Energieterugwinning in compressoren

 Een centrale compressorinstallatie in een groot bedrijf die gedurende meer dan 8000 bedrijfsuren per jaar 500 kW consumeert, verbruikt jaarlijks 4 miljoen kWh. De mogelijkheden van het via hete lucht of heet water terugwinnen van aanzienlijke hoeveelheden restwarmte zijn reëel. Maar liefst 94% van de energie die aan de compressor wordt geleverd kan worden teruggewonnen, bijvoorbeeld als 90 °C warm water uit olievrije schroefcompressoren. Dit laat zien dat energiebesparingsmaatregelen snel een substantieel rendement opleveren. Investeringen in energieterugwinning worden meestal snel terugverdiend, binnen 1-3 jaar. Bovendien leidt het terugwinnen van energie met behulp van een gesloten koelsysteem tot betere bedrijfsomstandigheden, een grotere betrouwbaarheid en langere levensduur van de compressor dankzij o.a. een gelijkmatig temperatuurniveau en een hoge koelwaterkwaliteit. Scandinavische landen lopen enigszins voor op dit gebied en energieterugwinning is al geruime tijd de standaard voor compressorinstallaties. De meeste middelgrote tot grote compressoren van de grote leveranciers zijn nu aangepast voor de montage van standaarduitrusting voor het terugwinnen van restwarmte.

De natuurkundige wetten schrijven voor dat bijna alle energie die aan een compressorinstallatie wordt geleverd, wordt omgezet in warmte. Hoe meer energie kan worden teruggewonnen en gebruikt in andere processen, hoe hoger de algehele efficiëntie van het systeem.

In veel gevallen kan de mate van warmteterugwinning meer dan 90% zijn als de energie die wordt teruggewonnen door afkoeling van de compressorinstallatie efficiënt kan worden gebruikt. De functie van het koelsysteem, de afstand tot het verbruikspunt en de mate en continuïteit van de warmtebehoefte zijn doorslaggevende factoren. Bij grote thermische stromen is de verkoop van teruggewonnen warmte-energie een mogelijkheid die niet mag worden genegeerd. De elektriciteitsleverancier zou een potentiële klant kunnen zijn en er zou met deze leverancier kunnen worden onderhandeld over investeringen in, onderaannemingscontracten voor en levering van teruggewonnen warmte-energie. Een andere besparingsmogelijkheid is het coördineren van energieterugwinning uit verschillende processen.

Energieterugwinning uit persluchtinstallaties resulteert niet altijd in warmte wanneer dat nodig is, en vaak zijn de hoeveelheden te klein. De hoeveelheid terug te winnen energie zal in de loop der tijd variëren als de compressor een variabele belasting heeft. Om terugwinning van energie mogelijk te maken, is een overeenkomstige relatief stabiele vraag naar warmte-energie nodig. Teruggewonnen energie uit restwarmte kan het beste worden gebruikt als aanvulling op de energie die aan het systeem wordt geleverd. Op die manier wordt de beschikbare energie altijd gebruikt wanneer de compressor in bedrijf is. Opties voor luchtgekoelde compressoren, die bij een relatief lage temperatuur een grote hoeveelheid warme lucht produceren, zijn directe verwarming van gebouwen of warmte-uitwisseling naar een voorverwarmingsaccu. De verwarmde koellucht wordt vervolgens met behulp van een ventilator verspreid.Als gebouwen geen extra warmte nodig hebben, wordt de warme lucht automatisch door de thermostaat of handmatig door de regeling van de luchtklep naar de atmosfeer afgevoerd. Een beperkende factor is de afstand tussen de compressoren en het te verwarmen gebouw. Deze afstand moet beperkt zijn (bij voorkeur de afstand tussen aangrenzende gebouwen). Bovendien kan de mogelijkheid tot terugwinning van energie beperkt zijn tot de koudere perioden van het jaar. Energieterugwinning via de lucht komt vaker voor bij kleine en middelgrote compressoren. De terugwinning van restwarmte uit compressorluchtkoelsystemen resulteert slechts in kleine verliezen bij de verspreiding en vergt weinig investeringen.

Het koelwater van een watergekoelde compressor met een temperatuur van maximaal 90 °C kan een warmwaterverwarmingssysteem aanvullen. Als het warme water in plaats daarvan voor wassen, schoonmaken of douchen wordt gebruikt, is nog steeds een warmwaterboiler met een normale basisbelasting vereist. De uit het persluchtsysteem teruggewonnen energie vormt een aanvullende warmtebron die de belasting van de boiler vermindert, verwarmingsbrandstof bespaart en mogelijk kan leiden tot het gebruik van een kleinere ketel. De voorwaarden voor de terugwinning van energie uit persluchtcompressoren hangen voor een deel samen met het type compressor. Standaard olievrije compressoren zijn eenvoudig aan te passen voor het terugwinnen van energie. Dit type compressor is geschikt voor integratie in een warmwaterverwarmingssysteem, omdat de compressor de watertemperatuur (90 °C) levert die nodig is voor een efficiënte terugwinning van energie. Bij oliegesmeerde compressoren is de olie die tijdens het compressieproces wordt gebruikt een factor die de mogelijkheden van hoge koelwatertemperaturen beperkt. In centrifugaalcompressoren zijn de temperatuurniveaus doorgaans lager vanwege de lagere drukverhouding per compressieslag, waardoor de mate van terugwinning wordt beperkt. Het terugwinnen van restwarmte uit water biedt de beste resultaten met compressoren met een elektrisch motorvermogen van meer dan 10 kW. Voor het terugwinnen van restwarmte uit water is een complexere installatie nodig dan voor het terugwinnen van restwarmte uit lucht. De basisuitrusting bestaat uit vloeistofpompen, warmtewisselaars en regelkleppen. Warmte kan ook met relatief kleine leidingdiameters (40-80 mm) zonder noemenswaardig warmteverlies naar afgelegen gebouwen worden geleid met behulp van terugwinning van restwarmte uit water. Door de hoge initiële watertemperatuur kan restwarmte worden gebruikt om de temperatuur van het retourwater van een warmwaterboiler te verhogen. Daardoor kan de normale verwarmingsbron periodiek worden uitgeschakeld en worden vervangen door het restwarmteterugwinningssysteem van de compressor. Restwarmte van compressoren in de procesindustrie kan ook worden gebruikt om de temperatuur van processen te verhogen. Het is ook mogelijk om luchtgekoelde oliegesmeerde schroefcompressoren te gebruiken voor het terugwinnen van restwarmte uit water. Hiervoor is een warmtewisselaar in het oliecircuit nodig, en het systeem levert water met lagere temperaturen (50-60 °C) dan met olievrije compressoren.