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Der richtige Dreh zum Energiesparen

Mehr Druckluft mit weniger Energie bei geringeren CO2-Emissionen
Der richtige Dreh zum Energiesparen

Die Technik bietet den Druckluftanwendern vielfältige Möglichkeiten, erheblich weniger Energie zu verbrauchen und ihren CO2-Ausstoß deutlich zu senken. Neben zukunftsweisenden konzeptionellen Lösungen spielen dabei auch innovative Produkte eine wichtige Rolle. Durch systematisches Nutzen aller Einsparmöglichkeiten könnten die Betreiber das im Jahr 2000 ermittelte durchschnittliche Effizienzpotenzial von etwa 33 % deutlich besser ausschöpfen als bisher.

Die Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Erwin Ruppelt Leitender Projektingenieur, Kaeser Kompressoren, Michael Bahr Pressereferent, Kaeser Kompressoren

Für die in Europa installierten Druckluftsysteme hat eine im Rahmen von SAVE II erstellte Studie ein durchschnittliches Energie-Einsparpotenzial von knapp 33 % ermittelt. In die daraufhin von „Druckluft effizient“ initiierte Messkampagne brachte Kaeser Kompressoren sein Know-how als Druckluft-Systemanbieter ein. Die im Zuge der Kampagne durchgeführten Audits ergaben je nach Situation für die Druckluftversorgung in den untersuchten Betrieben Einsparpotenziale zwischen 18 und 70 %. Trotz mancher Verbesserungen ähneln nicht wenige Druckluftsysteme noch immer mehr dem Stand der 70-er Jahre als dem einer zeitgemäßen energieeffizienten Versorgung. Um dies zu ändern, kommt es darauf an, die neuen technischen Möglichkeiten zur weiteren Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsystems Druckluft zu nutzen. Es geht um die Optimierung im Detail, aber auch um eine noch bessere, effizienzsteigernde Abstimmung aller Elemente des Druckluftsystems.
Antriebe mit hohem Wirkungsgrad
In den letzten Jahren gelang es, Elektromotoren mit noch höheren Wirkungsgraden zu entwickeln. Um die verschiedenen Energieeffizienzstandards für Asynchronmotoren weltweit zu vereinheitlichen, hat die International Electrotechnical Commission (IEC) die internationale Norm IEC 60034–30 geschaffen. Darin sind die Wirkungsgradklassen IE1 bis IE3 festgelegt. Für Antriebe mit Leistungen von 7,5 bis 375 kW werden Motoren, die der höchsten Klasse IE3 entsprechen, ab 01.01.2015 Pflicht. Kaeser hat bereits ab dem Jahr 2010 begonnen, IE3-Motoren in Schraubenkompressoren einzubauen. Nach und nach wird auch das übrige Programm entsprechend ausgestattet.
Moderne Kompressoren sind Paradebeispiele für hoch entwickelte mechatronische Systeme. Ihre Effizienz wird also nicht nur von einem möglichst optimalen Zusammenspiel mechanischer und thermodynamischer, sondern auch elektrischer und elektronischer Komponenten bestimmt. Eine wichtige Funktion hat die Kraftübertragung. So kommen moderne 1:1-Antriebe, bei denen Antriebsmotor und Kompressorblock mit gleicher Drehzahl laufen, ohne die Übertragungsverluste eines Getriebes oder Riemenantriebs aus. Aber auch die Energieausbeute des Kompressorblocks selbst kann durch weiteres Optimieren des Schraubenläuferprofils, der Nebenaggregate für die Kühlung und durch das Minimieren interner Druckverluste noch erhöht werden.
Flexible kompressorinterne Steuerung
Ein weiterer wichtiger Effizienzbaustein ist die interne Steuerung des Kompressors. Während dazu früher oft nur eine Steuerungsvariante eingesetzt wurde, ermöglichen es moderne Systeme auf Industrie-PC-Basis, mit bis zu fünf programmierten Varianten zu arbeiten und so die Förderleistung des Kompressors genau dem Druckluftverbrauch anzupassen. Die Sigma Control 2 bietet darüber hinaus weitere Vorteile: Variable Schnittstellen und steckbare Kommunikationsmodule erhöhen die Flexibilität beim Anbinden an maschinenübergreifende Druckluft-Managementsysteme, an Computernetzwerke und/oder an Ferndiagnose- und Fernüberwachungssysteme wie den Teleservice. Ein großes Display vereinfacht die Kommunikation mit der Anlage am Einsatzort. Zudem ermöglicht ein RFID-Lesegerät eine Standardisierung des Service sowie eine professionelle Sicherung und eine deutliche Erhöhung der Servicequalität.
Diese Steuerungen bieten zudem durch Betriebsüberwachung der Kompressoren wie auch der Druckluftfilter eine gute Basis für eine vorausschauende, bedarfsorientierte Wartung. Letztere muss Bestandteil eines umfassenden Servicekonzepts sein, dessen Ziele höchstmögliche Betriebssicherheit und Verfügbarkeit sowie optimierte Energie- und Wartungskosten sind. Der Service darf sich natürlich nicht nur auf die Kompressoren und weitere Komponenten beschränken, sondern muss sich auf das Druckluftsystem als Ganzes er- strecken.
Energieeffiziente Drucklufttrocknung
Vor allem die Trocknung hat einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf die Energieeffizienz der Druckluftversorgung. Bei der Kältetrocknung (für Drucktaupunkte bis +3 °C) hat es in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gegeben. Kältetrockner mit energiesparenden Aussetzregelungen und optimierter Anpassungsfähigkeit an den tatsächlichen Druckluftverbrauch sowie der Einsatz neuer Kältemittel haben zu deutlichen Energieeinsparungen geführt. Doch auch für Druckluft mit wesentlich höherem Trockenheitsgrad (Drucktaupunkte bis -40 °C) gibt es inzwischen mit der Kälte-Adsorptionstrocknung ein energiesparendes Kombiverfahren. Es kann in zahlreichen Fällen die erheblich energieaufwendigere reine Adsorptionstrocknung ersetzen. Unter gewissen Umständen besteht auch die Möglichkeit, Kompressorabwärme zur Regeneration des Adsorptionsmittels einzusetzen.
Druckluftbedarfsanalyse
Höchstmögliche Energieeffizienz jeder einzelnen Druckluft-Systemkomponente ist zwar eine notwendige, aber noch keineswegs hinreichende Voraussetzung für die optimierte Energieeffizienz des Gesamtsystems „Druckluft“. Es kommt vielmehr darauf an, jede Komponente auch optimal in das System zu integrieren. Computergestützte Bedarfsanalysen wie etwa die Analyse der Druckluft-Auslastung (ADA) bieten dabei wertvolle Unterstützung: Mit ihrer Hilfe lässt sich ermitteln, wie der Druckluftbedarf im Zeitverlauf aussieht, wie wirtschaftlich eine Druckluftstation wirklich arbeitet und inwiefern ihre Verfügbarkeit und Effizienz noch erhöht werden kann.
Eine spezielle Planungssoftware wie das Kaeser-Energie-Spar-System (KESS) kann zudem verschiedene Systemvarianten simulieren, miteinander vergleichen und Einsparpotenziale ermitteln.
Druckluft-Management und mehr
Auch im Bereich Steuerung und Regelung von Druckluftstationen steckt ein hohes Energieeffizienzpotenzial. Moderne maschinenübergreifende Steuerungen und Managementsysteme wie der Sigma Air Manager (SAM) sind in der Lage, einen Großteil dieses Potenzials auszuschöpfen. Dank einer adaptiven 3-D-Regelung kann die jüngste SAM-Version das besonders gut. Diese Regelung berücksichtigt die drei für die energieeffiziente Steuerung von Kompressoren entscheidenden Dimensionen:
  • die mit Start und Stillsetzung der Kompressoren verbundenen Schaltverluste
  • den zusätzlichen Energieaufwand für Druckerhöhungen über den Bedarfsdruck
  • die Regelverluste in Form von Leerlauf- und FU-(Regel-)Verlusten
SAM analysiert unter Berücksichtigung dieser drei Dimensionen ständig, mit welcher Steuerstrategie sich der erforderliche Energieeinsatz minimieren lässt, und steuert die Kompressoren entsprechend. Darüber hinaus ermöglicht er Kostentransparenz und die optimierte vorbeugende Wartung des Druckluftsystems.
Ein weiteres erhebliches Energieeinsparpotenzial erschließt sich über Wärmerückgewinnung: Bis zu 96 % der einem Kompressor zugeführten Energie lassen sich als Abwärme ein zweites Mal nutzen. Wer diese Energiemenge in sein betriebliches Versorgungskonzept integriert, spart nicht nur, sondern entlastet auch die Umwelt durch verringerte CO2-Emissionen.
Nicht zu vernachlässigen sind auch die von Leckagen im Druckluft-Leitungsnetz hervorgerufenen Energieverluste: Üblicherweise liegen die Leckageraten bei 10 bis 25 %. Mit Hilfe moderner Suchgeräte lassen sich Leckagen gut orten und anschließend beheben. Weitere Ursachen für Energieverluste und große Druckdifferenzen im Leitungsnetz sind Verunreinigungen in den Rohren, zu enge Rohrquerschnitte und die strömungstechnisch ungünstige Verlegung der Rohrleitungen. Auch diese Mängel sollten beseitigt bzw. vermieden werden.
Online-Info: www.cav.de/0211436
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