Prof.dr Vojislav Stoiljković                                                  vojislav.stoiljkovic@cimlss.rs

 

Lean razmišljanje i energetska kriza

Druga je i stalna energetska kriza kontinenta. Rastuće cene prirodnog gasa povećavaju račune za grejanje, uzimajući novac koji su Evropljani uštedeli dok su se dve godine mučili oko kuće. To je kriza toliko sveobuhvatna da će se svi delovi EU morati suočiti sa svojim najdubljim strahovima.[1]

Evropske rezerve gasa najniže su u poslednjih nekoliko godina baš u trenutku kada je najveća zimska potražnja. Skladišni prostori zemalja EU-a su manje od polovine puni — a to je na vrhuncu zimske potražnje.[2]

Ništa bolja situacija nije ni u Srbiji. Pri tome, postoje i problemi u termoelektranama u kojima je došlo do nekoliko kvarova, što može da utiče na bezbednost u snabdevanje električnom energijom.

Od odgovornih za stabilnost energetskog sistema često se čuje da je problem jer nisu izgrađeni nove termoelektrane koje bi rešile taj problem. Lean koncept ne razmišlja na taj način. Ovaj koncept omogućava da se „Uradi više sa manje. Manje resursa, manje napora, manje grešaka, manje zagađenja životne sredine, manje …“

Lean je naziv za Toyota Production System koji je razvijen u Japanu 70-tih godina prošlog veka. Na zapadu je ovaj koncept označen kao Lean. Fokus u kompanijama je da eliminišu rasipanja i ubrzaju odvijanje procesa bez pojave grešaka.[3]

Rasipanje u sistemu kao što je EPS može biti veliko. Lean se fokusira na aktivnosti koje ne dodaju vrednost, tako što ih smanjuje ili eliminiše iz procesa i na taj način pojednostavljuje proces i omogućava brži tok vrednosti kroz proces (dva od 5 Lean principa – tok i tok vrednosti).

Lean je koncept koji koristi resurse za bilo koju oblast, a radi stvaranja vrednosti za kupca, u protivnom dolazi do rasipanja. Rasipanje treba da bude eliminisano ili bar smanjeno. U japanskom jeziku se za kontinuirano poboljšanje koristi reč Kaizen. Lean vidi vrednost u bilo kojim aktivnostima ili procesima za koje je kupac spreman da plati. Uklanjanjem aktivnosti koje ne dodaju vrednost, dobijate vrednost u smislu smanjenja troškova za resurse i nepotrebni rad.

Zašto je važno da se problem energetske krize u Srbiji pogleda iz dugog ugla. Zato što, kako se čini autoru, postoji drugi put u odnosu na predlaganje izgradnje novih termoelektrana. Taj drugi put može da ide u dva koloseka:

1. Smanjenje neracionalne potrošnje električne energije.
2. Poboljšane procesa proizvodnje električne energije u termoelektranama, od iskopavanja uglja preko transporta do sagorevanja.

Razmotrimo nadalje prvi kolosek (o drugom će biti reči u narednom prilogu).

Smanjenje neracionalne potrošnje električne energije

Prvi uslov za smanjenje potrošnje električne energije u domaćinstvima je dobra termička izolacija objekata za stanovanje. U Srbiji je počelo da se razmišlja o tome i daju se podsticaji za zamenu stolarije i za termo izolaciju objekata. To je korak u pravom smeru.  Nažalost, to nije u dovoljnoj meri zastupljeno i država bi trebalo da promoviše potrebu za termo izolacijom postojećih objekata (uz podsticaje za to), ali i da donese propise da novi objekti moraju da zadovolje potrebne uslove vezano za izolaciju objekata i da se orijentišu na podno grejanje. Tako bi se smanjilo jedno od velikih rasipanja električne energije (ovde ne govorim i tehničkim gubicima na visokonaponskoj i niskonaponskoj mreže u šta sam dobro upućen u svom dosadašnjem radu). Neko će ovde reći da je to poznato svima. Slažem se sa time, ali podvlačim da je potrebno intenzivirati primenu te strategije smanjenja potrošnje električne energije.

Nemačka, u gradu Karlsruhe, a i u drugim gradovima širom Nemačke, nove zgrade koje su u blizini Rajne uveliko imaju podno grejanja i greju se uz korišćenje geotermalnih izvora energije, odnosno podzemne vode, primenom toplotnih pumpi. Za one koji nisu upućeni u to zašto su toplotne pumpe (bilo da je reč o voda-voda, vazduh-voda ili vazdzuh-vazduh, korisne je u činjenici da na 1 kWh utrošene električne energije daju znatno više toplotne energije, pri čemu toplotne pumpe voda-voda i do 5 kWh toplotne energije. Što bi neko rekao „Perpetuum mobile“.

Toplotna izolacija ne samo da smanjuje gubitke u zimskom periodu, već omogućava da se u letnjem periodu kuća ne pregreva. Na taj način moguće je skoro u potpunosti izbeći ugradnju klima uređaja (što će smanjiti potrošnju u odnosu na neizolovanu kuću).

Potreba uštede energije koja se troši na zagrevanje prostorija, aktuelna je poslednjih trideset godina. Prosečna zgrada u Srbiji na grejanje godišnje troši 200 do 280 kWh/m² energije, standardno izolovana ispod 100 kWh/m², dok savremene nisko energetske kuće troše 40 kWh/m², a pasivne 15 kWh/m² i manje. Poslednjih godina rasprava o značaju uštede energije dobija na intenzitetu, zbog potrebe da se smanji emisija gasa CO2 u atmosferu, koji je jedan od glavnih uzročnika najaktuelnijeg problema, globalnog zagrevanja. Takođe, postoje vrlo značajni higijenski i zdravstveni razlozi, zbog kojih se ovoj pojavi posvećuje velika pažnja. Na primer, prilikom odvođenja toplote u većoj količini, površina zida postaje vlažna (uglovi prostorije) te dolazi do obrazovanja plesni. Plesni prouzrokuju alergijske efekte i emituju toksine što nije samo kozmetički problem, već ima veoma štetan uticaj na zdravlje ljudi.[4]

Ako pretpostavimo da većina zgrada u Srbiji troši  200 do 280 kWh/m² energije, posle termo izolacije trošiće ispod 100 kWh/m² Ili čak mogu da troše 40 kWh/m^2, vidi se da će smanjenje postojeće potrošnje električne energije za grejanje biti 2 do 4 puta manje. To znači da će toliko manje biti potrebno da se proizvede električna energija u termoelektranama. To je jedna velika ušteda u smanjenju nepotrebnog rasipanja toplotne energije.

Sledi druga ušteda, na već postojeću uštedu, kroz primenu toplotnih pumpi voda-voda ili vazduh-voda.

Uz pretpostavku da su privatni objekti veličine prizemlje plus 2 sprata dobro izolovani i imaju podno grejanje, za grejanje porodične kuće dovoljno je ugraditi toplotnu pumpu od 6 kWh. Ova pumpa daje 30 kWh toplotne energije, što je sasvim dovoljno da se greje prostor po jevtinoj tarifi u radu od 8 h preko zime, tokom decembra i januara. U ostalim zimskim mesecima postoji višak toplotne energije pa će potreba da radi toplotna pumpa biti od 3 do 8 h preko noći kada je jeftina električna energija (govorim na sopstvenom primeru jer za navedeni objekata koristim toplotne pumpe skoro 30 godina). Objekat je izgrađen (pre 38 godina). Izolovan je tako što je na blok 5 postavljen spolja stiropor 1 cm, ostavljen vazdušni prostor od 5 cm i ozidan fasadnom ciglom. Vazdušni prostor od 5 cm, pored stiropora, je odličan termo izolator i sprečava vlaženje zidova u unutrašnjosti, jer je tačka rošenja upravo u delu vazdušnog prostora.  Pri dnu i na vrhu sprata ostavljeno je rastojanje na nekoliko mesta između fasadnih cigala kako bi došlo do strujanje vazduha koji suši taj prostor. U podove su ugrađene plastične polipropilenske cevi od pola coli (svaka kolo cevi do 90 m dužine).

Investicija u podno grejanje i fasadnu ciglu bila je nešto malo veća od investicije koja bi bila za malterisanje i farbanje spoljašnje fasade i njeno održavanje.

Ovako izolovan objekat ne zahteva korišćenje klima uređaja preko leta čak i kada temperatura napolju dostigne 40 stepeni celzijusa.

Realna potrošnja električne energije po mesecima tokom 2020-2021. godine prikazana je na kontrolnoj karti i na histogramu raspodele potrošnje električne energije (slika 1). Napomena je da je to ukupna potrošnja, ne samo za rad toplotne pumpe, veći za korišćenje električnih aparata i za osvetljenje. Treba reći da se za osvetljenje koriste led sijalice koje troše do 5 puta manje električne energije od klasičnih sijalica.

Proces potrošnje električne energije nije stabilan, jer se tokom godine troši različita količina energije (Cpk = 0,32145 – poznato za one koji se razumeju u SPC Statistical Process Control). Ta nestabilnost procesa potrošnje ima i prednosti jer omogućava da se preko leta, kada je mala potrošnja električne energije, sačuvaju rezerve u hidroenergetskom potencijalu za zimu i rasterete termoelektrane kako bi mogli da se izvrše remonti na vreme. Kada je reč o remontima tome treba da prethodi kontinuirana obuka i održavanje postrojenja primenom 5S i TPM – Total Productivity Maintenance Lena alata (biće reči u narednom prilogu).

Slika 1 Ukupna potrošnja električne energije u porodičnoj kući (prizemlje plus 2 sprata) od jula (1) 2020. do juna (12) 2021 godine

Šta može i treba da uradi država

Država treba da pokrene Lean razmišljanje. Transformacija razmišljanja u Lean razmišljanje jeste ključ uspeha i globalnog prosperiteta. A bez ove globalne krize nikada ne bi shvatili da je takav preobražaj poželjna, ili čak izvodljiv.[5]

Država treba da prihvati novi način razmišljanja – Lean razmišljanje. To najbolje može da se objasni na poznatoj filozofiji o optimisti i pesimisti kako oni vide čašu koja je do pola puna vode (slika 2).

Pesimista: Čaša je poluprazna!

Optimista: Čaša je polupuna!

Lean mislilac: Zašto je čaša toliko velika?!?

U slučaju potrošnje električne energije treba da se postavi pitanje: „Zašto trošimo – rasipamo toliko električne energije?“ Odgovor na ovo pitanja može da se nađe ako se potraži koren uzorka ovog problema. Za to se koriste Lean alati Ishikawa dijagram[6] (dijagram riblje kosti) i 5 Zašto[7]. Primenimo jednostavan Lean alat 5 Zašto.

1. Zašto trošimo toliko električne energije? Odgovor: Zato što razmišljamo na stari način.
2. Zašto razmišljano na stari način. Odgovor: Zato što mislimo da izgradnjom novih termoelektrana možemo da rešimo problem.
3. Zašto mislimo da izgradnjom novih termoelektrana možemo da rešimo problem? Odgovor: Zato što ne vidimo novi pristup.
4. Zašto ne vidimo novi pristup? Odgovor: Zato što odgovorni ne stavljaju u fokus smanjenje rasipanja električne energije, a ne izgradnju novih objekata.
5. Zašto odgovorni ne stavljaju u fokus smanjenje rasipanja električne energije, a ne izgradnju novih objekata? Odgovor: Zato što ne vide višestruke koristi koje mogu da se dobiju boljom izolacijom objekata i korišćenjem toplotnih pumpi.

Slika 2 Zašto je čaša toliko velika – zašto trošimo tolike električne energije

Koren uzroka, prema prikazanoj analizi 5 Zašto, je u tome da odgovorni za energetiku ne promovišu i ne stimulišu korišćenje geotermalnih voda, ili podzemnih voda na dubinama od 7 do 10 m, čija temperatura odgovara prosečnoj temperaturi za područje (ako je u pitanju Niš temperatura podzemnih voda na dubini 7 do 10 m je 14 stepeni celzijusa. Ne promoviše i korišćenje toplotnih pumpi vazduh-voda.

Sada sledi predlog šta može da uradi država da smanji potrošnju električne energije primenom toplotnih pumpi i da smanji zagađenje vazduha koje postaje nepodnošljivo i dovodi do bolesti ljudi i dece.

Država treba da pokrene „Projekat stimulacije za korišćenje toplotnih pumpi za grejanje u privatnim objektima“.

Zašto privatni objekti? Zato što su to objekti koji nisu povezani na sistem grejanja u gradu. Ti objekti najviše zagađuju vazduh tokom zime. Najveći broj takvih objekata ima grejanje na ugalj, drva ili pelet. Iz tih objekata diže se gust dim tokom zime koji dovodi do značajnog porasta pm čestica, tako da u nekim gradovima dostižu i preko 300 pm jedinica.

Pored problema vezanog za zagađenje vazduha navedeni objekti dovode i do sekundarnog uticaja, jer dolazi do nekontrolisane seče šuma čime se smanjuje apsorpcija ugljen dioksida što dovodi do efekta staklene bašte. Srbija će u budućnosti imati problem da će verovatno morati da plaća odštetu zato što ispušta više ugljen dioksida u vazduh na svojoj teritoriji.

Šta zahteva Projekat stimulacije za korišćenje toplotnih pumpi za grejanje u privatnim objektima.

1. Promocija novog načina grejanja privatnih objekata primenom toplotnih pumpi emisijama na RTS-u. Jednom nedeljno po 1 sata u emisiji u kojoj bi stručnjaci govorili o koristi korišćenja toplotnih pumpi i davali uputstvo kako to da se uradi.
2. Davanje vaučera na vrednost do 5.000 Euro (zavisno od veličine objekta) vlasnicima privatnih objekata isključivo za nabavku i instalaciju toplotnih pumpi u svoje objekte. Vaučer može da se koristi samo za nabavku toplotne pumpe od domaćeg proizvođača – ne od onoga koji sve uvozi i samo sklapa u Srbiji.

Poznato mi je da u Nemačkoj godinama na nacionalnim televizijama, ali i na privatnim, promovišu primenu toplotnih pumpi (jasno i solarnih panela i drugih obnovljivih izvora energije). To treba da radi i RTS u Srbiji i da tako stvara klimu za primenu toplotnih pumpi i za smanjenje neracionalne potrošnje električne energije.

Zašto vaučeri samo za nabavku toplotnih pumpi od domaćih proizvođača. Odgovor na ovo pitanja dovodi do koristi po državu.

Domaći proizvođači toplotnih pumpi će dobiti priliku za povećanje potražnje za njihovim proizvodima što će povećati potrebu za radnom snagom. To znači, na primeru jedne firme iz Knjaževca, čije toplotne pumpe koristim 20-tak godina, i pokazale su se odličnim, da će ta firma sa 20 zaposlenih povećati broj zaposleni na 50 i više. Ako pretpostavimo samo da će zaposliti novih 40 radnika, i to u nerazvijenom području, mogla bi da dobije po 10.000 Euro po novo zaposlenom, što se danas daje stranim firmama. To je 400.000 Euro. Ako bi pri tome 80 vlasnika privatnih objekata kupilo i ugradilo toplotne pumpe od tog proizvođača to bi opteretilo državu sa 400.000 Euro.

Na uloženih 400.000 Euro država bi dobila 80 objekata koji bi 5 puta manje trošili električnu energiju od trenutne potrošnje za grejanja, ali ne bi dala subvencije za 40 novih radnih mesta i to u domaćoj kompaniji. Ovo se naziva win-win pristup. Svi dobijaju –  sa manjim ulaganjem dobijaju više. Posebno, što bi se u nerazvijenoj opštini povećao broj zaposlenih i to na kreativnim poslovima. Naredni korak bi mogao da bude da domaći proizvođači toplotnih pumpi počnu da izvoze svoje proizvode i tako još više doprinose razvoju svoje zemlje, uz povećano zapošljavanje novih radnika.

Domaći proizvođači bi uvozili samo kompresore, jer to rade samo velike kompanije u svetu. Sve ostalo bi radili u Srbiji.

Ako ovaj predlog pogledamo na nivou cele zemlje moglo bi da se ugradi na desetine hiljada toplotnih pumpi, za čiji podsticaj bi bilo dato manje nego za izgradnju nove termoelektrane, a dobiti bi bili veći. Čista Lean filozofija koja kaže da MANJE MOŽE DA DA VIŠE.

Ostaje pitanje kako ugraditi toplotnu pumpu ako nema podnog grejanja i nema podzemnih voda. Odgovor za ovo je ugradnja toplotne pumpe vazduh voda.

A ako nema podnog grejanja, već postojeće klasično grejanje preko radijatora ,rešenje je u ugradnji bafera – rezervoara bilo da se koristi toplotna pumpa voda-voda ili vazduh-voda. U rezervoar od 1.000 litara bi se akumulirala toplotna energija preko noći (cena rezervoara od 1.000 litara od prohroma je cca 500 Euro). Istovremeno bi se grejale prostorije preko radijatora tokom noći kada je jeftina tarifa. U toku dana, kada ne bi radila toplotna pumpa, koristila bi se toplotna energija koja je sačuvana u baferu. Ukoliko je potrebno dogorevanje u toku dana uključila bi se toplotna pumpa uz činjenicu da bi i tada bila ušteda električne energije u odnosu na slučaj da se ne koristi toplotna pumpa.

Sve ovo sam potvrdio na sopstvenom iskustvu i u sopstvenom ulaganju tokom 30 godina (prvih godina sam koristio uvezene toplotne pumpe vazduh-voda od 3 kWh potrošnje električne energije, koje smo prepravili u voda-voda). Toplotna pumpa domaćeg proizvođača iz Knjaževca koju koristim 20-tak godina troši 6 kWh. Ova toplotna pumpa greje vodu na izlazu iz toplotne pumpe do 54 stepena celzijusa To je dovoljno da po jevtinoj tarifi greje, kroz podno grejanje, tri nivoa u objektu (priča da na toj ulaznoj temperaturi vode može da dođe do problema sa venama u mom slučaju ne stoji već 30 godina). I to nije sve. Toplotna pumpa ima dodatni izmenjivač koji greje vodu u bojleru od 500 litara na 60 stepeni celzijusa. Dvostruka koristi. Pri tome je jedini zadatak koji se javlja preko zime je da se na kontrolnoj tabli podesi tajmer da toplotna pumpa radi 3, 4 ili 8 sati preko noći, što zavisi od spoljašnje temperature (videti histogram i kontrolnu kartu na slici 1 koja pokazuje potrošnju po mesecima tokom godine).

Preko leta bojler ima ugrađen grejač od 1 kWh koji greje vodu u bojleru preko noći (ne duže do 3 sata). Grejač nije potopljen u bojleru, već greje vodu koja je u jednom delu u oplate oko bojlera. Ta količina vode je mala, zato se brzo zagreva, a onda prenosi tu toplotu vodi u bojleru. Jasno je da je bojler termo izolovan.

Da bi se ovakav pristup realizovao potrebni su stručnjaci za ugradnju i povezivanje toplotne pumpe bilo da podnim grejanjem, ili sa postojećom mrežom radijatora. Odgovarajuće ministarstvo bi trebalo da akredituje firme koje imaju znanje, poseduju veštine i iskustvo u ovim poslovima i da im da potvrdu da mogu to da rade u slučajevima kada država obezbeđuje vaučere za toplotne pumpe.

U narednom prilogu biće reči od drugom koloseku za smanjenje gubitaka električne energije u termoelektranama primenom Lean koncepta.

Ljudi tolerišu promenu, ali se često sa ono „što je ispravno“ njihov rad svodi na „ono na šta su navikli“. Iz ovog razloga mnogi korisni projekti se ne pokreću. Nadam se da su izneti dovoljni razlozi da se shvati da je preko potrebno da se prihvati Lean razmišljanje i da se krene u Lean transformaciju i u oblasti energetike.

 

U Nišu, 24.01.2022.                                                             vojislav.stoiljkovic@cimlss.rs

 

[1] https://www.economist.com/europe/2022/01/15/europes-energy-crisis-will-trigger-its-worst-neuroses

[2] https://www.dw.com/en/europes-gas-crisis-could-lng-help-boost-energy-security/a-60490682

[3] Vojislav Stoiljković, ISO 9001:2015 i Lean, Talija, 2017.

[4] https://www.df.uns.ac.rs/wp-content/uploads/publikacije/kristina_fodor_-_diplomski_rad_(d-601).pdf

[5] Vojislav Stoiljković, Lean transformacija Srbije, Talija, 2017.

[6] Vojislav Stoiljković, Lean u zdravstvu, Despot book, 2013.

[7] Vojislav Stoiljković, Lean in Healthcare, Lambert, 2018.