Rekuperacija energije v kompresorskih sistemih

 Centralni kompresorski obrat v veliki industrijski panogi, ki porabi 500 kW v 8000 obratovalnih urah na leto, predstavlja letno porabo energije v višini 4 milijonov kWh. Možnosti za pridobivanje znatnih količin odpadne toplote z vročim zrakom ali vročo vodo so realne. Kar 94 % energije, dobavljene kompresorju, se lahko na primer iz brezoljnih vijačnih kompresorjev pridobi kot vroča voda s temperaturo 90 °C. To dejstvo ponazarja, da varčevalni ukrepi hitro prinesejo znatne koristi. Donosnost naložbe v rekuperacijo energije je običajno od 1 do 3 leta. Poleg tega energija, pridobljena z zaprtim hladilnim sistemom, izboljšuje pogoje delovanja kompresorja, zanesljivost in življenjsko dobo zaradi izenačene ravni temperature in visoke kakovosti hladilne vode; to so samo nekatere prednosti. Skandinavske države na tem področju orjejo ledino in rekuperacija energije je že nekaj časa standardna praksa pri kompresorskih napravah. Večina srednje velikih in velikih kompresorjev glavnih dobaviteljev je zdaj prilagojena za vgradnjo standardne opreme za rekuperacijo odpadne toplote.

Zakoni fizike narekujejo, da se skoraj vsa energija, dobavljena v kompresorsko napravo, pretvori v toploto. Več energije, ki jo je mogoče pridobiti in uporabiti v drugih procesih, večja je splošna učinkovitost sistema.

V številnih primerih lahko stopnja rekuperacije toplote preseže 90 %, če je mogoče učinkovito uporabiti energijo, pridobljeno s hlajenjem kompresorske naprave. Odločilni dejavniki so funkcija hladilnega sistema, razdalja do mesta porabe ter stopnja in neprekinjenost potrebe po toploti. Pri velikih toplotnih pretokih je prodaja pridobljene toplotne energije možnost, ki je ne smemo zanemariti. Dobavitelj električne energije je lahko potencialna stranka, z njim pa se je mogoče zlahka dogovoriti o naložbi, podnaročilu in dobavi. Priložnost za prihranke obstaja tudi z usklajevanjem pridobivanja energije iz več procesov.

Rekuperacija energije iz naprav za stisnjen zrak ne prinaša toplote vedno, ko je ta potrebna, pogosto pa je tudi ni dovolj. Količina pridobljene energije se s časom spreminja, če ima kompresor spremenljivo obremenitev. Da bi bila rekuperacija izvedljiva, je potrebna ustrezna relativno stabilna potreba po toplotni energiji. Obnovljeno odpadno toplotno energijo je najbolje dodati energiji, ki se dobavlja v sistem. Na ta način se razpoložljiva energija vedno uporabi, ko kompresor deluje. Možnosti za zračno hlajene kompresorje, ki proizvajajo velik pretok vročega zraka pri razmeroma nizki temperaturi, so neposredno ogrevanje stavbe ali izmenjava toplote z baterijo za predogrevanje. Segreti hladilni zrak se nato razdeli z ventilatorjem.Ko stavbe ne potrebujejo dodatne toplote, se vroč zrak odvaja v ozračje, bodisi samodejno s krmiljenjem termostata bodisi ročno z upravljanjem zračne lopute. Omejitveni dejavnik je razdalja med kompresorji in stavbo, ki jo je treba ogrevati. Ta razdalja mora biti omejena (po možnosti naj bo to razdalja med sosednjimi stavbami). Poleg tega je lahko možnost rekuperacije omejena na hladnejša obdobja leta. Rekuperacija energije v zraku je pogostejša pri majhnih in srednje velikih kompresorjih. Rekuperacija odpadne toplote iz sistemov za hlajenje zraka v kompresorjih povzroča le majhne izgube pri distribuciji in zahteva malo naložb.

Hladilna voda iz vodno hlajenega kompresorja s temperaturo do 90 °C lahko dopolnjuje sistem ogrevanja s toplo vodo. Če toplo vodo namesto tega uporabljate za pranje, čiščenje ali prhanje, je še vedno potreben običajen kotel za toplo vodo z osnovno obremenitvijo. Energija, pridobljena iz sistema za stisnjen zrak, predstavlja dodatni vir toplote, ki zmanjša obremenitev kotla, prihrani gorivo za ogrevanje in lahko potencialno omogoči uporabo manjšega kotla. Pogoji za pridobivanje energije iz kompresorjev za stisnjen zrak se delno razlikujejo glede na vrsto kompresorja. Standardne brezoljne kompresorje je enostavno prilagoditi za pridobivanje energije. Ta vrsta kompresorja je idealna za vgradnjo v sistem za ogrevanje tople vode, saj zagotavlja temperaturo vode (90 °C), ki je potrebna za učinkovito obnavljanje energije. Pri brezoljnih kompresorjih je olje, ki sodeluje v procesu stiskanja, dejavnik, ki omejuje možnosti za visoke temperature hladilne vode. Pri centrifugalnih kompresorjih so temperaturne ravni na splošno nižje zaradi nižjega tlačnega razmerja na stopnjo stiskanja, kar omejuje stopnjo rekuperacije. Rekuperacija odpadne energije v vodi je najprimernejša za kompresorje z močjo elektromotorja nad 10 kW. Rekuperacija odpadne energije na vodni pogon zahteva kompleksnejšo namestitev kot rekuperacija odpadne energije na zračni pogon. Osnovno opremo sestavljajo črpalke za tekočine, izmenjevalniki toplote in regulacijski ventili. Z vodno rekuperacijo energije je mogoče toploto distribuirati tudi v oddaljene stavbe z uporabo relativno majhnih premerov cevi (40–80 mm) brez večjih toplotnih izgub. Visoka začetna temperatura vode pomeni, da se lahko odpadna energija uporabi za zvišanje temperature povratne vode iz kotla za toplo vodo. Zato se lahko običajni vir ogrevanja občasno izklopi in nadomesti s sistemom za rekuperacijo odpadne toplote kompresorja. Odpadno toploto iz kompresorjev v predelovalni industriji je mogoče uporabiti tudi za povečanje temperature procesa. Za uporabo rekuperacije odpadne energije iz vode je mogoče uporabiti tudi zračno hlajene oljno-mazane vijačne kompresorje. Pri tem je potreben izmenjevalnik toplote v oljnem tokokrogu, sistem pa bo zagotavljal vodo pri nižjih temperaturah (od 50 °C do 60 °C) kot pri brezoljnih kompresorjih.