พื้นฐานการตรวจวัดและวิเคราะห์การใช้พลังงาน

1.3 พลังงานกลในรูปความร้อน

ในทางอุตสาหกรรมมีการใช้พลังงานที่เปลี่ยนรูปแบบหรือส่งต่อกันไปเพื่อใช้งาน เช่น ระบบไฟฟ้า จ่ายแรงเคลื่อนไฟฟ้า 380 V ให้กับมอเตอร์ และมอเตอร์ขับเคลื่อนปั๊มน้ำสร้างความดันน้ำ 20 บาร์ ขับเคลื่อนน้ำอุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ไหลไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง 35 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำ ทำให้น้ำมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้า 380 V ความดันน้ำ 20 บาร์ อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส เราจะเรียกว่าระดับคุณภาพพลังงาน

1.4 กำลัง (Power)

กำลัง คือ อัตราการใช้พลังงาน เป็นอัตราส่วนระหว่างพลังงานต่อหน่วยเวลาเป็นตัววัดสำคัญในการประเมินประสิทธิภาพของอุปกรณ์

กำลังไฟฟ้า 1 วัตต์ (W)      =        1 จูลต่อวินาที (J/sec)

กำลังงาน 1 แรงม้า (HP)    =        746 วัตต์

พลังงานไฟฟ้า 1 หน่วย      =        1 kWh                =        1,000 x J/sec x 3,600 sec

=        3,600,000 J     =        3.6 MJ

วัตถุประสงค์ในการตรวจวัดการใช้พลังงานเพื่อให้ทราบว่า

- มีการใช้พลังงานที่ไหนและเมื่อไหร่ เช่น กระบวนการผลิตส่วนใดของโรงงานมีการใช้พลังงานบ้าง ช่วงเวลาของการใช้พลังงานในแต่ละส่วนคิดเป็นกี่ชั่วโมงต่อวันหรือกี่วันต่อสัปดาห์
- มีการใช้พลังงานอย่างไร เช่น มีการใช้พลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงน้ำมันเตาที่หม้อไอน้ำ มีการใช้พลังงานความร้อนจากไอน้ำในการต้มวัตถุดิบ
- มีการใช้พลังงานเพื่อทำอะไร เช่น เพื่ออบแห้งสินค้า เพื่อให้ความเย็นในพื้นที่การผลิต

จากวัตถุประสงค์ดังกล่าว ทำให้พอสรุปสิ่งที่ต้องการทำการตรวจวัดได้อย่างน้อย 4 ประการ คือ

1) กระบวนการและปริมาณการผลิตของโรงงานในสภาพปกติ
2) ปริมาณการใช้พลังงานในสภาพปกติ ทั้งปริมาณการใช้ไฟฟ้า และปริมาณการใช้เชื้อเพลิง
3) ช่วงเวลาการผลิต และช่วงเวลาที่ไม่ได้ทำการผลิตของโรงงาน
4) สภาพภูมิอากาศแวดล้อม ในกรณีที่สภาพภูมิอากาศมีผลต่อการใช้พลังงานของกระบวนการผลิต

จะสังเกตได้ว่า การตรวจวัดการใช้พลังงานจะเน้นที่การตรวจวัดในสภาวะที่โรงงานทำการผลิตปกติ ไม่ใช่ช่วงเวลาที่ต้องเร่งทำการผลิตเนื่องจากมีคำสั่งซื้อเข้ามามากในช่วงเทศกาล หรือในทางกลับกัน ไม่ใช่ช่วงเวลาที่ผลิตน้อยกว่าปกติ ทั้งนี้เนื่องจากปริมาณการใช้พลังงานและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ได้จากสภาวะปกตินั้นจะเป็นค่าที่แท้จริงของโรงงาน และสามารถเป็นค่าฐานในการวิเคราะห์ความคุ้มค่าในการลงทุน และใช้เป็นดัชนีเปรียบเทียบก่อนและหลังการดำเนินการตามแนวทางการประหยัดพลังงานได้

ในการตรวจวัดการใช้พลังงานจะกระทำกันอยู่ 2 ลักษณะ คือ การตรวจวัดแบบชั่วขณะ และการตรวจวัดแบบต่อเนื่อง

การตรวจวัดการใช้พลังงานโดยทั่วไปจะมีขั้นตอนดังต่อไปนี้

4. การศึกษารวบรวมข้อมูลเบื้องต้น

การดำเนินการตรวจวัดและวิเคราะห์ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในโรงงานที่ดีมีประสิทธิภาพนั้นควรมีการเตรียมความพร้อมก่อนที่จะดำเนินการตรวจวัดฯ เพื่อให้สามารถตรวจวัดได้อย่างสะดวกและรวดเร็วมากขึ้น ซึ่งการศึกษารวบรวมข้อมูลเบื้องต้นเป็นส่วนหนึ่งที่สำคัญของการเตรียมความพร้อมการดำเนินการตรวจวัด

การรวบรวมข้อมูลเบื้องต้นที่เกี่ยวข้องและการใช้พลังงานของโรงงานควรเป็นข้อมูลย้อนหลังอย่างน้อย 1 ปี โดยมีวัตถุประสงค์ดังนี้

- เพื่อเป็นข้อมูลพื้นฐานให้ผู้ดำเนินการตรวจวัด สามารถเข้าใจภาพรวมของการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต ทราบว่าพลังงานถูกนำไปใช้ที่ใดบ้าง
- เพื่อให้ทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการผลิตกับการใช้พลังงาน
- เพื่อให้สามารถวางแผนในการตรวจวัด และเก็บข้อมูลการใช้พลังงานของโรงงาน

ข้อมูลเบื้องต้นที่ทีมผู้ดำเนินการตรวจวัดควรรวบรวม ได้แก่

ขั้นตอนการวิเคราะห์ข้อมูลเบื้องต้นที่ได้รับจากทางโรงงาน ดังนี้
1. วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการใช้พลังงานแต่ละชนิดของโรงงานกับผลผลิตโดยจัดทำกราฟดัชนีการใช้พลังงานต่อหน่วยผลผลิตและควรแปลงหน่วยของพลังงานแต่ละชนิดให้เป็นหน่วยเดียวกัน เช่น MJ/ตันผลผลิต เพื่อนำมาเปรียบเทียบให้ทราบว่าพลังงานชนิดใดที่มีการใช้มากในโรงงาน พลังงานประเภทใดหรือทรัพยากรใดเป็นค่าใช้จ่ายหลักของโรงงาน

2. พิจารณาแนวโน้มของค่าดัชนีการใช้พลังงานต่อหน่วยผลผลิตว่าเป็นอย่างไรแปรผันอย่างไรกับปริมาณผลผลิต เพื่อเป็นข้อสังเกตให้ใช้ไปหาคำตอบช่วงที่ทำการตรวจวัด

3. จากข้อ 1 และ 2 จะทำให้ทราบแล้วว่าพลังงานใดที่เป็นปัจจัยหลักในการผลิตของโรงงานและควรให้ความสนใจในการหาศักยภาพในการประหยัดในการประหยัด

5. การจำแนกเครื่องจักรหรืออุปกรณ์

การจำแนกและจัดทำรายการเครื่องจักรถือว่ามีส่วนสำคัญในการสำรวจตรวจวัด การที่จะได้ข้อมูลถูกต้องครบถ้วนต้องอาศัยข้อมูลของเครื่องจักรที่ถูกต้องครบถ้วนด้วยเช่นกัน เพื่อที่จะทราบจำนวนเครื่องจักรทั้งหมดที่ต้องการทำการตรวจวัด ใช้ในการวางแผนการตรวจวัด ข้อมูลพื้นฐานของเครื่องจักรช่วยในการตรวจสอบความถูกต้องของการวัด การวิเคราะห์การใช้พลังงานและการวิเคราะห์มาตรการการอนุรักษ์พลังงาน การจัดทำรายการเครื่องจักรยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในการดำเนินมาตรการบำรุงรักษาเครื่องจักร การวางแผน ตรวจสอบการบำรุงรักษาเครื่องจักร อีกทั้งช่วยในการตรวจติดตามผลการดำเนินมาตรการการอนุรักษ์พลังงานอีกด้วย

การรวบรวมข้อมูลสำหรับจัดทำรายการเครื่องจักรต่างๆ ควรจัดทำเป็นรายละเอียดข้อมูลประวัติเครื่องจักร ดังรูปแสดงตัวอย่างแบบฟอร์มรายละเอียดข้อมูลประวัติเครื่องจักร ซึ่งเป็นการรวบรวมข้อมูลต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรมาให้ละเอียดที่สุด เพื่อประโยชน์ในการดำเนินงานต่อไป จะได้ไม่ต้องไปค้นหารายละเอียดที่อื่นอีกให้เสียเวลา หากเป็นไปได้รายละเอียดข้อมูลประวัติเครื่องจักรนี้ควรจะเป็นการ์ดแข็งเพื่อประโยชน์ในการดำเนินการบำรุงรักษาเครื่องจักร

การตั้งรหัสเครื่องจักรเป็นประโยชน์ในการจัดเก็บข้อมูลประวัติและค้นหาข้อมูลเหล่านี้ ดังในตัวอย่างนี้ตั้งรหัส 6 ตัว (0010-01)

• 4 ตัวแรกคือ 0010 จะเป็นการกำหนดตัวเครื่องจักร เช่น คอมเพรสเซอร์
• 2 ตัวท้ายเป็นการกำหนดเฉพาะตัวในกรณีที่เครื่องจักรนั้นมีใช้หลายเครื่อง เช่น คอมเพรสเซอร์มี 5 เครื่อง ก็จะกำหนดแต่ละตัวเป็น 01 ถึง 05 เป็นต้น

ตัวอย่างแบบฟอร์มรายละเอียดข้อมูลประวัติเครื่องจักร

6. การศึกษาการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต

พลังงานถูกนำไปใช้เป็นทรัพยากรในการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมอันเนื่องมาจากความต้องการในการกระบวนการผลิต

ดังนั้นในขั้นตอนแรกก่อนที่จะตรวจวัดและวิเคราะห์การใช้พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรม เราต้องเริ่มจากการทำความเข้าใจและพิจารณาแผนผังกระบวนการผลิต (Processing flow chart) โดยการพิจารณาจากจุดเริ่มต้นที่วัตถุดิบ (Raw material) ถูกนำเข้าไปผ่านกระบวนการต่างๆ ในแต่ละขั้นตอน

จนกระทั่งได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายออกมา เมื่อทำการตรวจวัด เก็บข้อมูล และวิเคราะห์การใช้พลังงานสามารถที่จะสังเกตทำความเข้าใจและทราบได้ว่าในการผลิตแต่ละขั้นตอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง แหล่งพลังงานที่ต้องการใช้งานมีอะไรบ้าง พลังงานถูกนำไปใช้เพื่ออะไร ใช้อย่างไร ซึ่งจะทำให้เราสามารถทราบและเข้าใจถึงการใช้พลังงาน (Energy flow) ได้ ช่วยให้เกิดความรู้ความเข้าใจ เกิดความสะดวกในการวิเคราะห์การใช้พลังงานได้ดียิ่งขึ้น ดังนั้นเมื่อผู้ดำเนินการตรวจวัดรวบรวมข้อมูลเบื้องต้นที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานของโรงงานได้แล้ว สิ่งที่ต้องดำเนินการต่อไปคือ พยายามทำความเข้าใจกับกระบวนการผลิตของโรงงานให้มากที่สุด ซึ่งผู้ดำเนินการตรวจวัดสามารถทำความเข้าใจกระบวนการผลิตใน 2 ช่วงด้วยกัน

• ช่วงแรก คือ ช่วงก่อนเข้าไปทำการตรวจวัดพลังงานในโรงงาน โดยอาศัยข้อมูลเบื้องต้น
• ช่วงที่ 2 คือ ขณะที่ทำการตรวจวัดในโรงงาน โดยหลังจากที่ผู้ทำการตรวจวัดได้ทำความเข้าใจข้อมูลเบื้องต้นของโรงงานแล้ว การพูดคุยสอบถามการทำงานกับพนักงานในระดับปฏิบัติงานจะทำให้เข้าใจการใช้พลังงานของกระบวนการผลิตของโรงงานในอีกระดับหนึ่ง

เครื่องมือที่สามารถช่วยให้วิศวกรหรือผู้ดำเนินการตรวจวัดเข้าใจกระบวนการผลิตได้มากคือ การทำแผนผังการใช้พลังงานของแต่ละกระบวนการผลิต (Energy flow diagram: EFD) การทำแผนผังการใช้พลังงานของกระบวนการผลิต (EFD) จะทำให้ทราบระดับพลังงานที่ต้องการของแต่ละกระบวนการทั้งหมดในโรงงาน

ทั้งนี้การทำ Energy flow diagram และ Process mapping ก่อนทำการตรวจวัดจะไม่สามารถระบุข้อมูลได้ครบสมบูรณ์ ข้อมูลที่ขาดหายไปนั่นหมายถึง ข้อมูลที่ต้องตรวจวัดและเก็บเพิ่มเติม

7. การตรวจวัดระบบที่ใช้พลังงาน

แผนผังขั้นตอนการดำเนินการตรวจวิเคราะห์ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การตรวจวัดการใช้พลังงานที่ดี มีการศึกษาข้อมูลเบื้องต้นอย่างละเอียด มีการวางแผนอย่างเป็นระบบ และทำการตรวจวัดได้ค่าที่ถูกต้องจะทำให้การวิเคราะห์แนวทางการประหยัดพลังงานเป็นไปอย่างชัดเจน ถูกต้อง และรวดเร็ว การวิเคราะห์ความเหมาะสมในการลงทุนมีความถูกต้องแม่นยำ ทำให้การตัดสินใจดำเนินแนวทางการประหยัดพลังงานของโรงงานสามารถทำได้อย่างมั่นใจ

กรณีศึกษา: การตรวจวัดการใช้พลังงานที่ดี

โรงงานแห่งหนึ่งมีเครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) ขนาด 300 ตัน อยู่ 1 เครื่อง ผลการตรวจวัดสภาพการทำงานเทียบกับข้อมูลติดตั้ง (Specification) เป็นไปตามตารางต่อไปนี้

หมายเหตุ: 1) ชั่วโมงการใช้งาน 10.5 ชั่วโมง/วัน และ 365 วัน/ปี, 2) ค่าไฟฟ้าเฉลี่ยต่อหน่วยของโรงงาน 4.00 บาท/กิโลวัตต์-ชั่วโมง

ข้อมูลติดตั้งของเครื่องทำน้ำเย็นเครื่องนี้กำหนดว่า ค่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสารทำความเย็นที่คอนเดนเซอร์ และน้ำหล่อเย็นขาออกไม่ควรเกิน 1.5 °C แต่จากการตรวจวัดพบว่ามีค่าสูงถึง 4.45 °C ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ต่ำลง  เนื่องจากการเกิดตะกรันหรือการอุดตันภายในท่อของคอนเดนเซอร์

จากประสบการณ์ที่ผ่านมาของวิศวกรประจำโรงงานและที่ปรึกษาด้านพลังงานพบว่าการล้างทำความสะอาดคอนเดนเซอร์จะสามารถปรับปรุงสมรรถนะของเครื่องทำน้ำเย็นชุดนี้ได้จนมีค่าประมาณ 0.70 กิโลวัตต์/ตันความเย็น

จะเห็นได้ว่า จากการตรวจวัดและรวบรวมข้อมูลที่ละเอียด ครบถ้วน และถูกต้อง ทำให้โรงงานแห่งนี้สามารถวิเคราะห์ศักยภาพในการประหยัดพลังงานได้อย่างชัดเจนแม่นยำ โดยการล้างทำความสะอาดคอนเดนเซอร์จะช่วยประหยัดค่าไฟฟ้าได้ถึง 239,248 บาท/ปี และมีระยะเวลาคืนทุนรวดเร็วภายในเวลาประมาณ 3 เดือน เท่านั้น

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2555). การตรวจวิเคราะห์การใช้พลังงาน. In คู่มือการตรวจวิเคราะห์การใช้พลังงาน สำหรับวิสาหกิจขนาดกลาง (pp. 2-2,2-3,2-10,2-11). กรุงเทพมหานคร: โรงพิมพ์มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์.