Zrozumienie całkowitego kosztu sprężonego powietrza
Podczas omawiania kosztów sprężonego powietrza warto wspomnieć, że energia elektryczna stanowi większość (80%) wydatków związanych ze sprężarkami. W rezultacie wiele instalacji sprężonego powietrza oferuje znaczne możliwości oszczędzania energii, w tym odzyskiwanie energii, redukcję ciśnienia, redukcję wycieków, systemy regulacji oraz elementy sterujące i funkcje. Warto również zwrócić uwagę na rozmiary sprężarki.
Określanie kosztów wytwarzania sprężonego powietrza
Koszty inwestycji są stałe i obejmują cenę zakupu, koszty infrastruktury, montażu i ubezpieczenie. Koszty inwestycji są określane zarówno przez poziom jakości sprężonego powietrza, jak i okres amortyzacji. Koszty energii obejmują roczny czas pracy, stopień wykorzystania obciążenia/rozładowania oraz jednostkowy koszt energii.
Planowanie układu
Inwestując w nowy sprzęt, należy wziąć pod uwagę zarówno bieżące potrzeby, jak i przyszły rozwój. Nie należy zapominać o takich czynnikach, jak przepisy dotyczące ochrony środowiska, efektywność energetyczna i wymagania produkcyjne.
W branżach, które w dużym stopniu polegają na sprężonym powietrzu, optymalizacja procesów ma kluczowe znaczenie, zwłaszcza w miarę ewolucji warunków produkcji. Bezstronna analiza potrzeb może pomóc obniżyć koszty i zapewnić dopasowanie dostaw powietrza do zapotrzebowania, pozostawiając jednocześnie możliwość efektywnej rozbudowy istniejącego systemu.
Elementy układu sprężonego powietrza
Poniżej znajduje się lista różnych podzespołów, z którymi można się zetknąć, oraz ich wpływ na całkowity koszt układów sprężonego powietrza.
| Element | Opis |
| Sprężarki powietrza | Podstawowa maszyna. Koszt początkowy jest minimalny w porównaniu z całkowitym kosztem eksploatacji. Ponieważ energia stanowi główny wydatek, wybór najbardziej wydajnego modelu ma kluczowe znaczenie. |
| Osuszacze i filtry | Niezbędne dla zapewnienia wysokiej jakości powietrza w wrażliwych sektorach, takich jak przemysł spożywczy i farmaceutyczny. Muszą być dostosowane do norm branżowych. |
| Spusty | Inteligentne odwadnianie bez strat oszczędza energię, odprowadzając skropliny tylko wtedy, gdy jest to konieczne, w przeciwieństwie do spustów czasowych, które marnują energię. |
| Instalacja rurowa | Prawidłowe orurowanie zapobiega zwężeniom, spadkom ciśnienia i minimalizuje wycieki powietrza. |
| Zbiorniki powietrza | Zbiorniki o odpowiedniej pojemności zmniejszają fałszywe zapotrzebowanie, zmiany ciśnienia i ograniczają potrzebę stosowania dodatkowych sprężarek. |
| Wyciek powietrza | Ciągłe monitorowanie i wykrywanie nieszczelności ma kluczowe znaczenie dla utrzymania wydajności i ograniczenia kosztownych strat. |
| Sterownik centralny | W układach z wieloma sprężarkami centralne sterowniki optymalizują wydajność poprzez regulację zakresów ciśnienia, wydajności i prędkości. |
| Układ odzyskiwania energii | Ciepło odpadowe ze sprężarek można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, wody lub procesów, zwiększając efektywność energetyczną. |
Koncepcja zapotrzebowania na moc
Podczas wykonywania obliczeń ważne jest zastosowanie koncepcji całkowitego zapotrzebowania na moc. Należy wziąć pod uwagę wszystkie elementy związane z instalacją sprężarki, w tym filtry wlotowe, wentylatory, osuszacze, separatory i odzyskiwanie energii. Aby porównać opcje, najlepiej użyć standardów ISO (International Organization for Standardization).
Ciśnienie robocze
Konieczne jest prawidłowe obliczenie ciśnienia roboczego, ponieważ ma ono bezpośredni wpływ na zapotrzebowanie na moc. Wyższe ciśnienie oznacza większe zużycie energii elektrycznej. Każdy skok o 1 bar wymaga około 8% mocy. Zwiększenie ciśnienia roboczego w celu skompensowania spadku ciśnienia zawsze skutkuje spadkiem wydajności.
Zazwyczaj spadek ciśnienia jest spowodowany nieodpowiednim układem rurowym lub niedrożnymi filtrami. Zaleca się zbadanie tych czynników przed zwiększeniem ciśnienia sprężarki. W przypadku instalacji wyposażonych w kilka filtrów spadek ciśnienia może być znaczny i kosztowny, jeśli problemy z konserwacją nie zostaną rozwiązane.
W wielu instalacjach nie jest możliwe wprowadzenie dużych redukcji ciśnienia. Jednak zastosowanie nowoczesnych urządzeń regulacyjnych pozwala na realnie obniżenie ciśnienia o 0,5 bar. Ta metoda zapewnia niewielkie oszczędności energii. Choć z pozoru może się to zdawać mało znaczące, nawet taka redukcja wpływa na wielkość rocznych wydatków.
Jak zaoszczędzić na kosztach energii
Jak wspomniano powyżej, wydatki na energię stanowią przeważający czynnik całkowitych kosztów sprężonego powietrza. W rzeczywistości mogą one wynosić nawet 80% kosztów posiadania i użytkowania układu sprężonego powietrza. Dlatego ważne jest, aby skupić się na najbardziej efektywnych rozwiązaniach, które spełnią wymagania zakładu.
Chociaż najbardziej zaawansowany sprzęt oznacza wyższe początkowe koszty inwestycji, zwykle jest tego wart ze względu na ogólne oszczędności. Idealnym rozwiązaniem jest sytuacja, w której wydajność sprężarki odpowiada zapotrzebowaniu na powietrze. Dostępne są również urządzenia z napędem ozmiennej prędkości obrotowej (VSD), które spełniają różne potrzeby w zakresie ciśnienia.
Optymalizowanie sprzętu
Większość sprężarek jest wyposażona we wbudowane układy sterowania i regulacji. Jeśli uruchomisz więcej niż jedną maszynę, możesz także dodać inteligentny system monitorowania. Dzięki temu można zoptymalizować cały system i zapewnić najwyższą wydajność pracy. Dlatego też temu regulacja prędkości obrotowej silnika jest popularną metodą oszczędzania energii ze względu na jej znaczny potencjał. Niektóre narzędzia monitorujące mogą również wskazywać obszary nieefektywności.
Informacje te są pomocne w lokalizowaniu wycieków, miejsc zużycia sprzętu, słabej filtracji i nieprawidłowo skonfigurowanych podzespołów. Jak wspomniano wcześniej, te problemy konserwacyjne mogą zwiększyć całkowity koszt instalacji sprężonego powietrza.
Często wyciek może wynosić nawet 20% strumienia sprężonego powietrza. Wyciek jest również proporcjonalny do ciśnienia roboczego, dlatego jedną z metod jest naprawa nieszczelnego sprzętu i obniżenie ciśnienia roboczego. Zmniejszenie ciśnienia o zaledwie 0,3 bar zmniejsza wyciek o 4%. Jeśli wyciek w instalacji 100 m3/min wynosi 12%, redukcja ta oznacza oszczędność wynoszącą około 3 kW.
Warto również wziąć pod uwagę okresy faktycznego używania sprzętu. Jeśli w nocy i w weekendy wykorzystywana jest niewielka ilość sprężonego powietrza, pomocne może być zainstalowanie małej sprężarki na potrzeby tych okresów. Segmentację tę można osiągnąć za pomocą zaworów odcinających.
Jeśli dane zastosowanie wymaga innego ciśnienia roboczego, należy określić, czy scentralizowana lub rozdzielona produkcja ma sens. Podział sieci sprężonego powietrza jest również przydatny przy segmentowaniu na okresy wysokiego i niskiego zapotrzebowania. Takie planowanie powinno opierać się na pomiarach przepływu powietrza.
Regulacja systemu
Wykorzystując nowoczesny główny układ sterowania, jak opisano powyżej, centralna instalacja sprężarki może pracować optymalnie w różnych sytuacjach. Wybór odpowiedniej metody regulacji sprzyja oszczędności energii przy niższym ogólnym ciśnieniu w układzie i optymalnym wykorzystaniu. Te elementy sterujące mogą również skrócić czas przestojów poprzez równomierne rozłożenie obciążenia.
Ponadto sterowanie centralne umożliwia zaprogramowanie automatycznej redukcji ciśnienia w godzinach poza szczytem, np. w nocy i weekendy. Ponieważ zużycie sprężonego powietrza rzadko jest stałe, instalacja sprężarki powinna mieć uniwersalną konstrukcję. Należy wdrożyć kombinację sprężarek o różnych pojemnościach i monitorach sterujących prędkością.
Układ odzyskiwania energii
Istnieje możliwość wykorzystania energii odzyskanej ze sprężarki powietrza, aby w pełni lub częściowo zastąpić zewnętrzne źródła energii elektrycznej, gazu lub oleju wykorzystywane do ogrzewania. Decydujące czynniki obejmują koszt energii w EUR/kWh, stopień wykorzystania oraz niezbędną kwotę dodatkowych inwestycji.
Dobrze zaplanowany system odzyskiwania energii odpadowej często przynosi zwrot w ciągu 1-3 lat. Ponad 90% mocy dostarczanej do sprężarki można odzyskać w postaci cennego ciepła. Poziom temperatury odzyskanej energii określa możliwe obszary zastosowania, a tym samym jej wartość.
Najwyższy stopień wydajności jest zazwyczaj uzyskiwany z instalacji chłodzonych wodą. Działa to, gdy wylot gorącej wody chłodzącej instalację sprężarki jest podłączony do sprzętu wymagającego ciepła, na przykład do istniejącego obwodu powrotnego kotła grzewczego.
Odzyskana energia odpadowa może być wykorzystywana przez cały rok. Różne konstrukcje sprężarek mają różne wymagania wstępne. W niektórych sytuacjach wymagających dużego i szczytowego przepływu ciepła, dużych odległości przenoszenia ciepła lub różnych wymagań, odzyskaną energię można również sprzedawać.
