Obnavljanje energije u kompresorskim sistemima
Mnoge instalacije koje proizvode komprimovani vazduh pružaju značajne i često neiskorišćene mogućnosti uštede energije u vidu obnavljanja otpadne energije. U velikim industrijama troškovi energije mogu iznositi do 80% ukupnih troškova proizvodnje komprimovanog vazduha. Međutim, veliki deo ove energije se može povratiti, što će vam zauzvrat uštedeti mnogo novca.
Šta je obnavljanje otpadne energije u kompresorskim instalacijama?
Kada se vazduh komprimuje, stvara se toplota. Pre nego što se komprimovani vazduh distribuira u sistem cevi toplotna energija se izdvaja i postaje otpadna toplota. Za svaku instalaciju s komprimovanim vazduhom, mora se rešiti pitanje dovoljnog i pouzdanog kapaciteta hlađenja za instalaciju. Hlađenje može da se odvija putem spoljašnjeg vazduha ili sistema rashladne vode koji koristi komunalnu vodu, rečnu ili procesnu vodu u otvorenom ili zatvorenom sistemu.
Centralno postrojenje kompresora u velikoj industriji koje troši 500 kW tokom više od 8.000 radnih sati godišnje predstavlja godišnju potrošnju energije od 4 miliona kWh. Mogućnosti za obnavljanje značajnih količina otpadne toplote putem toplog vazduha ili tople vode su realne. Čak 94% energije koja se isporučuje kompresoru može se povratiti, na primer, kao topla voda od 90°C iz bezuljnih vijčanih kompresora. Ova činjenica ilustruje da mere štednje brzo daju značajan povrat. Povraćaj investicije za obnavljanje energije je obično samo 1-3 godine. Pored toga, energija koja se povrati pomoću zatvorenog sistema za hlađenje poboljšava radne uslove kompresora, pouzdanost i radni vek zbog izjednačenog nivoa temperature i visokog kvaliteta rashladne vode, ako spomenemo samo nekoliko prednosti. Nordijske zemlje su donekle preteča u ovoj oblasti i obnavljanje energije je već duže vreme standardna praksa za kompresorske instalacije. Većina srednjih do velikih kompresora od glavnih dobavljača sada je prilagođena za ugradnju standardne opreme za obnavljanje otpadne toplote.
Kako izračunavamo potencijal obnavljanja energije?
Prema zakonima fizike, skoro sva energija koja se isporučuje kompresorskoj instalaciji se pretvara u toplotu. Što se više energije može povratiti i iskoristiti u drugim procesima, veća je ukupna efikasnost sistema.
Obnovljena energija u kWh/godina:
Godišnja ušteda: (€)
TR = Vreme povratne potražnje za energijom (časova godišnje)
K1 = Deo TR sa opterećenim kompresorom (časova godišnje)
K2 = Deo TR sa rasterećenim kompresorom (časova godišnje)
Q1 = Dostupna snaga rashladne tečnosti s opterećenim kompresom (kW)
Q2 = Dostupna snaga rashladne tečnosti s rasterećenim kompresom (kW)
ep = Nivo cene energije (€/kWh)
η = Normalna efikasnost izvora toplote (%)
U mnogim slučajevima stepen povrata toplote može premašiti 90% ako energija dobijena hlađenjem kompresorske instalacije može efikasno da se iskoristi. Funkcija sistema za hlađenje, rastojanje do tačke potrošnje, stepen i kontinuitet zahteva za toplotom su odlučujući faktori. S velikim toplotnim tokovima, prodaja obnovljene toplotne energije je mogućnost koju ne treba zanemariti. Snabdevač električnom energijom mogao bi da bude i potencijalni kupac, a o investiciji, podnarudžbini i isporuci bi lako moglo da se pregovara. Mogućnost za uštede postoji i koordinacijom obnavljanja energije iz nekoliko procesa.
Kako obnoviti energiju u sistemu s vazdušnim hlađenjem?
Obnavljanje energije iz instalacija s komprimovanim vazduhom ne obezbeđuje uvek toplotu kada je potrebno i često ne u dovoljnim količinama. Količina obnovljene energije će varirati tokom vremena ako kompresor ima promenljivo opterećenje. Da bi obnavljanje bilo izvodljivo, potrebna je odgovarajuća relativno stabilna potražnja za toplotnom energijom. Regenerisana otpadna toplotna energija se najbolje koristi za dopunu energije koja se isporučuje sistemu. Na taj način se raspoloživa energija uvek koristi kada kompresor radi. Opcije za kompresore s vazdušnim hlađenjem, koji proizvode visok protok toplog vazduha pri relativno niskoj temperaturi, su direktno grejanje zgrade ili razmena toplote s generatorom za predgrevanje. Zagrejan, rashladni vazduh kompresora se zatim distribuira pomoću ventilatora. Kada zgradama nije potrebna dodatna toplota, topli vazduh se evakuiše u atmosferu, bilo automatski pomoću termostatske kontrole ili ručno upravljanjem vazdušnom klapnom. Ograničavajući faktor je rastojanje između kompresora i zgrade koju je potrebno zagrejati. Ovo rastojanje treba da bude ograničeno (poželjno je rastojanje između susednih zgrada). Dalje, mogućnost obnavljanja može da bude ograničena na hladnije periode godine. Obnavljanje energije iz vazduha je češća za male i srednje kompresore. Obnavljanje otpadne toplote iz sistema za hlađenje vazduha kompresora rezultira samo malim gubicima iz distribucije i zahteva malo ulaganja.
Kako obnoviti energiju u sistemu s vodenim hlađenjem?
Rashladna voda iz kompresora s vodenim hlađenjem i temperaturom do 90° može da dopuni sistem grejanja tople vode. Ako se topla voda koristi umesto toga za pranje, čišćenje ili tuširanje, i dalje je potreban bojler za toplu vodu s normalnim osnovnim opterećenjem. Energija dobijena iz sistema komprimovanog vazduha formira dodatni izvor toplote koji smanjuje opterećenje kotla, štedi gorivo za grejanje i potencijalno može da rezultira potrebom za manjim kotlom. Preduslovi za obnavljanje energije iz kompresora se delimično razlikuju u zavisnosti od tipa kompresora. Standardne bezuljne kompresore je lako modifikovati radi obnavljanja energije. Ovaj tip kompresora je idealan za integraciju u sistem grejanja tople vode jer obezbeđuje temperaturu vode (90°C) potrebnu za efikasan povrat energije. Kod kompresora koji se podmazuju uljem, ulje koje učestvuje u procesu kompresije je faktor koji ograničava mogućnosti visokih temperatura rashladne vode. U centrifugalnim kompresorima, nivoi temperature su generalno niži zbog nižeg odnosa pritiska po stepenu kompresije, čime se ograničava stepen oporavka. Obnavljanje otpadne toplotne energije vode je najpogodnija za kompresore sa snagom elektromotora preko 10 kW. Obnavljanje otpadne energije putem vode zahteva složeniju instalaciju od povrata otpadne energije iz vazduha. Osnovnu opremu čine pumpe za fluide, razmenjivači toplote i regulacioni ventili. Toplota se takođe može distribuirati do udaljenih zgrada korišćenjem relativno malih prečnika cevi (40-80 mm) bez značajnih toplotnih gubitaka korišćenjem povrata energije iz vode. Visoka početna temperatura vode znači da se otpadna energija može iskoristiti za povećanje temperature povratne vode iz toplovodnog kotla. Zbog toga se normalni izvor grejanja može periodično isključiti i zameniti sistemom obnavljanja otpadne toplote kompresora. Otpadna toplota iz kompresora u procesnoj industriji može da se koristi i za povećanje temperature procesa. Moguće je koristiti i vijčane kompresore s vazdušnim hlađenjem i uljnim podmazivanjem za obnavljanje otpadne energije iz vode. Ovo zahteva izmenjivač toplote u ciklusu kruženja ulja, a sistem će obezbediti vodu na nižim temperaturama (50° - 60°) nego kod bezuljnih kompresora.