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Reichlich Einsparpotenzial

Hohe Energiepreise als Chance für effizientere Druckluftversorgung
Reichlich Einsparpotenzial

Wer seine Druckluftversorgung genau unter die Lupe nimmt, kann seine Stromrechnung kräftig senken. Drehzahlgeregelte Kompressoren und Trockner, durchdachte Steuerungs- und Regelungskonzepte sowie ein Check auf Leckagen sind wichtige Ansatzpunkte.

Die Strompreise lagen schon in der Vergangenheit in Deutschland höher als in fast allen anderen EU-Staaten. Und trotzdem steigen sie immer weiter, wie der Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (VIK), Essen, in seiner jüngsten Erhebung für August 2008 aufzeigt: Der Preisindex für den Bezug von Mittelspannungsstrom stieg seit Januar 2002 um mehr als 130 % – und allein in den vergangenen zwölf Monaten um gut 45 %. Umso wichtiger ist es, im Betrieb auf energieeffiziente Anlagen und Verfahren zu setzen. Speziell in der Druckluftversorgung gibt es vielerorts noch reichlich Einsparpotenzial.

Check-up mit System
Druckluft ist ein wichtiger Energieträger, auf den die chemische Industrie nicht verzichten kann. Daher sollten Anlagenbetreiber bemüht sein, ihre Versorgung auf alle möglichen Energieverluste hin zu überprüfen: in der Erzeugung, der Aufbereitung, der Verteilung sowie der Anwendung der Druckluft. Hier setzt Atlas Copco als Hersteller mit einer Dienstleistung namens AirScan an, die die vorhandene Drucklufterzeugung und -installation untersucht. Anhand einer einwöchigen Aufzeichnung des Druckluftverbrauches sowie der Betriebsdaten der Kompressoren wird berechnet, wie viel Energie für die Erzeugung aufgewendet wird. Anschließend wird der für dieses Druckluftverbrauchsprofil erforderliche Energiebedarf simuliert – mit ausgewählten Kompressoren und unter Zugrundelegung der jeweils neuesten Maschinendaten. Dadurch lässt sich das Energieeinsparpotenzial exakt berechnen und nachweisen. Drehzahlgeregelte Kompressoren und Trockner ergeben bei den meisten Bedarfsprofilen die höchsten Einsparungen. Dies sieht übrigens auch der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI) so. Der Verband hat in einer Studie ermittelt, dass der Einsatz energieeffizienter elektrischer Antriebtechnik in Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren oder Zentrifugen rund 27,5 Mrd. kWh Energie einsparen könnte. Dazu würden drehzahlgeregelte Motoren etwa vier Fünftel und Energiesparmotoren (EFF1) rund ein Fünftel beitragen. Will ein Betreiber sein Energiesparpotenzial mit einem VSD-Kompressor heben (VSD steht für „Variable Speed Drive“, also Drehzahlregelung), so ist eine effiziente Regelung unerlässlich. Das gilt besonders, wenn mehrere Kompressoren im Einsatz sind. Durch die Messung des Betriebsdruckes in der Rohrleitung kann eine übergeordnete Steuerung allen angeschlossenen Kompressoren die Steuersignale geben; die drehzahlgeregelten Kompressoren erhalten eine direkte Vorgabe der Drehzahl. Das vermeidet Druckschwankungen im Netz.
Werden für die Versorgung mehrere Kompressoren benötigt, so muss ein schlüssiges Regelkonzept für die installierte Verdichtungsleistung erarbeitet werden. Es reicht nicht aus, drei oder vier Kompressoren gleicher Motorleistung zu installieren und einen davon mit einem drehzahlgeregelten Antrieb auszustatten. Dadurch entstünden Regellücken, die dann wieder zu verlustreichen Leerlaufzeiten führten. Die Regelbereiche der einzelnen Kompressorenkonstellationen müssen überlappend ausgelegt werden, damit bei einer Änderung der Abnahme im Umschaltpunkt die einmal gewählte Konstellation auch weiter betrieben werden kann.
Die Regelung, die bei Atlas Copco AirOptimizer heißt, regelt nicht nur die aktiven Kompressoren, sondern kann auch die Kompressoren und Trockner sowie andere fernwartungsfähige beziehungsweise vernetzte Anlagenteile überwachen. Der Betreiber kann dann mittels eines übergeordneten Feldbussystems alle technischen Daten der Kompressorstation abrufen. Mit dem Anschluss ans lokale Netzwerk lassen sich die Daten an jedem Ort des Betriebes oder im Konzern sichtbar machen. Diesen Fernüberwachungsservice bietet Atlas Copco unter dem Namen AirConnect an.
Hohe Verluste durch Leckagen
Der AirScan nimmt allerdings nicht nur den Energiebedarf der Kompressoren unter die Lupe, sondern auch andere energetisch relevante Punkte, etwa vorhandene Leckagen im Leitungsnetz. Deren Beseitigung gehört zu den regelmäßigen Aufgaben in einem druckluftverbrauchenden Betrieb. Von besonderer Bedeutung sind die Anschlussleitungen von der Hauptleitung bis zu den Maschinen. Einmal vorhandene Leckagen treten immer wieder auf, vor allem, wenn zusätzlich Hitze und Erschütterungen einwirken. Durch Leckagen können bei ausgedehnten Druckluftnetzen mit vielen Anschlussleitungen bis zu 30 % der erzeugten Druckluftmenge vergeudet werden. Auch die Betrachtung des Druckabfalles von der Erzeugung bis zum Verbraucher deckt häufig Energieeinsparpotenziale auf. Denn oft wächst mit den Jahren die Station, es wird über weitere Kompressoren mehr Druckluft gefördert als in der Auslegung ursprünglich vorgesehen. Allein, die Rohrleitung und Filteranlagen bleiben unverändert. Die Folge ist ein oft dramatischer Druckabfall im Netz; denn dieser steigt im Verhältnis zur Volumenstromerhöhung quadratisch an. Das heißt, bei einem um 20 % höheren Volumenstrom fällt der Druck um 44 %.
Neben der rein statischen Betrachtung des Druckabfalls ist auch die Verschmutzung von Druckluftfiltern und Regelarmaturen zu verfolgen. Druckluftfilter müssen dem Druckabfall entsprechend gewechselt werden, mindestens aber einmal im Jahr. Bei den Koaleszenzfiltern versprödet der Schaumstoffmantel, was die Filterleistung verschlechtert.
Energiesparen bei Trocknern
Drucklufttrockner gehören in jede Kompressorstation. Hier sollten vor allem die Kältetrockner auf ihren Energieverbrauch untersucht werden; eine effiziente Regelung ist auch hier entscheidend. Denn ein ungeregelter Kältetrockner nimmt eine konstante elektrische Leistung auf. Sinkt aber der Druckluftbedarf oder fällt der Verbrauch am Wochenende sogar auf Null, wird Energie sinnlos vergeudet.
Ein drehzahlgeregelter Kältetrockner optimiert den Energieeinsatz: Durchströmt weniger Druckluft den Trockner oder sinkt die Drucklufteintrittstemperatur, so wird der Trockner niedriger belastet. Ebenso kann der Taupunkt der Außentemperatur angepasst werden. Hierbei wird dann immer nur so viel Energie aufgenommen, wie gerade benötigt wird.
Bei kleineren Kältetrocknern sollte eine durchflussabhängige Regelung vorgesehen werden, etwa die Saver-Cycle-Control von Atlas Copco. Dahinter verbirgt sich eine Kältetrocknerregelung, die den Kältemittelkompressor abschaltet, wenn kein Durchfluss gegeben ist oder der Taupunkt der Umgebungstemperatur angepasst ist.
Adsorptionstrockner bilden die andere bedeutende Gruppe der Drucklufttrockner, wobei man zwischen kalt regenerierenden und warm regenerierenden unterscheidet. Die kalt regenerierenden Trockner ziehen die Trocknungsenergie aus dem bereits getrockneten Druckluftstrom und weisen eine sehr kurze Zykluszeit auf. 15 % des Nennvolumenstromes werden für die Trocknung benötigt und stehen der Druckluftanwendung nicht zur Verfügung. Hinzu kommt, dass dieser Verbrauch unabhängig von der Belastung des Trockners benötigt wird. Hier wäre als erster Schritt zur Energieeinsparung der Einsatz einer Drucktaupunktsteuerung zu nennen. Mit deren Hilfe wird die benötigte Regenerationsluft in Abhängigkeit von der tatsächlichen Trocknerbelastung verbraucht. Wesentlich effizienter ist der Einsatz von warm regenerierenden Adsorptionstrocknern.
Bei dieser Konstruktion wird für die Regeneration des Trockenmittels erhitzte Umgebungsluft durch das Trockenmittelbett geleitet, wo es die Feuchtigkeit aufnimmt. Die Wasseraufnahmefähigkeit des Trockenmittels ist wesentlich höher, bedingt durch die höhere Regenerationslufttemperatur. Dadurch werden die Zykluszeiten länger. Vergleicht man den Leistungsbedarf beider Trocknerarten, so können durch den warm regenerierenden Adsorptionstrockner 60 % Energie eingespart werden; bei einem Volumenstrom von 2500 m³/h sind dies 30 kW.
Druckluft-Contracting lohnt sich
Investitionsmittel stehen oft zunächst für Veränderungen der eigenen Produktion zur Verfügung; die Versorgungsbereiche werden dagegen meist nachrangig betrachtet. Und je zuverlässiger eine Anlage die Versorgung sicherstellt, umso schwerer ist es erfahrungsgemäß, finanzielle Mittel nur für eine energetische Verbesserung freizubekommen. Dies hat auch die Bundesregierung erkannt. Sie weist im Nationalen Energieeffizienz-Aktionsplan der Bundesrepublik Deutschland besonders auf das Modell des Druckluft-Contracting hin. Dabei braucht das zu versorgende Unternehmen die notwendige Modernisierung der Druckluftanlagen nicht selbst durchzuführen, sondern überlässt es einem Dritten. Die Anlage wird durch die Energieeinsparungen finanziert.
Atlas Copco kann aus dem berechneten Bedarf und der zu erwartenden Entwicklung die optimale maschinentechnische Ausrüstung ermitteln, planen und die Kompressorstation modernisieren oder sogar erneuern. Für diese Dienstleistung steht eine eigene Projektabteilung mit dezentralen Projekt-Ingenieuren bereit. Ferner bieten die Essener eine Finanzierung an, die bilanzneutral gestaltet werden kann. In einem Premium-Instandhaltungsvertrag wird die Anlagenbetreuung vereinbart. Je nach ermitteltem Einsparpotenzial kann die Finanzierungsrate durch die eingesparten Energiekosten sogar mehr als ausgeglichen werden. Der Kunde kann sich auf seine Kernkompetenz konzentrieren und braucht sich nicht um die Druckluftversorgung zu kümmern.
dei 433

Auditserice AirScan
Übergeordnete, zentrale Kompressorsteuerung AirOptinizer
Druckluftmanagement AirConncet
Druckluft-Contracting
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