A spanyolországi SEAT autógyár energetikai vizsgálata

1. Az EUROENERGEST projekt bemutatása

Az EuroEnergest, az Európai Bizottság FP7 keretprogramja által támogatott 3 éves projekt 2011. október 1-én indult. A projektben résztvevő kutatóintézetek, egyetemek és vállalkozások célja egy olyan intelligens energia menedzsment rendszer (iEMS) kidolgozása, mellyel az autóiparban, elsősorban az épületgépészeti rendszerek tekintetében minimum 10%-os energia-megtakarítás érhető el.

A projekt hosszú távú célja, hogy a kifejlesztett rendszer az autógyárak mellett más termelő üzemegységeknél is használható legyen, lehetővé téve az energiahatékony üzemeltetést és az energia-megtakarítást. A jelenleg használatos EMS rendszerek elsősorban „passzív” monitoring rendszerek, melyek az energiahatékonyság érdekében időszakos jelentéseket készítenek, kiugróan magas energiafogyasztás esetén riasztó jelzést küldenek a felhasználónak, de intézkedési javaslatot nem készítenek automatikusan, ill. nem modellezik dinamikusan az energiatermelő,- és fogyasztó rendszereket. Az EuroEnergest projekt célja egy olyan intelligens energia menedzsment rendszer (1. ábra) kifejlesztése, mely kapcsolatot teremt az ipari termelési adatok és az energiatermelés, valamint az energiafogyasztás között, dinamikusan modellezi ezeket, előrejelzést ad a várható energiafogyasztásról, optimalizálja a szükséges energiafelhasználást és az energiaköltségeket, valamint maximalizálja a helyben elérhető energiaforrások és az alacsony fosszilis energiafelhasználású rendszerek alkalmazását (pl. napelem, kapcsolt energiatermelés).

1. ábra. Fejlesztés alatt álló iEMS rendszer

A projektben résztvevő konzorcium tagjai:

• SEAT autógyár (Spanyolország)
• Enertika Kft (A konzorcium vezetője, Spanyolország)
• UPC, Universitat Politècnica de Catalunya (Katalóniai Műszaki Egyetem, Spanyolország)
• VTT, Technical Research Centre of Finland (Finnországi Műszaki Kutatási Központ)
• Brunel University (Brunel Egyetem, Egyesült Királyság)
• Comfort Consulting Kft. (Magyarország)

A projekt kulcsfontosságú résztvevője az egyik legfontosabb európai autógyártó, a SEAT, a VW csoport tagja, mely kiváló lehetőséget teremt arra, hogy a projekt során kifejlesztett rendszert valós körülmények között, a SEAT spanyolországi járműgyárában, Martorellben teszteljük. A Barcelona mellett található Martorellben épült gyárban jelenleg a SEAT Ibiza, Altea, Leon, Exeo és az AUDI Q3 modelleket gyártják. Az elmúlt időszakban átlagosan közel évi 360.000 autót gyártottak a spanyolországi üzemben, ami azt jelenti, hogy kb. minden másfél percben elkészült egy gépkocsi. A gyárban történik a karosszéria elemek préselése, hegesztése, a komplett karosszéria összeszerelése, festése, majd a motor, a váltó, a fékek és egyéb tartozékok beszerelése, végül az autó tesztelése és minőségellenőrzése.

A Comfort Consulting Kft. az EuroEnergest projektben az első munkarész vezetője, melynek része az autógyártás napjainkban jellemző folyamatának bemutatása, az energiaigények meghatározása, a fejlesztés alatt álló szoftver validálási rendszerének a kidolgozása. Ahhoz, hogy egy termelő és kiszolgáló rendszer alkalmas legyen az intelligens energia menedzsment rendszer fogadására, pontosan ismerni kell az igényeket, azoknak időbeli és térbeli eloszlását, valamint gépészeti oldalról biztosítani kell ezeknek a rendelkezésre állását.

2. Az autógyártás energiaigénye

Az EuroEnergest projekt egyik munkarésze napjaink járműgyártási folyamatának elemzése, a gyártás főbb lépéseihez tartozó energiaigények meghatározása, a különböző autógyártók energiafelhasználásának összehasonlítása. A világon évente több mint 80 millió autót gyártanak, ebből Európában közel 18 milliót, ezért kiemelt jelentősége van annak, hogy milyen energiaigénnyel történik az autók gyártása, hiszen óriási energiamennyiségről beszélünk. A SEAT Martorell gyárra vonatkozóan több évre visszamenőleg pontos adatok álltak rendelkezésünkre, a többi gyártó esetén a nyilvánosan hozzáférhető éves jelentések adatait, valamint az ACEA (European Automobile Manufacturers' Association) által publikált dokumentumokat vettük figyelembe.

2. ábra Az autógyártás energiaigénye

3. ábra Az autógyártás CO2 emissziója

A vizsgálatok alapján a személyautó gyártás fajlagos energiaigénye 1,39-3,42 MWh/autó, átlagosan 2,5 MWh/autó, a CO2 kibocsátás pedig 0,65 t/autó. Amennyiben 10%-kal sikerül csökkenteni az autógyártás energiaigényét a közeljövőben, akkor az átlagosan 0,25 MWh/autó energia-megtakarítást jelent, amely egy gyártóüzemnek 400.000 db autó éves gyártási szám mellett évente 100.000 MWh éves energia-megtakarítást eredményez. A SEAT Martorell gyár fajlagos energiaigénye jelenleg is a 2,5 MWh/autó átlag alatt van, de ez részben az enyhe időjárásnak köszönhető, ezért az energiaforrások hatékonyabb felhasználásával, ill. az energiaellátás,- és fogyasztás optimalizálásával tovább csökkenthető az autógyártás energiaigénye.

3. Az autógyártás folyamata

Az autógyártás alapvető lépései a különböző gyártók esetén hasonló képet mutatnak, azonban különbségek figyelhetőek meg egyes technológiákban (pl. festés), ill. az automatizáltságban. Az EuroEnergest projektben megvizsgáltuk a járműgyártás lépéseit és az egyes folyamatok energiaigényét. A járműgyártás folyamatának négy fő lépése a préselés, a karosszéria-szerelés, a festés és a végső összeszerelés, melyek együttesen a teljes energiafogyasztás 80-85%-át teszik ki.

4. ábra Az autógyártás napjainkban

3.1 Préselő üzem

A járműgyártási folyamat a préselő üzemben kezdődik, ahol az ajtók, a motorháztető, a csomagtartó, a tető, az alváz, stb. préselése történik. A főbb energiafogyasztók az acéllemezeket méretre vágó gép, a préselő gép, a fűtő-hűtő rendszer és a légtechnikai rendszer. A négy fő gyártási folyamat közül a préselő üzemnek van a legkisebb energiaigénye, mely kb. 4%-a a teljes energiafogyasztásnak.

3.2 Karosszéria üzem

A legtöbb járműgyárban a hegesztések nagy része automatizáltan, robotokkal történik, a martorelli karosszéria üzemben 1518 robot üzemel. A főbb energiafogyasztók a hegesztő és a szerelő robotok, a hegesztés miatt szükséges technológiai elszívás, és a fűtő-hűtő légtechnikai rendszer. A karosszéria üzem energiafogyasztása kb. 20%-a a gyártás teljes energiafogyasztásának.

3.3 Festő üzem

A karosszéria üzemből a festőüzembe kerül a jármű, ahol a festési folyamat 6-12 órát vesz igénybe. A főbb energiafogyasztók az előkezelést végző berendezések, a festő robotok, a komfort és a technológiai szellőzés, valamint a fűtés-hűtés. A járműgyártási folyamatban egyértelműen a festőüzemnek van a legnagyobb energiafogyasztása, a Martorellben található SEAT gyár 2010-2012 évi energiafogyasztási adatai alapján a festőműhely energiaigénye a gyár teljes energiafogyasztásának kb. 40%-a.

3.4 Összeszerelő üzem

A karosszéria festése után következik a különböző alkatrészek beszerelése az autóba. A többi folyamattól eltérően az összeszerelésben kevesebb robot vesz részt, itt elsősorban az élőmunkán van a hangsúly. Az összeszerelő üzem éves energiaigénye közel akkora, mint a karosszéria üzemé, kb. 20%-a a teljes energiafogyasztásnak.

4. A SEAT autógyár energiaellátó rendszere

Az EuroEnergest projekt az egyes autógyártási folyamatok energiaigénye alapján a legnagyobb energiafogyasztókra, a karosszériaüzemre és a festőüzemre koncentrál, a fejlesztés alatt álló intelligens energia menedzsment rendszer ezekben az üzemekben található energiafogyasztókat, valamint az energiatermelőket fogja optimalizálni. A tesztelés helyszínéül választott martorelli járműgyárban az energiatermelő berendezés 36,5 MW hő,- és 21,5MW villamos teljesítményű kombinált ciklusú erőmű, 3 db egyenként 33 MW teljesítményű gázkazán, valamint 8 MW teljesítményű napelemes rendszer. A projekt során vizsgált karosszéria üzem kb. 100.000 m2 fűtött alapterületű és 1.800 ember végzi itt a munkáját. A projektben érintett 1-es műhelyben 36 db légkezelő található, melyek összesen 2.400.000 m3/h légmennyiséget szállítanak. A hűtési igényt 2 db YORK gyártmányú, összesen 4,8 MW hűtési teljesítményű abszorpciós hűtő és 6 db összesen 5,7 MW teljesítményű Climaveneta gyártmányú folyadékhűtő elégíti ki. Az 5-ös műhelyben (festő üzem) a technológiai tereket ellátó légkezelők összesen 2.583.000 m3/h levegőt szállítanak, míg a komfort terek szellőztetése 20 db légkezelővel, összesen 882.00 m3/h légmennyiséggel történik. A festőüzem hűtési igényét 4 db, összesen 10,7 MW hűtési teljesítményű YORK abszorpciós hűtő, valamint 6 db, összesen 6,7 MW teljesítményű folyadékhűtő elégíti ki.

5. Összefoglalás, további lépések

Az ipari, termelő üzemek energiafelhasználásának csökkentése egyre fontosabbá válik a jövőben. Az EuroEnergest projekt egy autógyár energiafelhasználásnak csökkentésén keresztül mutat be egy lehetséges megoldást, ahol az energiatermelő berendezések és energiafogyasztó rendszerek modellezése különböző modulokkal történik. A kifejlesztett modulok segítségével az energiatermelő berendezések egy ún. energyhub-on keresztül kapcsolódnak az energiaforrásokhoz, azaz a villamos energia és a földgáz hálózathoz. A mesterséges intelligencia algoritmusainak intenzív használata révén az energiatermelő és az energiafogyasztó modellek dinamikus szimulációjával, az energia árak, a termelési adatok és az időjárás előrejelzési adatok ismeretében az iEMS képes az energiatermelő,- és fogyasztó rendszereket optimalizálni. Az ipari felhasználók az egyes modulokat külön-külön is használhatják, az összes modul összekapcsolva pedig a meglévő felügyeleti és szabályzó rendszerhez illeszthető. Az iEMS rendszer bármely autógyárban, ill. várhatóan egyéb gyártó üzemekben is használható.