Zaostrzenie kontroli warunków w pomieszczeniach suchych o zaledwie 2°C w odniesieniu do punktu rosy/punktu szronu może pozwolić producentom baterii zaoszczędzić do 30% energii.

Antti Viitanen, menedżer linii produktów firmy Vaisala

Antti Viitanen, kierownik linii produktowej w firmie Vaisala, wyjaśnia, dlaczego dokładne i stabilne czujniki punktu rosy mogą przynieść znaczne oszczędności energii podczas pomiaru i zarządzania osuszaniem w produkcji baterii.

Utrzymanie warunków punktu rosy na poziomie -40°C lub niższym wymaga znacznych ilości energii do ciągłego osuszania w procesie produkcji baterii. Wymóg ten jest nieuniknioną konsekwencją zastosowanych substancji chemicznych w bateriach i koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa warunków procesu, jednak Mona uważa, że istnieje często pomijany sposób na zmniejszenie zużycia energii: dokładność czujnika punktu rosy sterującego układem osuszania.

Pomieszczenia suche w zakładach produkujących baterie należą do najbardziej energochłonnych środowisk przemysłowych. Utrzymanie warunków punktu rosy na poziomie -40°C lub niższym wymaga znacznych ilości energii do ciągłego osuszania. Wymóg ten jest nieuniknioną konsekwencją zastosowanych substancji chemicznych w bateriach i koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa warunków procesu, jednak istnieje często pomijany sposób na zmniejszenie zużycia energii: dokładność czujnika punktu rosy sterującego układem osuszania.

Jeśli czujniki punktu rosy są podatne na dryft i serwisuje się je tylko raz w roku, układy sterowania osuszaniem muszą korzystać z konserwatywnego punktu nastawy, aby skompensować niepewność pomiaru. W rezultacie pomieszczenie suche często pracuje przy punkcie rosy o wiele stopni niższym, niż jest to konieczne. Dodatkowe osuszanie o 2°C może oznaczać około 30% większe zużycie energii, niż jest to potrzebne. Dobra wiadomość jest taka, że te same 2 stopnie nadmiernego osuszania można wyeliminować dzięki dokładnemu i stabilnemu pomiarowi punktu rosy, co bezpośrednio przekłada się na 30% oszczędności energii — bez żadnych zmian docelowych warunków w pomieszczeniu suchym ani jakości produktu.

Dlaczego 2°C ma tak duże znaczenie

Zależność między docelowym punktem rosy a energią potrzebną do osuszania nie jest liniowa. Wraz ze spadkiem docelowego punktu rosy zapotrzebowanie na energię potrzebną do usunięcia wilgoci z powietrza rośnie wykładniczo. Przy punkcie rosy wynoszącym -40°C nawet niewielkie odchylenia mają nieproporcjonalnie duże konsekwencje energetyczne. Przesunięcie praktycznego punktu pracy zaledwie o 2°C, z -42°C z powrotem do -40°C, znacząco zmniejsza obciążenie cieplne związane z regeneracją osuszacza, zapewniając oszczędności. Przy niższych punktach nastawy, takich jak -45°C lub -50°C, oszczędności wynikające z dokładniejszego sterowania są jeszcze większe.

Dlatego czujnik punktu rosy powinien znajdować się w centrum pętli sterowania osuszaniem. Jeśli czujnik wskazuje punkt rosy o 2°C wyższy niż w rzeczywistości, osuszacz pracuje intensywniej, niż jest to konieczne. Jeśli czujnik wskazuje punkt rosy o 2°C niższy niż w rzeczywistości, operator ryzykuje wyjście poza specyfikację. W obu przypadkach niedokładny pomiar oznacza potencjalne koszty związane ze zużyciem energii, wydajnością produkcji, jakością produktu i bezpieczeństwem procesu.

Jak dokładne czujniki zmniejszają tę różnicę

Technologia DRYCAP® firmy Vaisala eliminuje dryft na poziomie czujnika dzięki dwóm zintegrowanym mechanizmom. Pierwszym z nich jest funkcja automatycznej kalibracji, która okresowo ogrzewa czujnik i wykorzystuje uzyskaną krzywą chłodzenia do zastosowania korekty, skutecznie automatycznie przywracając poziom bazowy czujnika, zanim zdąży nagromadzić się istotny dryft. Drugim jest funkcja oczyszczania czujnika, która odparowuje zanieczyszczenia chemiczne, zanim będą one mogły wpłynąć na pomiar. Łącznie funkcje te zapewniają stabilność pomiaru, która pozwala wydłużyć standardowe okresy między kalibracjami do dwóch lat w czystych zastosowaniach. Taki poziom niezawodności znacząco zmniejsza niepewność, która zmusza projektantów do dodawania marginesu bezpieczeństwa do punktów nastawy.

Rozmieszczenie czujnika dodatkowo wzmacnia ten efekt. Układy sterowania, które opierają się przede wszystkim na sondzie punktu rosy mierzącej powietrze powrotne z pomieszczenia suchego, a nie powietrze nawiewane z osuszacza, zapewniają najbardziej bezpośrednią i stabilną reprezentację rzeczywistych warunków w pomieszczeniu. Pomiar powietrza powrotnego uwzględnia rzeczywiste obciążenie wilgocią wewnątrz pomieszczenia, nawet gdy udział ludzi i procesów ulega zmianom, oraz dostarcza pętli sterowania osuszaczem najbardziej użytecznego sygnału. Dzięki stabilnemu, prawidłowo umieszczonemu i skalibrowanemu czujnikowi na kanale powietrza powrotnego osuszacz można wyregulować tak, aby odpowiadał rzeczywistemu zapotrzebowaniu na osuszanie, zamiast opierać się na założeniu najgorszego przypadku.

Dokładność jako strategia oszczędzania energii

Koszt energii związany z eksploatacją pomieszczeń suchych w produkcji baterii nie zmniejszy się wraz z rozwojem branży. Gigafabryki nieprzerwanie eksploatują wiele dużych osuszaczy, 24 godziny na dobę. Skumulowany efekt nadmiernego osuszania w całej tej bazie urządzeń jest znaczący. Zmniejszenie zużycia energii na osuszanie o 30% w całym zakładzie produkcyjnym to istotna wartość zarówno pod względem kosztów operacyjnych, jak i emisji CO2. Osiągnięcie takiej redukcji nie wymaga nowych specyfikacji procesu ani zmian w składzie chemicznym baterii. Jest możliwe dzięki dokładnym, stabilnym i prawidłowo konserwowanym czujnikom. Dla producentów, którzy niedawno nie weryfikowali swojego programu kalibracji czujników lub nie mają pewności, czy ich obecne punkty nastawy uwzględniają niepotrzebny margines bezpieczeństwa, jest to punkt wyjścia.

Dokładny pomiar punktu rosy to nie tylko kwestia kontroli jakości. W pomieszczeniu suchym jest to jeden z najbardziej bezpośrednich dostępnych sposobów poprawy efektywności energetycznej.