Recuperarea energiei din compresoarele de aer

 O camera de compresor a unei fabrici mari, care consumă 500 kW pe parcursul a 8.000 de ore de funcționare pe an, reprezintă unconsum anual de 4 milioane kWh. Posibilitățile de recuperare a unor cantități substanțiale de căldură reziduală prin aer cald sau apă caldă sunt reale. Până la 94% din energia furnizată compresorului poate fi recuperată, de exemplu, ca apă caldă de 90°C de la compresoarele cu șurub fără ulei. Acest fapt ilustrează faptul că măsurile de economisire oferă rapid un randament substanțial. Amortizarea investițiilor pentru recuperarea energiei este, de obicei, la fel de scurtă ~1-3 ani. În plus, energia recuperată prin intermediul unui sistem de răcire închis îmbunătățește condițiile de funcționare a compresorului, fiabilitatea și durata de viață datorită unui nivel de temperatură egalizat și calității ridicate a apei de răcire, pentru a numi doar câteva avantaje. Țările nordice sunt oarecum un precursor în această arenă, iar recuperarea energiei a fost o practică standard de ceva timp pentru instalațiile de compresoare. Cele mai multe compresoare medii spre mari de la principalii furnizori sunt acum adaptate pentru montarea cu echipamente standard pentru recuperarea căldurii reziduale.

Legile fizicii dictează că aproape toată energia furnizată unei instalații de aer comprimat este transformată în căldură. Cu cât este mai multă energie care poate fi recuperată și utilizată în alte procese, cu atât este mai mare eficiența generală a sistemului.

În multe cazuri, gradul de recuperare a căldurii poate depăși 90% dacă energia obținută prin răcirea instalației compresorului poate fi utilizată eficient. Funcția sistemului de răcire, distanța până la punctul de consum, precum și gradul și continuitatea necesarului de căldură sunt factori decisivi. Cu fluxuri termice mari, vânzarea energiei termice recuperate este o posibilitate care nu trebuie ignorată. Furnizorul de energie electrică ar putea fi un potențial client, iar investițiile, subcomanda și livrarea ar putea fi ușor negociate. Există, de asemenea, o oportunitate de economisire prin coordonarea recuperării energiei din mai multe procese.

Recuperarea energiei din instalațiile de aer comprimat nu duce întotdeauna la căldură atunci când este necesară și, adesea, nu în cantități suficiente. Cantitatea de energie recuperată va varia în timp dacă compresorul are o sarcină variabilă. Pentru ca redresarea să fie fezabilă, este necesară o cerere corespunzătoare de energie termică relativ stabilă. Energia termică reziduală recuperată este cel mai bine utilizată pentru a suplimenta energia furnizată sistemului. Astfel, energia disponibilă este utilizată întotdeauna atunci când compresorul funcționează. Opțiunile pentru compresoarele răcite cu aer, care produc un debit mare de aer cald la o temperatură relativ scăzută, sunt încălzirea directă a clădirilor sau schimbul de căldură cu o baterie de preîncălzire. Aerul de răcire încălzit este apoi distribuit cu ajutorul unui ventilator. Atunci când clădirile nu necesită căldură suplimentară, aerul cald este evacuat în atmosferă, fie automat prin controlul termostatului, fie manual prin controlul amortizorului de aer. Un factor limitator este distanța dintre compresoare și clădirea care trebuie încălzită. Această distanță ar trebui să fie limitată (de preferință distanța dintre clădirile adiacente). În plus, posibilitatea de recuperare poate fi limitată la perioadele mai reci ale anului. Recuperarea energiei în aer este mai frecventă pentru compresoarele mici și mijlocii. Recuperarea căldurii reziduale din sistemele de răcire cu aer ale compresorului duce la pierderi mici din distribuție și necesită investiții reduse.

Apa de răcire de la un compresor răcit cu apă, cu o temperatură de până la 90°, poate completa un sistem de încălzire cu apă caldă. În cazul în care apa caldă este utilizată în schimb pentru spălare, curățare sau duș, este necesar un cazan de apă caldă cu încărcare normală. Energia recuperată din sistemul de aer comprimat formează o sursă suplimentară de căldură care reduce sarcina cazanului, economisește combustibil pentru încălzire și ar putea duce la utilizarea unui cazan mai mic. Condițiile prealabile pentru recuperarea energiei de la compresoarele de aer comprimat diferă parțial în funcție de tipul compresorului. Compresoarele standard fără ulei sunt ușor de modificat pentru recuperarea energiei. Acest tip de compresor este ideal pentru integrarea într-un sistem de încălzire cu apă caldă, deoarece asigură temperatura apei (90°C) necesară pentru recuperarea eficientă a energiei. La compresoarele lubrifiate cu ulei, uleiul, care participă la procesul de compresie, este un factor care limitează posibilitățile de temperaturi ridicate ale apei de răcire. În compresoarele centrifugale, nivelurile de temperatură sunt în general mai scăzute din cauza raportului de presiune mai mic pe etapă de compresie, limitând astfel gradul de recuperare. Recuperarea energiei reziduale pe bază de apă este cea mai potrivită pentru compresoarele cu o putere a motorului electric de peste 10 kW. Recuperarea energiei reziduale pe bază de apă necesită o instalație mai complexă decât recuperarea energiei reziduale în aer. Echipamentul de bază constă din pompe de lichid, schimbătoare de căldură și supape de reglare. Căldura poate fi, de asemenea, distribuită în clădirile îndepărtate folosind diametre relativ mici ale țevilor (40-80 mm), fără pierderi semnificative de căldură folosind recuperarea energiei pe bază de apă. Temperatura inițială ridicată a apei înseamnă că energia reziduală poate fi utilizată pentru a crește temperatura apei de retur de la un cazan cu apă caldă. Prin urmare, sursa normală de încălzire poate fi oprită periodic și înlocuită cu sistemul de recuperare a căldurii reziduale al compresorului. Căldura reziduală de la compresoare din industria de proces poate fi, de asemenea, utilizată pentru a crește temperatura procesului. De asemenea, este posibilă utilizarea compresoarelor cu șurub răcite cu ulei pentru a aplica recuperarea energiei reziduale pe bază de apă. Acest lucru necesită un schimbător de căldură în circuitul de ulei, iar sistemul va furniza apă la temperaturi mai scăzute (50° - 60°) decât în cazul compresoarelor fără ulei.