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Energieeffiziente Ölfreie Kompressortechnologien

Drucklufterzeugung – Effizient und Absolut Ölfrei

Harald Haerter

Druckluftanwender machen es sich zu einfach, wenn sie im Vorfeld einer Investitionsentscheidung Preis- und Angebotsvergleiche bei Kompressoren anstellen und dem günstigsten Angebot den Zuschlag geben. Der Weg zur effizienten ölfreien Drucklufterzeugung setzt mehr voraus.

Die Deutsche Energieagentur (dena) hat es in ihrer aktuellen Information „Druckluftsysteme für Industrie und Gewerbe“ auf den Punkt gebracht: „Es lässt sich (daher) keine generelle Aussage darüber treffen, welcher Verdichter für die Drucklufterzeugung am besten ist. Dies bedeutet bei Weitem aber nicht, dass es gleichgültig wäre, welcher Verdichter gewählt wird. Unterschiedliche Verdichterbauarten und -ausführungen können erhebliche Unterschiede in den mit ihnen verbundenen Kosten haben.“ Was für die Investitionen in neue Kompressoren gilt, ist auch in besonderem Maße für die Beurteilung bestehender Druckluftstationen relevant. Der Kostenfaktor des unverzichtbaren Energieträgers und Prozessmediums Druckluft ist mit 1,5 bis 3 Cent pro Kubikmeter zu hoch, um vernachlässigt zu werden, zumal der Anteil der Energiekosten an der Drucklufterzeugung 65 bis 82 Prozent beträgt.

Modernisierung lohnt sich

Inzwischen wissen die Druckluft-Experten in den Betrieben, dass die laufenden Kosten einer Druckluftanlagen bei etwa 80 Prozent der Lebenszykluskosten liegen. Das heißt, dass die Modernisierung, ja selbst die Investition in weiterentwickelte, energiesparende Kompressortechnik geringere Kosten verursacht als der laufende Betrieb einer nicht optimal arbeitenden Anlage.

Das bedeutet: Maßgeblich für die Entscheidung unter Kostenaspekten ist der Energieverbrauch einer Kompressorstation. Hier können höhere Anfangsinvestitionen durchaus einen schnellen „Return on Investment“ nach sich ziehen. Das lässt sich mit Zahlen belegen: Für einen typischen 75-kW-Kompressor, der pro Jahr 4000 Betriebsstunden mit 70 Prozent Auslastung und 20 Prozent Leerlaufbetrieb läuft, muss man pro Jahr mit Energiekosten von 18.400 Euro rechnen. Diese Summe basiert auf einem Strompreis von 8 ct/kWh.

Schon für Betriebe mittlerer Größe, in denen Kompressoren dieser Leistungsklasse im Einsatz sind, ergeben sich beträchtliche druckluftbezogene Energiekosten – und ebenso hohe Einsparpotenziale. Nach einer Untersuchung des Fraunhofer ISI kann man in der Drucklufttechnik mit vorhandenen Technologien und in wirtschaftlich sinnvollen Amortisationszeiträumen bis zu 30 Prozent Energie einsparen. Dafür sind mehrere Faktoren zu beachten beziehungsweise mehrere Maßnahmen zu ergreifen.

Basis: Energy Air Audit

Am Anfang einer systematischen Optimierung der Druckluftstation steht ein objektives Analysesystem. Zur Durchführung einer Analyse unter energetischen Gesichtspunkten werden mit moderner Messtechnik und sogenannten Datenloggern über mehrere Tage der Druckluftbedarf sowie die Last- und Leerlaufzeiten der Verdichter aufgezeichnet. Auf dieser Basis kann man eine Volumenstrom- und Leistungsmessung nach ISO 1217 Anhang C vornehmen, die Auskunft über den Wirkungsgrad der Verdichter gibt. Diese Messungen bilden eine fundierte Grundlage zur Konfiguration einer energieoptimierten Druckluftstation.

Leckagemessung und –beseitigung

Auch eine Energieverbrauchs- und eine Leckagemessung gehören zur umfassenden Zustandserfassung. Das kann erhebliche Einspareffekte nach sich ziehen: Selbst in gut gewarteten Druckluftnetzen gehen 10 bis 20 Prozent der erzeugten Druckluft durch Leckagen verloren, teilweise sind es bis zu 40 Prozent. Schon ein einzelnes Leck mit fünf Millimetern Durchmesser führt in einem Sechs-bar-Netz zu einem Luftverlust von 30,95 Liter pro Sekunde und zusätzlichen Energiekosten von fast 6.000 Euro (bei 8ct/ kWh Strom). Der Aufwand für Detektion und Beseitigung der Leckstellen amortisiert sich in der Regel in wenigen Monaten.

Drucksenkung und Wärmerückgewinnung

Auch durch eine genaue Überprüfung des Systemdrucks lässt sich Energie einsparen: Braucht man tatsächlich acht bar oder reichen sieben bar aus? Wenn ja, werden – ohne Investition – acht bis zehn Prozent der druckluftbezogenen Energiekosten gespart. Auch durch Wärmerückgewinnung kann sich die Effizienz der Druckluftstation erheblich steigern, zumal es viele thermische Prozesse gibt, für die man die Abwärme nutzen kann. Bei öleingespritzten Kompressoren lassen sich 94 Prozent der eingesetzten Energie als Wärme zurückgewinnen.

Im Fokus: Die Druckluftqualität

Die Entscheidung, welche Kompressortechnik für die Erzeugung der gewünschten Druckluftqualität eingesetzt wird, kann heute nicht mehr ohne die Einbeziehung neuer Entwicklungen und Erkenntnisse getroffen werden. Dabei spielen Hightech-Kompressoren der jüngsten Generation zur Erzeugung ölfreier Druckluft ebenso eine Rolle wie weiterentwickelte traditionelle Kolbenkompressoren. Das gilt besonders für sensible Produktionen, bei denen zumindest ein Teilstrom der Druckluft höchsten Qualitätsanforderungen gerecht werden muss, wie zum Beispiel in der Chemie –und Pharmaindustriei. Hier muss das Prozess- und Arbeitsmedium Druckluft absolut ölfrei sein, und es stellt sich die Frage, ob man ölfreie Luft „erfiltert“ oder direkt erzeugt. Dies wurde in der Vergangenheit sehr kontrovers diskutiert. Gegenüber stehen sich die aufwendige Entfernung der Ölaerosole aus der Druckluft und die bislang effizientere Verdichtung im ölgeschmierten Kompressor.

Fazit

Am besten beginnt man die Planung nicht mit einer vorgefertigten Meinung wie „Es müssen Schraubenverdichter/ Kolbenkompressoren/ ölgeschmierte Verdichter sein“, sondern prüft sorgfältig alle Optionen. Wenn Spezialisten zu Rate gezogen werden, sollten sie ebenfalls nicht auf einen bestimmten Kompressortyp festgelegt sein. Basis der Entscheidungen ist immer eine genaue Analyse des Ist-Zustandes und eine Berechnung des tatsächlichen und in Zukunft zu erwartenden Druckluftbedarfs und Druckniveaus. Sind die Systemkomponenten einschließlich der Aufbereitung aufeinander abgestimmt und die Wartungsaufwendungen erfasst, so lassen sich die laufenden Kosten mit ihrem hohen Energiekostenanteil mit hoher Genauigkeit einschätzen.

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