Monitoraggio dei consumi energetici: KPI e come iniziare

Perché misurare per linea e non per bolletta

La fattura dell'energia arriva una volta al mese, per tutto lo stabilimento. Dice quanto si è speso, non quale linea, quale turno o quale articolo abbia pesato di più: il controllo di gestione ripartisce il totale a stima, e il responsabile di produzione non ha niente su cui intervenire. Inoltre un consumo che sale può dipendere da due cose opposte, perché si è prodotto di più oppure perché si è prodotto peggio, e il solo totale non le distingue.

Misurare per linea e per turno risolve entrambi i problemi. Dà un consumo che si confronta con quello di ieri, della linea accanto o dello stesso articolo il mese scorso, e permette di trovare gli sprechi che non hanno a che fare con la produzione: le macchine lasciate accese di notte, l'aria compressa che perde, un impianto che parte prima del necessario. È il primo passo per qualunque azione di risparmio, perché non si migliora quello che non si misura.

Mappare i consumi: quali contatori leggere

Non serve misurare tutto dal primo giorno. Si parte dalla mappa dei punti di misura, dal generale ai reparti, e si aggiungono contatori dove il consumo è grande o poco conosciuto. In ordine di priorità:

• Contatore generale dell'energia elettrica: il totale dello stabilimento, che serve da quadratura con la fattura.
• Sottocontatori o analizzatori di rete sui quadri di ogni linea o reparto: energia (kWh), potenza (kW) e, se serve, fattore di potenza. Sono quasi sempre dotati di un'uscita Modbus TCP o Modbus RTU.
• Altri vettori: gas, vapore, acqua e aria compressa, dove pesano sul costo di un processo. Ognuno ha il suo contatore e la sua unità (Sm³, m³, kg).
• Produzione: pezzi contati dal PLC o ordini del gestionale, nello stesso intervallo dei consumi. Senza produzione i kWh restano un totale, con la produzione diventano un indicatore.
• Calendario dei turni: per separare il consumo a macchine in produzione da quello a macchine ferme.

Il passo pratico è leggere i contatori con un nodo vicino al quadro e portare i valori nello stesso posto dei pezzi prodotti. Con Muvia Industrial il nodo edge legge gli analizzatori di rete in Modbus TCP e i contapezzi dal PLC Siemens S7 con i driver; i contatori con sola uscita seriale richiedono un convertitore da seriale a Modbus TCP, perché i driver di Muvia sono per reti TCP. Le differenze tra i protocolli sono nella guida a Modbus e OPC UA.

I KPI energetici (kWh/pezzo, baseline, EnPI)

Pochi indicatori coprono quasi tutto. Gli esempi si riferiscono a una linea di stampaggio in un turno di 8 ore, con 729 pezzi prodotti (gli stessi della guida all'OEE) e 1.458 kWh assorbiti; sono dati di esempio, non di un cliente.

La baseline (in ISO 50001, la baseline energetica) è il consumo di riferimento con cui si confronta il presente: di solito un periodo di dodici mesi, per includere le stagioni. L'EnPI (Energy Performance Indicator, indicatore di prestazione energetica) è il numero con cui l'organizzazione decide di seguire il risultato: può essere un valore (i kWh del mese), un rapporto (i kWh per pezzo) o un modello statistico.

Il modello serve quando il rapporto semplice inganna. Se parte del consumo è fisso, cioè non dipende dai pezzi, il kWh/pezzo migliora da solo quando si produce di più e peggiora quando si produce di meno, senza che nessuno abbia fatto niente. Con un modello a + b × pezzi (qui a = 150 kWh di consumo fisso del turno e b = 1,9 kWh per pezzo, ricavati da una regressione sull'anno di riferimento) si calcola l'energia attesa per i pezzi fatti e si confronta con quella misurata: 1.535,1 attesi contro 1.458 misurati sono 77,1 kWh risparmiati, il 5,0%. Il confronto è corretto anche se il volume cambia.

ISO 50001 e diagnosi energetica: cosa chiedono

Sono due cose diverse, e confonderle è l'errore più comune. La diagnosi energetica è un obbligo di legge per alcune imprese; la ISO 50001 è una norma volontaria per un sistema di gestione dell'energia.

La diagnosi è regolata dall'articolo 8 del D.Lgs. 102/2014. Secondo il testo, le grandi imprese eseguono una diagnosi energetica nei siti produttivi in Italia, condotta da società di servizi energetici o da esperti in gestione dell'energia, la prima entro il 5 dicembre 2015 e poi ogni quattro anni. Le imprese a forte consumo di energia, cioè quelle del decreto del Ministero dello sviluppo economico del 21 dicembre 2017, hanno gli stessi obblighi indipendentemente dalle dimensioni. Le grandi imprese che adottano un sistema conforme alla ISO 50001 non sono soggette alla periodicità quadriennale, purché il sistema comprenda una diagnosi conforme all'allegato 2 del decreto. Le diagnosi si trasmettono all'ENEA. Se l'azienda rientri in uno di questi casi, e con quale scadenza, va verificato sul testo vigente e con l'ENEA: le regole cambiano e la guida non sostituisce un consulente.

La ISO 50001 chiede un ciclo di miglioramento continuo, e la misura è il cuore del ciclo. In pratica, questa è la lista di ciò che un auditor si aspetta di trovare:

• Politica energetica firmata dalla direzione, con l'impegno a migliorare la prestazione energetica.
• Revisione energetica: l'analisi di dove e come si usa l'energia, con i consumi del periodo e quelli previsti.
• Usi energetici significativi: i pochi impianti e processi che pesano di più, scelti sui dati e non a sensazione.
• Baseline ed EnPI per ciascuno, con le variabili che li influenzano (volumi, mix di prodotti, clima) e il metodo di normalizzazione.
• Obiettivi e piano d'azione con responsabili, scadenze e risorse.
• Piano di misura: quali grandezze si misurano, con quali strumenti, ogni quanto, e come si tengono tarati.
• Audit interno e riesame della direzione, con le evidenze: consumi, scostamenti, azioni chiuse.

Consumi incrociati con la produzione

Il consumo per linea diventa un indicatore solo quando si incrocia con ciò che la linea ha fatto. I dati da mettere insieme sono tre: i kWh per intervallo dal contatore, i pezzi contati dal PLC e l'ordine in corso, che arriva dal gestionale. Con questi tre si calcola il consumo specifico per turno, per ordine e per articolo, e si vede che lo stesso articolo costa 2,0 kWh per pezzo su una linea e di più su un'altra, o che un cambio di formato sposta il consumo più dell'ora di produzione che ha tolto.

Lo stesso incrocio alimenta il resto: i kWh per pezzo entrano nel costo di produzione per articolo, e i consumi del mese entrano nel bilancio di sostenibilità. Il percorso completo, dai contatori in Modbus TCP al report mensile in PDF, è nel caso d'uso su energia e consumi per linea e per pezzo.

Allarmi sui consumi anomali

Il cruscotto dice cosa è successo, l'allarme dice quando intervenire. I consumi si prestano a pochi allarmi molto efficaci, tutti basati sul confronto con ciò che era atteso e non su una soglia fissa:

• Assorbimento a linea ferma: la potenza supera il carico di base abituale mentre la linea non produce. È il segnale più economico da implementare e il più redditizio.
• Consumo specifico fuori baseline: i kWh per pezzo del turno superano la baseline di una percentuale scelta, per esempio per un'usura, una perdita o un ciclo fuori standard.
• Picco di potenza: l'assorbimento supera il valore concordato, quando una penale o una fascia contrattuale dipendono dal picco.
• Dato mancante: il contatore non invia da un'ora. Un consumo che sparisce è anche un guasto del monitoraggio.

Gli allarmi di Muvia confrontano un valore con una soglia e scrivono ogni evento in un registro con presa in carico, in modo che resti traccia di chi ha risposto e quando. Per non generare rumore, la soglia va paragonata allo stesso turno e allo stesso articolo, non a un valore unico per tutta la giornata.