Application of an international standard in a real case study as a tool for improving energy management system in manufacturing sector

ISO 50001 is a standard certification that supports energy management systems, efficiency monitoring and continuous performance improvement for industries and it can play a crucial role in reaching climate goals; EU has agreed that this long path shall start from energy efficiency. Large share of manufacturing processes is hard to decarbonise and, thus, their energy intensity shall be reduced as much as possible. This work presents strength and weaknesses of this global standard, current and suggested system of incentives, necessary role of top management and requirements needed to obtain and renovate certification. This last thing is supported by a technical analysis of a real case study. A dyeing factory in Lombardia is certified with ISO50001, but needs some interventions in order to guarantee future renovations. First of all, energy analysis is updated to scan areas of consumption. Majority of primary energy is taken by natural gas boilers, for steam production, but all energy carriers are investigated in detail. Concerning energy management system, core topic of ISO50001, creation of new consumption baselines and energy performance indicators (EnPIs) is required and developed in this work. They help monitoring and inefficiency detection while supporting continuous improvement. Processes influence on gas and electricity consumption is analysed with regression tools and correspondent detailed EnPIs are calculated. Particular attention is drew to boilers gas consumption and steam needed by processes, such as dyeing, star scouring, vaporisation and washing. To meet targets of continuous improvement, two feasibility analysis are carried out: one of a micro cogenerator, using an accurate excel tool, aiming to reduce withdrawals from electricity grid and to exploit low temperature heat for temperature control of a water tank; the other of a new heat exchanger coupled with a water tank, whose model is implemented from scratch, performing heat recovery in order to reduce steam needs. Pros and cons of these two solutions are described and investment on the heat exchanger turns out to be very convenient. Final results confirms potentiality, if followed appropriately, of this certification.

La ISO50001 è un certificazione che supporta i sistemi di gestione dell’energia, il monitoraggio dell’efficienza e il miglioramento continuo delle prestazioni per le industrie, e può svolgere un ruolo cruciale nel raggiungimento degli obiettivi climatici; l’UE ha concordato che questo percorso deve iniziare dall’efficienza energetica; molti processi produttivi sono difficili da decarbonizzare e, quindi, la loro intensità energetica deve essere ridotta. Questo lavoro presenta punti di forza e debolezza di questo standard globale, il sistema di incentivi attuale e suggerito, il ruolo dei vertici aziendali e i requisiti per ottenere e rinnovare la certificazione. Questo aspetto è supportato da un’analisi tecnica di un caso di studio reale. Una tintoria lombarda è certificata ISO50001, ma necessita di alcuni interventi per garantire il rinnovo futuro. Innanzitutto, viene aggiornata l’analisi energetica per scandagliare le aree di consumo. La maggior parte dell’energia primaria è assorbita dalle caldaie a gas naturale, per la produzione di vapore, ma ogni vettore energetico è analizzato in dettaglio. Per quanto riguarda il sistema di gestione dell’energia, argomento centrale della norma ISO50001, è richiesta e sviluppata la creazione di nuovi indicatori di consumo e di prestazione energetica (IPE). Essi aiutano il monitoraggio e l’individuazione delle inefficienze, supportando il miglioramento continuo. L’influenza dei processi sul consumo di gas ed elettricità è analizzata con strumenti di regressione e sono calcolati i corrispondenti EnPI dettagliati. Particolare attenzione è volta al consumo di gas delle caldaie e al vapore richiesto da processi come tintura, purga in stella, vaporizzo e lavaggio. Per raggiungere gli obiettivi di miglioramento, sono effettuate due analisi di fattibilità: una di un micro-cogeneratore, utilizzando un preciso modello excel, con lo scopo di ridurre i prelievi dalla rete elettrica e di sfruttare calore a bassa temperatura per la termoregolazione di un serbatoio d’acqua; l’altra di un nuovo scambiatore di calore accoppiato con un serbatoio d’acqua, il cui modello è implementato ex novo, che effettua un recupero di calore per ridurre il fabbisogno di vapore. Sono descritti i pro e i contro e l’investimento sullo scambiatore si rivela molto conveniente. I risultati finali confermano le potenzialità, se seguita appropriatamente, della certificazione.