Data-driven approach to reduce electricity cost in chocolate production

Abstract

In order to ensure sustainable food manufacturing, it is vital to improve the energy efficiency of production plants continuously. Identifying and conducting energy-saving measures and projects are essential in this process, and only profitable projects are carried out. Consequently, energy management is largely about identifying economically beneficial energy-saving measures.

This master's thesis deals with the identification of cost-saving projects related to energy use at Mondelez Norge Production AS in Oslo. An introductory survey of the energy balance in the factory shows that electricity accounts for 83% of the energy supply to the production processes and 88% of the energy costs. It has therefore been chosen to proceed with the identification of saving-potentials within the electricity use in the factory. Data on electricity consumption from Elhub Web Plugin form the basis for the analysis, combined with elspot prices from Nord Pool and grid rental tariffs from Hafslund Nett.

Significant saving-potentials are found at Mondelez. Three transformers supply power to the production processes in the factory. Each transformer has an AMS from Hafslund Nett recording the average electricity demand every hour. Grid rental costs are paid for each transformer individually, and the grid rent consists of several parts. The grid rental's demand cost is calculated based on the maximum recorded electricity demand each calendar month. To gather the three AMSs into one measuring point would thus have provided Mondelez savings of more than MNOK 1.1 in the period between February 2019 and February 2020. Further investigations nevertheless reveal that the cost and workload associated with this measure most likely outweigh the gain. Another saving measure is based on the fact that the demand cost is calculated on the basis of peak demand each calendar month. The electricity demand level is closely connected to the production level in the factory. Reduced production thus gives reduced electricity demand which results in reduced grid rental cost. This presumes that the electricity demand is kept low throughout the calendar month. One day of high production is enough to give high demand costs that month. The analyses show that Mondelez could have saved almost kNOK 550 in 2019 if the grid rental cost was taken into account in the production planning. kNOK 456 of this could have been saved if production was halted throughout December.

During the collaboration with Mondelez, it became apparent that there is a lack of acquisition and analyses of energy data from the production processes. If the demand level is to be used as a management parameter in production planning, monitoring and control of the amount of power used by the production processes at all times are necessary. It is thus recommended to make an updated overview containing relevant parameters of the machines involved in the production, and to start measuring real-time electricity demand in the factory. Opening of the HAN-ports on the AMSs and implementing power meters on relevant machines are suggested to acquire real-time data. Such data can be used in a control system and in analyses regarding long term energy improvements. It is also recommended to invest in energy management and long term energy-saving as sustainability is a high priority in Mondelez.

For å sikre berekraftig næringsmiddelproduksjon, er det viktig å kontinuerleg forbetre energieffektiviteten til produksjonsanlegg. Identifisering og gjennomføring av energisparande tiltak og prosjekt er grunnleggjande i denne forbetringsprosessen, og berre lønsame prosjekt blir implementert. Å drive aktiv energileiing dreier seg difor i stor grad om å identifisere økonomisk gunstige energisparingstiltak.

Denne masteroppgåva tar for seg identifisering av kostnadssparande prosjekt knytt til energibruken hos Mondelez Norge Production AS i Oslo, tidlegare Freia Sjokoladefabrikk. Ei innleiande kartlegging av energibalansen i anlegget viser at elektrisitet står for 83 % av levert energi til produksjonsprosessane og 88 % av energikostnadane. Det er difor vald å gå vidare med identifisering av sparepotensial innanfor straumforbruket i fabrikken. Data om eletrisitetsforbruket frå Elhub Web Plugin dannar grunnlaget for analysen, saman med elspotprisar frå Nord Pool og nettleigetariffar frå Hafslund Nett.

Det er kartlagt vesentlege sparepotensial hos Mondelez. Tre transformatorar leverer straum til produksjonsprosessane i fabrikken. Kvar transformator har ein AMS-målar frå Hafslund Nett som registrerer gjennomsnittleg effektuttak kvar time. Det betalast nettleige for kvar transformator individuelt og nettleiga består av fleire ledd. Effektleddet i nettleiga er avrekna ut i frå kvar transformator sitt høgast registrerte effektuttak per kalendermånad. Å samle dei tre AMS-målarane til eitt felles målepunkt, ville difor spart Mondelez for meir enn 1 100 000 kroner i perioden februar 2019 til februar 2020. Vidare undersøkingar viser likevel at ei slik samling av målepunkt vil bli svært kostesam å gjennomføre, og truleg ikkje lønsam. Eit anna sparetiltak baserer seg på at effektleddet er avrekna ut i frå maks effektuttak per kalendermånad. Effektuttaket i fabrikken er nært knytt til produksjonsnivået i anlegget. Redusert produksjon gir difor redusert effektuttak, og dette gir igjen utslag i redusert nettleige. Dette forutset at ettektuttaket blir heldt nede heile kalendermånaden. Éin dag med høg produksjon er nok til å gi høg effektkostnad den månaden. Analysane viser at Mondelez kunne spart nært opp mot 550 000 kroner i 2019 på å planlegge produksjonsnivå ut i frå effektkostnaden frå nettselskapet. Av dette kunne 456 000 kroner vore spart dersom produksjonen var stoppa gjennom heile desember 2019.

Gjennom arbeidet hos Mondelez har det kome fram at det blir målt og analysert svært lite energidata frå produksjonsprosessane i fabrikken. For å kunne bruke effektnivå som ein styringsparameter i produksjonsplanlegging, må ein ha oversikt og kontroll over kor mykje effekt som til ei kvar tid blir brukt i anlegget. Det anbefalast difor å lage ein oppdatert oversikt over relevante parametrar for maskinane knytt til produksjonen, samt starte med datainnhenting av sanntids effektforbruk i anlegget. Opning av HAN-portane på AMS-målarane og installasjon av effektmeter på relevante maskinar er føreslåtte tiltak for å tileigne seg sanntidsdata frå fabrikken. Slike data kan brukast i overordna styringssystem og til analysar knytt til langsiktig energiforbetring. Det anbefalast også å investere i energileiing og langsiktig jobbing med energisparing, då berekraft er høgt prioritert i Mondelezkonsernet.