Zwiększenie efektywności energetycznej systemów sprężonego powietrza może być dokonane na dwa sposoby: poprzez eliminację nieszczelności oraz odzysk energii.
Firmy przemysłowe wykorzystujące instalacje sprężonego powietrza mają możliwości zmniejszenia kosztów zużywanej energii i jednoczesnego działania na korzyść zrównoważonego rozwoju. Wynika to z niedawnego raportu opublikowanego przez firmę Atlas Copco. Realizacja działań mających na celu ograniczenie energii zużywanej przez instalacje pneumatyczne może oznaczać, że w ciągu roku firmy w USA zaoszczędziłyby około 1 mld USD oraz zmniejszyły emisję CO2 o 9 mln ton.
Atlas Copco to międzynarodowe przedsiębiorstwo produkujące kompresory, urządzenia do uzdatniania sprężonego powietrza oraz inny sprzęt przemysłowy. Siedziba główna amerykańskiego oddziału tego przedsiębiorstwa znajduje się w Auburn Hills (stan Michigan).
Dla przemysłu główną metodą osiągnięcia produkcji opartej na zrównoważonym rozwoju jest zmniejszenie zużycia energii elektrycznej, w celu zarówno zmniejszenia emisji dwutlenku węgla, jak i uzyskania znacznych oszczędności finansowych przez przedsiębiorstwa, które wdrażają tę metodę.
Idąc dalej, firma Atlas Copco uważa, że zoptymalizowane systemy sprężonego powietrza mogą być wielkim krokiem na drodze do zrównoważonego rozwoju. Atlas Copco Compressors wykonała dogłębną analizę rynku urządzeń pneumatycznych w USA. Na podstawie tej analizy stwierdzono, że przedsiębiorstwa produkcyjne w Stanach posiadają zainstalowane kompresory o łącznej mocy co najmniej 15 mln HP (11,033 MW).
Dobrze znanym faktem jest, że instalacje pneumatyczne w przemyśle generują znaczne straty energii z powodu nieszczelności w rurach, którymi nikt się nie zajmuje, oraz z innych przyczyn. Firma Atlas Copco Compressor, bazując na wynikach audytów instalacji pneumatycznych różnego typu i wielkości przeprowadzonych u klientów stwierdziła, że w USA można zaoszczędzić rocznie około 13 mld kWh energii elektrycznej zużywanej przez te instalacje. Oznacza to, że firmy produkcyjne mogłyby zaoszczędzić rocznie ponad 1 mld USD na kosztach energii. Równie ważne jest to, że w tym przypadku do atmosfery rocznie dostałoby się około 9 mln ton CO2 mniej. Zaoszczędzona energia jest równa energii elektrycznej zużywanej rocznie przez ponad 1 mln gospodarstw domowych.
Ponieważ nasza firma posiada europejskie korzenie, to oszczędzanie energii jest dla nas ważne od dawna, mówi Robert Eshelman, prezes i dyrektor generalny Atlas Copco Compressors USA. Teraz dostrzegamy okazję do poprawy sytuacji. Jest jeszcze nadal wiele systemów nieefektywnych energetycznie. Chcemy, aby nasi klienci także byli tego świadomi.
Dwie dobre sugestie
W przeprowadzonej w 2021 roku ankiecie na temat zużycia sprężonego powietrza, której uczestnikami było ponad 50 000 inżynierów – wykonawców instalacji oraz pracowników fabryk z całych Stanów Zjednoczonych, nieefektywność energetyczna systemów pneumatycznych znalazła się na drugim miejscu wśród głównych zmartwień respondentów, natomiast 16% z nich umieściło ją na pierwszym miejscu.
Raport firmy Atlas Copco Compressors zawierał informacje na temat dwóch dodatkowych możliwych metod uzyskania oszczędności energii, jeśli chodzi o eksploatację sprężarek powietrza. Sposoby te to odzysk energii oraz przejście z chłodzenia wodnego na chłodzenie powietrzne.
Nawet już efektywny energetycznie kompresor powietrza może być jeszcze ulepszony poprzez wykorzystanie modułów odzysku energii, które obecnie mogą być już wbudowane fabrycznie. Możliwość odzysku energii wynika z faktu, że podczas sprężania powietrza wydziela się ciepło. W większości przypadków ta energia cieplna jest pochłaniana (przez układ chłodzenia) i marnowana, zanim sprężone powietrze popłynie do rur instalacji. Jednak główna część tej marnowanej energii cieplnej, wynosząca nawet 94% energii elektrycznej zużytej przez kompresor, może być odzyskana z ogrzanego powietrza lub ogrzanej wody, w zależności od tego, czy dany kompresor jest chłodzony powietrzem, czy wodą.
Metoda ta może przynieść znaczny zwrot z inwestycji firmom, które wykorzystują energię cieplną. Ponadto, gdy energia jest odzyskiwana za pomocą zamkniętego układu chłodzenia, polepsza to warunki pracy kompresora i jego niezawodność oraz wydłuża czas eksploatacji. Jest to wynikiem między innymi wyrównanemu poziomowi temperatury oraz wysokiej jakości wody chłodzącej. Większość głównych producentów sprężarek powietrza o średniej i dużej wielkości oferuje obecnie wyposażanie swoich produktów w standardowy sprzęt do odzysku energii cieplnej.
Ponadto w tych zastosowaniach, w których firma może przejść z kompresora chłodzonego wodą na kompresor chłodzony powietrzem, można wyeliminować potrzebę poboru wody. Na przykład kompresor o mocy 200 HP (147,1 kW) może z łatwością zużywać ponad 7 mln galonów (ok. 26 500 m3) wody rocznie. Jest to duża ilość i można tego uniknąć, stosując kompresor z chłodzeniem powietrznym.
Przejście na kompresory z chłodzeniem powietrznym eliminuje też potrzebę instalowania chłodni kominowych i agregatów pompowych oraz konserwacji urządzeń hydraulicznych przeznaczonych dla wody chłodzącej.
Oczywiście w pewnych zastosowaniach kompresory z chłodzeniem wodnym są niezastąpione, jednak także i w ich przypadku istnieją metody optymalizacji zużycia energii.
Sytuacja w USA
Departament Energii USA ustanowił minimalne standardy efektywności energetycznej dla kompresorów powietrza, które mają zacząć obowiązywać wkrótce. Wprowadzenie tych standardów ma pomóc w zapewnieniu efektywności energetycznej przemysłowych systemów sprężonego powietrza.
Nowe regulacje, które mają obowiązywać od stycznia 2025 roku, zostały ustalone we współpracy ze wszystkimi głównymi producentami kompresorów. Szacuje się, że podczas pierwszych trzech dekad, rozpoczynając od pierwszego pełnego roku obowiązywania nowych regulacji, uzyska się oszczędności energii elektrycznej w wysokości ponad 15 mld kWh. Wielkość ta jest równoważna ilości energii potrzebnej dla 1,6 mln gospodarstw domowych w ciągu jednego roku.
W 2019 roku komisja ds. energii stanu Kalifornia wprowadziła swoje własne, nowe wymagania dla handlowych i przemysłowych kompresorów powietrze. Te nowe przepisy zaczęły obowiązywać od stycznia 2022 roku. Efektywnie odzwierciedlają one opisane wyżej regulacje federalne, które mają obowiązywać od początku 2025 roku. Tak więc w Kalifornii szybciej wprowadzono ostrzejsze standardy dla wszystkich dużych, smarowanych i śrubowych kompresorów powietrza, sprzedawanych w tym stanie.
Oczywiście kompresory z chłodzeniem wodnym są niezbędne w pewnych zastosowaniach, jednak i w ich przypadku istnieją metody optymalizacji zużycia energii.
Kevin Parker, starszy redaktor współpracujący, CFE Media.
