Sanayide Enerji Yönetimine Dair Kısaca (Enerji Yöneticisi & Kalite Mühendisi Bakışıyla)

Reading Time: 8 minutes

Enerji verimliliğini geliştirmek; enerji kaybının azaltılması, istihdam yaratmanın, ailelere tasarruf olanağı sağlamanın ve zararlı karbon salınımlarını azaltmanın en hızlı, en kolay ve ucuz yoludur.

Başta Uluslararası Enerji Ajansı olmak üzere birçok kuruluş, önümüzdeki on yıllar için; enerji talebinin nasıl gelişeceği, bölgeler bazında arz ve talebin nasıl değişeceği, bu değişim ve gelişimin ayrı ayrı enerji kaynakları temelindeki olası seyri küresel ısınma ve iklim değişikliği riskleri, talebin karşılanabilmesi için gereken yatırımlar gibi konulara yönelik senaryolar hazırlamaktadırlar.

Dünya Enerji Ajansı (WEO) 2014 yeni politikalar senaryosuna göre, dünya enerji talebinin 2040 yılına kadar yıllık ortalama %1,1 oranında ve toplamda %37 artış göstermesi beklenmektedir. Dönemin sonraki yıllarında, enerji verimliliğindeki iyileşmeler ve daha az enerji yoğun sektörlerin artan katkıları nedenleriyle, enerji talep artış oranlarında yavaşlama olacaktır. Enerji karışımında, kömür ve petrolün payları azalırken, doğalgaz ve düşük karbonlu yakıtların payları artacaktır. 2040’ta fosil yakıtların her birinin katkısı yaklaşık %25 olurken, geri kalan yüzde 25 düşük karbonlu yakıtlar yenilenebilir enerji ve nükleer ile sağlanacaktır. Enerji talep artışında ağırlık, OECD üyesi ülkelerden, OECD dışı ülkelere kaymaktadır. Enerji verimliliğindeki iyileşmeler, enerji talep artış oranlarının çok daha yüksek olması önündeki en önemli (olumlu) bir engel olacaktır.

Enerji verimliliği, enerji tüketimini azaltırken, ithalatçı ülkelerin ödeme dengelerinde rahatlamaya ve küresel karbondioksit salınımlarında azalmaya da katkı sağlayacaktır. Bir örnek vermek gerekirse, enerji verimliliğindeki iyileşmeler sayesinde, 5 en büyük enerji ithalatçısı ülkenin toplam petrol ve doğalgaz faturalarındaki azalma, 2040 yılında yaklaşık 1 trilyon dolar olacaktır. ^[1] Pamir Necdet, Enerjinin İktidarı, Hayy kitap, İstanbul, 120, 2016.

Yeni politikalar senaryosuna göre, küresel salınımlar, 2040 yılına kadar yaklaşık %20 oranında artacak ve küresel ısınma eğilimi, yeniden 3,6 santigrat derece seviyesine doğru seyredecektir. Küresel ısınmayı sınırlandırma hedeflerinin yeniden rayına oturabilmesi ve en azından hedeflerin hiç değilse yarı yarıya gerçekleşebilmesi için, elektrik üretim sektöründe karbonsuzlaştırma kilit önem arz etmektedir.

Enerji fiyatlarının yüksek seyri, enerji verimliliği uygulamalarının önemini daha da artırmaktadır. Buna karşın, 2035’de enerji verimliliğinde yapılabilecek iyileşme potansiyelinin ancak üçte birinin gerçekleştirilebileceği hesaplanmaktadır. Bu büyük potansiyelin gereğince değerlendirilememesinin temel nedeninin başında, tüm mücadeleye karşın, fosil yakıtlara uygulanmakta olan sübvansiyonlar gelmektedir. Söz konusu sübvansiyonlar, enerji verimliliği için verilecek çabaların önünü kesen ve küresel ölçekte kirliliğe neden olan bir olumsuzluk kaynağıdır. Fosil yakıt ithal eden bir ülke olarak bu senaryo içerisinde bize biçilen rolü alarak bağımlılık miktarımızı artıracağımıza enerji verimliliği konusuna yatırımlar yapmalı ve bu konuda mükemmelleşmeye gitmeye çalışmalıyız. Tabiki bunun yanıda karbonsuzlaştırma çabaları ve yenilenebilir enerji ile ilgili çalışmalarda önem teşkil etmektedir. Her ne konuda çalışılacak olunursa olunsun. Sürecin izlenmesi ve verilerin işlenerek DMAİC gibi bir kalite ölçütüyle kendine has sistematiği ve metodolojinin kullanılması bu yolda bize büyük avantajlar sağlayabilecektir.

Buhar, sıcak su, kızgın yağ kazanlarında otomatik yanma havası kontrol sistemi yok ise periyodik olarak bir portatif baca gazı analiz cihazı ile yanma havası kontrolü ve en iyi hava/yakıt oranına ayarlanması durumunda kazan veriminde artış ve dolayısıyla kazanda tüketilen yakıt miktarında önemli azalma sağlanabilir. ^[2]AKMAN Süreyya, enerji yöneticiliği sertifika programı ders notları, Enerji verimliliğini artırıcı önlemler, 2016 Yanma havasının ısıtılarak verimin sağlanmasında her 28 santigrat derece artışın kazan verimini ortalama %1 artırdığını biliyoruz. Öte yandan baca gazı sıcaklığı kükürt içeren yakıtlarda asit yoğunluğu sıcaklığı olan 180 santigrat derece’nin, doğalgazda ise 110 santigrat derecenin altına düşmemesi gerekmektedir. Aksi halde bacada korozyon sorunu olur ve baca çekişi düşmektedir. Bu tahditler göz önünde bulundurularak yine kontrol grafikleri kullanımı ile sürecin izlenmesi ve optimum durumun sağlanması ve dolayısıyla verimin artırılması noktasında sürecin iyileştirilmesi sağlanabilir. Bu başka bir iyileştirme projesi olur ve hatta Detaylı Enerji Etüdü olarak incelenebilecek bir konudur. Ancak proses iyileştirme projeleri olarak enerji yönetiminin içinde otomatik yanma kontrol sistemleri kapsamında olarak da düşünülebilir. Bütün bu konuların teknolojik olarak ileri seviyede olan ülkeler tarafından incelenmiş ve çeşitli çalışmalar yapılmış alanlar olmaları bu konularda yerli teknolojiler oluşturulmasında engel değildir. Teknoloji satın alınarak meydana gelen gelişme teknolojinin alınmasına müsaade edildiği ölçüde olmaktadır. Bu nedenle bu konularda yapılan ve yapılacak çalışmalarda zaten yabancı teknoloji var hazır olarak alalım düşüncesi hem kısıtlı olan kaynakların tükenmesine hem de teknolojik ilerlemenin önüne geçmesi nedeniyle verimli değildir.

Bu ölçümlerin manuel olarak yapılması kusur oranını artırıcı bir başka unsurdur. Altı Sigma projelerinin son aşamasında süreci takip eden bir bilgi sistemi kurulması arzu edilmektedir. Dolayısıyla kalite mühendisliği çalışmalarında da benzer bir hedef belirlenebilir.

Altı Sigma; mevcut süreçlerin işleyişinde hataları tespit etmek için istatistiksel analiz araçları kullanır ve küçük değişiklikler önerir. Bunun yanında zaman zaman belirli bir kalite düzeyine ulaşmak için iş süreçleri tümüyle yeniden yapılandırılmak zorunda da olabilir. Bilgi sistemleri, ürünleri veya süreçlerini basitleştirmek, tüketiciyi taleplerine uygun değişiklik ve iyileştirmeler yapmak, üretim ve tasarımda kaliteyi artırmak ve karşılaştırma standartlarını sağlamakla işletmelere kalite hedeflerine ulaşmada yardımcı olur. ^[3]Laudon Kenneth, Jane P. Laudon, Management İnformation Systems,Pearson İnternational edition, 280, 2011 Kalite mühendisliği uygulamalarında da aynı mantıkla hareket etmek yerinde bir karar olur. Dolayısıyla yapılacak süreç iyileştirme çalışmalarında kontrol grafikleri kullanımı ile sürecin izlenmesi, sonrasındaysa alarm noktalarında gereken düzenlemenin yapılmasını sağlayacak olan bir yazılım için gereken tasarımın yapılması etkin bir strateji olacaktır.

Kazanlarda herhangi bir atık ısı kazanım sistemi yoksa bacaya bir ekonomizer veya reküperatör (ısı değiştirici) konmak suretiyle atmosfere atılmakta olan sıcaklıktaki baca gazının enerjisi geri kazanılması ve bu enerjinin kazan besi suyuna veya yanma havasına aktarılması durumunda kazan veriminde artış ve dolayısıyla kazanda tüketilen yakıt miktarında önemli miktarda azalma meydana gelebilir.

Eksik yanma sonucu oluşan ısı kaybı; katı veya sıvı yakıt içerisinde bulunan yanabilir maddelerin yanmayarak kül, cüruf içinde kaldığı yada baca gazında yanmamış karbon oluştuğu zaman meydana gelir.

Su buharı ile olan ısı kaybı; yakıtların içinde kimyasal kompozisyonları gereği bulunan nem yanma esnasında buharlaşarak açığa çıkmaktadır. Su buharı olarak açığa çıkan nem, kazandaki faydalı enerjinin bir kısmının dışarı atılmasına neden olur. Yakıttaki serbest nemin mümkün mertebe azaltılması gerekmektedir. Baca gazından yapılacak ölçümle bunu tespit etmek ve oksijen için tasarlanacak olan sisteme benzer bir sistem kurmak verimi artırabilir.

Kuru baca gazı ile olan ısı kaybı; baca gazındaki CO2 ve azot tarafından dışarı ısı taşınmaktadır. Yanma için gerekli olan O2 miktarının gereğinden fazla olması faydalı ısıyı bacaya taşır. Isı kayıpları fazla hava ve baca gazı sıcaklığı optimum seviyeye indirilerek kontrol edilmelidir.

Fazla hava ile olan ısı kaybı; mevcut durumda kullanılan havanın, teorik (stokiyometrik) hava miktarına bölünmesiyle elde edilen değer hava fazlalık katsayısıdır (fazla hava oranı/100+1). Yanma sistemi yanma problemlerine neden olmayacak minimum hava/yakıt oranı verecek çalışma seviyesine ayarlanmalıdır. Fazla hava miktarı gereğinden çok olursa; baca gazı miktarını artırır ve artan bu hava, baca gazı sıcaklığına kadar ısınıp enerji alacağından daha fazla ısının bacadan atılmasına neden olur. Fazla hava miktarı gereğinden çok olursa; baca gazı miktarının artması gaz debisinin, dolayısı ile hızının artmasına ve ısı transferinin düşmesine neden olmaktadır.

Enerji tasarrufu enerjiyi kullanmamak anlamına gelmez. Enerji tasarrufu, enerji arz hizmetlerinin azaltılması veya kısıtlanması şeklinde de düşünülmemelidir. Enerji tasarrufu, enerjinin gereksiz kullanım sahalarını belirlemek ve bu israfı minimum düzeye indirmek veya tamamen ortadan kaldırmak için alınan önlemleri içerir. Bu şekilde, üretici aynı miktardaki mal ve hizmetleri daha az enerji veya aynı miktar enerji ile daha çok mal ve hizmet üretebilir. Enerji tasarrufu ile ilgili güzel bir deyim vardır. “ Ölçmek bilmek, bilmek yönetmektir.” Bu nedenle öncelikle ne tükettiğimizi bilmek zorundayız. ^[4]Sanayide enerji yönetimi esasları cilt 1, Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, 3.1, 2014

Enerji yönetimi; planlama, koordinasyon ve kontrol gibi birbirinden bağımsız olduklarında etkisiz kalabilecek işlevlerin, bir araya gelerek oluşturduğu bir bütündür. Bu anlamda sanayide “ Enerji Yönetimi” ürün kalitesinden, güvenlikten veya çevresel tüm koşullardan fedakârlık etmeksizin ve üretimi azaltmaksızın enerjinin daha verimli kullanımı doğrultusunda yapılandırılmış ve organize edilmiş disiplinli bir çalışmadır. Enerji tasarrufu yönetimi uygun ve iyi tasarlanmış bir yönetim yaklaşımını gerektirir. Enerji tasarrufu çalışmalarının organizasyonunun odak noktası enerji yönetimi kavramıdır.

Belli bir programa bağlı olmadan yürütülen çalışmalarda basit işletme tedbiriyle bazı kuruluşlarda %10 ‘a varan oranlarda enerji tasarrufu sağlanabilmektedir. Geniş kapsamlı enerji yönetimi programlarının uygulanmasıyla, enerji tasarrufu çalışmalarına süreklilik kazandırıldığı gibi, tasarruf oranı da %25’i aşabilir bu kapsamda enerji yönetim sisteminde DMAİC, kalite mühendisliği teknikleri kullanımı ve bilgi teknolojileri ile otomasyonlar bahsedilen kazanımın elde edilmesinde etkin bir metot olarak kullanılabilir.

Başarılı bir enerji yönetiminin yapacağı ilk iş, şirketin ödediği enerji faturası ile enerji tüketen ekipmanlar ve üretim hattı arasında bağlantı kurmaktır. Bunun için bir enerji yönetim programı başlatılmalıdır. Enerji yönetim programı başlatılırken iki nokta önemlidir. Birincisi üst yönetimin kararı, ikincisi ise programı yürütecek komitenin oluşturulması ve bu komitenin başına enerjiden sorumlu bir yönetici atanmasıdır. Enerji komitesinin doğru karar almasında yararlı olabilecek verileri sağlamak ve komitenin direktiflerini yerine getirmek için bir kişi veya kişilere ihtiyaç vardır. Bunlar enerji yöneticileridir. Mühendis seviyesinde olmalıdırlar. Teknik bilginin yanında idari yetenekleri bulunmalıdır. Bunların yanısıra;

• Fabrikanın üretim prosesleri ve son ürün kalitesi hakkında bilgiye,

• Veri toplama, analiz ve bu verileri fabrika yönetiminin gözden geçirmesi için kısa ve öz biçimde yorumlamaya konusunda yeteneğe,

• Kazanlar, fırınlar, ısı eşanjörleri, buhar sistemi ekipmenı ve soğutma sistemleri gibi enerji tüketim ekipmanlarının teknik özellikleri ve onların verimleri hakkında bilgiye,

• Mühendislik yetenekleri; örneğin ekipman seçimi, sistemi denetleme, bakım gereklerini yerine getirme gibi özelliklere,

• Fabrika yönetiminden, bölüm şeflerine, bakım işçilerine kadar çeşitli seviyeler arasında iletişim kurma ve yönetimin direktiflerinin uygulanabilmesine yardımcı olabilme yeteneğine sahip olmak şeklinde özellikleri olması önemlidir.

Yukarıda sıralanan özellikler incelendiğinde kalite mühendisliği ilgi alanına giren birçok konunun mevcut olduğunu farketmekteyiz. Bu anlamda enerji yöneticisinin kalite mühendisliği eğitimi almış olması tercih sebebi olarak kabul edilebilir.

Enerji yönetiminin birinci görevi enerji tüketim verimliliğini izlemek ve hedef oluşturmaktır. Yine bu sistem içinde, yöneticinin enerji maliyetlerini kontrol edebilmesi için tesisin çeşitli bölümlerindeki enerji performansı hakkında bilgiye ihtiyacı vardır. Bu bilgiler ve gerekiyorsa ölçümler belli zamanlarda alınarak değerlendirilir. Bunun müteakibinde bir enerji muhasebe sistemi oluşturulması gerekmektedir. İzleme ve hedef oluşturmada veri toplama, üretim izleme ve hedef belirleme önemli aşamalar olarak karşımıza çıkmaktadır. Üretim izlemede enerji tüketimi birçok faktöre bağlı olarak haftadan haftaya veya aydan aya değişebilir. Bunlar spesifik değişkenler ve kontrol edilebilir değişkenler olarak ikiye ayrılır. Spesifik değişkenler; fabrikanın bir bölümünün üretim miktarına göre enerji ihtiyacını belirler. Enerji ihtiyacını hesaplamak için kullanılan standart denklemlerde bu değişkenler kullanılır. Kontrol edilebilir değişkenler ise; işletme uygulamaları, sistem kontrolü, üretim planlaması ve bakım standartı gibi enerji tüketimini en aza indirebilmek için yönetim tarafından planlanan değişkenlerdir. Bir bölümün enerji tüketimini etkileyen parametreler: ortam sıcaklığı, çalışma sıcaklığı, ürün tipi çalışma saatleri, makine hızı ve üretim miktarıdır. Bu faktörlerin seviyeleri ve bunlar arasındaki etkileşimler hesaplanarak bağımsızlık, homojenlik durumları, aralarındaki korelasyonlar ve hipotez testleriyle çeşitli olasılık hesaplamalarına varan bir takım çalışmalar yapmak mümkündür. Kalite mühendisliği hesaplamalarını bu kapsamda kullanmak verimliliğin hesaplanması ve hatta işletmenin karar mekanizmasında önemli bir karar destek hizmeti vermesi açısından çok faydalı olabileceği değerlendirilmektedir. Bu aşamada deney tasarımı hesapları yapılması ve istatistiksel süreç kontrol yeteneklerinden istifade edilmesinin yanında güvenilirlik hesaplamaları ile çok yönlü bir çalışma yapılarak arıza ve bakım faaliyetlerinde güvenilirlik sistematiğinden istifade edilmesinin de oldukça yüksek getiri sağlayabileceği aşikardır.

Hedef belirlemede hesaplama metodu olarak enerji yöneticileri en iyi geçmiş performansa dayalı, basit yüzde indirimi ve beklenen performans şeklinde yöntemler kullanırken kalite mühendisi tarafından buna ek olarak Taguchi Metoduyla kavram oluşturmada sistem tasarımı, hedef oluşturmada parametre tasarımı, tolerans oluşturmada tolerans tasarımı ile değişkenliğin azaltılmasında büyük rol oynayabilecekken Cp (etkinlik analizi) veya kontrol grafikleri 1nci faz izleme süreci ile hedef belirlemeye katkıda bulunabilir hatta klasikleşmiş ve fazla hesap gerektirmeyen bahse konu enerji yöneticiliği yöntemlerin üzerinde bir performans hesabı yaparak verimliliğin iyileştirilmesi yolunda gerçekçi hedefler sağlanmasında üstün yetenekler kazandırarak gerekli motivasyonun sağlanmasında önemli bir işlev gösterebilir.

Spesifik enerji tüketimi, birim ürün başına kullanılan enerji olarak tanımlanır. Enerji yönetiminde kullanılan en önemli kavramlardan biridir. Spesifik enerji tüketimi=Enerji Tüketimi/Üretim olarak ifade edilir.

Performansın değerlendirilmesi, beklenen enerji kullanımı ile gerçek enerji tüketim değerlerinin düzenli olarak karşılaştırılması yoluyla yapılır. Bunu değerlendirmek için SET değerlerini kullanabiliriz. Bunlar özellikle çeşitli işletme koşullarının fabrika üretim performanslarına etkisini izleme açısından önemlidir. SET değerinin büyümesi kötü performansa enerji tüketiminin gereksiz yere artmasına işaret eder. Rapor dökümanları üzerinde gerçek, standart ve hedef SET’ler verilir. Bunlar sırasıyla gerçek, standart ve hedef enerji alınarak ve bunlar spesifik değişkenin gerçek değerine bölünerek hesaplanır. Spesifik Enerji Tüketimleri (SET) üretim düzeyine bağlı olarak önemli değişkenlikler gösterir.

SET=E/p = a+bP/p =a/p+b

Bu denklemde görüldüğü gibi üretim çok yüksek olduğunda a/p çok küçük olur ve SET’in değeri b’ye yaklaşır. Fakat üretim düşük olursa p küçüleceği için üretime bağlı olmayan enerji tüketimi “a” çok önemli olur ve SET hızla artar. Üretim artışı ile spesifik enerji tüketimini düşürmek mümkündür. Üretime bağlı olmayan enerji miktarı; kullanılan ekipman kapasitelerine, mevcut işletme koşullarına bağlı olduğundan ve bunlar aynı olduğu için sabit kalacağından üretimin artması ile birim ürün başına düşen enerji tüketimi azalacaktır. Bu ise; spesifik enerji tüketiminin azalması demektir. Burada görüldüğü gibi hesaplamalar oldukça basit ve çözümler bugünün rekabet koşullarını karşılayacak durumda değildir.

Tesisin durumunun görülmesinde Kümulatif Toplam Değerler (CUSUM) grafiğinin çizilmesi daha etkin ve uygun bir metot olabilir. Bu grafikte eğimi negatif olan değerler ve negatif bölgede kalan alanlar tesisin iyi bir performansa sahip olduğu zamanları, pozitif olanlar ise kötüleşme olan zamanları göstermektedir. Bu anlamda CUSUM kullanımı anlık verileri ve performans değerlendirmesini üretime bağlı olmayan hususlardan ziyade genel bir görüş vermesi itibariyle daha modern bir şekilde ifade etmesiyle etkin bir bakış açısı oluşturulmasında daha faydalıdır.

Sonuç olarak, enerji yöneticisi & kalite mühendisi tarafından kuruluşun enerji verimliliğinin sağlanması için tüketim verilerinin incelenmesi, en büyük tüketimin nereden kaynaklandığının tespiti, tespit edilen enstrümanda hangi faktör ve seviyelerin en önemli olduğunun belirlenmesi, önemli olduğu belirlenen faktör ve seviyenin kontrol altında tutulması için kontrol grafiklerinin kullanımı, sistemin kontrol edilmesinde bilgi sistemlerinden istifade edilmesi yoluyla örnek bir tasarımın yapılması etkin bir teknik olarak karşımıza çıkmaktadır. Bahse konu teknik daha detaylandırılabileceği gibi olasılık hesapları ve hatta geleceğe dönük projeksiyonlar oluşturulmasına kadar geliştirilebilir. Bu noktada yapabilecekleriniz istatistik bilginiz (Sizin yerinize istatistik hesaplamalarını yapan birçok yazılım mevcuttur) ve hayal gücünüzle sınırlıdır.