められます。
エネルギー管理および継続的な改善のための信頼性の高い監査に対応した測定データの作成に役立つプロセス計装、ユーティリティ測定、診断。
ISO 50001の導入を計画している企業にとって、信頼性の高い測定データは、エネルギーの重要な使用箇所の特定、EnPIsの追跡、エネルギー性能の経時的な改善を示す証拠の提供という3つの実務上のニーズを満たします。
産業用エネルギーの監査はISO 50001と同じですか？
産業用エネルギーの監査は、エネルギーが使用される領域および効率改善が可能な領域の特定に使用される評価です。一方、ISO 50001は、組織が継続的にエネルギー性能を管理および向上させるための管理システムに関する基準です。
監査はエネルギー管理計画に役立つ情報を提供しますが、継続的な改善ができるかどうかは継続的な測定、監視、対策にかかっています。
エネルギー効率の監視：計測機器の出力を節減につなげる
測定データを対策につなげる場合は、エネルギー効率の監視が重要になります。そのチェーンはシンプルです。消費量を測定してデータを集計し、エネルギーベースラインに対して正規化し、偏差を検知し、何を変更する必要があるかを判断します。測定済みのユーティリティ消費量からは持続可能性報告書の作成に必要なアクティビティデータも得られます。これは、ボイラーの燃料使用量に基づくScope 1の計算や購入した電力の消費量に基づくScope 2の報告書作成に利用されます。
たとえば、生産量が安定した状態で圧縮空気の消費量が増加した場合、漏出、圧力損失、非効率的な動作設定を示す変化が生じることがあります。バッチあたりの蒸気使用が増加した場合、供給損失、プロセス設定、または熱伝達性能に原因がある可能性があります。
エネルギー報告書は、これらの情報を可視化するのに役立ちます。定期的な報告書により、運転、メンテナンス、持続可能性の各担当チーム間で優先度を共有し、進捗状況を追跡し、導入したエネルギー節減対策の影響を文書化することができます。
食品・飲料製造におけるエネルギー管理
食品・飲料製造は多くのプロセスは、熱処理、冷却、定置洗浄、圧縮空気、蒸気、温水、冷水に左右されるため、エネルギー集約型です。これらのユーティリティは多くのエネルギーを消費する主な設備を示しますが、通常は複数の生産領域に分散しています。
産業用エネルギー管理により、食品・飲料メーカーは、食品の安全性、品質、あるいは稼働時間を犠牲にすることなく、エネルギー消費量が最も多い領域、最も変化が激しいプロセス、優先的に効率を改善すべき領域を特定できます。
データの信頼性を維持：計装と診断
EnPIの信頼性は測定にかかっています。プロセス計装は、エネルギー性能の計算、非効率な運転領域の検知、改善措置が機能しているかどうかの検証に必要な現場データを提供します。
即時検証および診断は測定データの信頼性の維持に役立ちます。たとえば、 Endress+Hauser の Heartbeat Technology は、プロセスを中断することなく機器の検証および診断が可能で、機器のライフサイクルを通して信頼性の高いエネルギーデータを確保できるよう支援します。
エネルギー管理計画、EnPI、ベースラインを設定したら、次はプラント内で最も節約の可能性が大きい領域の特定です。通常は、蒸気、ボイラー、加熱・冷却、圧縮空気などのユーティリティシステムが改善の出発点となります。
