Optimierung der Life Cycle costs von Druckluftanlagen ...p31726.typo3server.info/fileadmin/redakteure/energie_arena/... · 7 Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH

Kompressortechnik

Optimierung der Life Cycle costs von Druckluftanlagen

Kosten der Druckluft

Referent: Helmut Bacht

Produktmanager Öleingespritzte Kompressoren

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH2

Inhalt

1. Atlas Copco Vorstellung

2. Begriffbestimmung

1. Spezifischer Leistungsbedarf

2. Auslastung

3. Kosten der Druckluft

4. Life cycle costs

3. Druckluftkosten optimieren

4. Zusammenfassung


Atlas Copco im Überblick

Gegründet 1873 in Stockholm, Schweden1952 in Essen, Deutschland

Vier zielorientierte Industriebereiche

• Kompressortechnik• Industrietechnik• Bergbautechnik• Bautechnik

Weltweite Präsenz Kunden in mehr als 170 Ländern

Mitarbeiter 37.500 in 86 Ländern (2.288 in DE)

Jahresumsatz 9 Milliarden EUR

3


Atlas Copco Kompressortechnik im ÜberblickDivisionen: • Industriedruckluft

• Ölfreie Druckluft

• Gas and Process

• Druckluftaufbereitung

• Industrievermietung

• Service (CTS)

• Airtec

Werke u.a. in Belgien, Deutschland, Großbritannien, Italien, USA, Brasilien, China, Indien

Mitarbeiter 15.000 (in Deutschland über 300)

Jahresumsatz 3,5 Milliarden Euro

In Deutschland für Sie vor Ort 120 Servicetechniker koordiniert durch 13 Einsatzplaner

Über 50 Verkaufsberater, 15 Energieberater

Flexible Versorgung mit Mietkompressoren aus drei Distributionszentren

4


Atlas Copco – Trendsetter für Druckluftlösungen

� Hier nur einige unsere vielen Innovationen

5

1904

1952

1967

1986

1993

1994

2002

2006

20102012

Atlas Copco stellt seinen ersten ölfreien Kolben-kompressor vor

Erster ölfreier Schrauben-kompressor

Atlas Copco‘s erster öleingespritzter Schrauben-kompressor

Markteinführung des Elektronikons®, dem ersten energie-sparenden, elektronischen Monitoringsystem

Die Revolution: Erste Drehzahl-regelung (VSD) ermöglicht bis zu 35 % Energie-einsparung

Der weltweit erste Full Feature Kompressor mit integriertem Trockner – reduziert Energieverbrauch und CO2 Emissionen

Vorstellung des ES-Systems, das Anlagen mit mehreren Kompressoren optimal steuert

Die Z-Kompressoren erhalten als erste überhaupt die Zertifizierung ISO 8573-1, Klasse 0 (der TÜV kann keine Ölspuren im Luftstrom messen)

Atlas Copco stellt sein erstes energie-effizientes Schraubengebläse vor


Spezifischer Leistungsbedarf

Zur Ermittlung der Druckluftosten werden folgende D aten benötigt:

1. Spezifischer Leistungsbedarf

2. Druckluftkennzahl

3. Energiekosten

4. Anteil der Energiekosten an den Gesamtkosten



Quelle: Druckluft effizient, Fraunhofer ISI

Leistungsmessung nach ISO 1217



Spezifischer Leistungsbedarf: Gesamtleistungsbedarf bezogen auf das erzeugte Druckluftvolumen bei einem festgelegten Betriebsüberdruck

Beispiel: Kompressor mit 75 kW Antriebsleistung

Gesamtleistungsbedarf = 89,1kW bei 10 bar

Volumenstrom = 12,27m³/min 89,1kW / 12,27m³/min = 7,26kW/m³/min

Gesamtleistungsbedarf = 88,3kW bei 7 bar

Volumenstrom = 14,73m³/min 88,3kW / 14,73m³/min = 5,99kW/m³/min

Weitere Möglichkeit: Darstellung in J/l

5,99kW/m³/min x 60 = 359,4 J/l

Druckluftkennzahl: Spezifischer Leistungsbedarf / 60 min/h (kWh/m³)

5,99kW/m³/min : 60 min/h = 0,0998 kWh/m³


Auslastung

Auslastung:

Das Verhältnis von Laststunden zu den Gesamtstunden

Gesamtstunden: Anzahl der Stunden in denen der Kompressor in Betrieb war

Laststunden: Anzahl der Stunden in denen der Kompressor belastet war

Beispiel: Ein Kompressor zeigt 8930 Gesamtstunden und 7260 Laststunden

Auslastung = 7260 / 8930 x 100 = 81,3%


Druckluftkosten

Die Kosten für die Druckluft setzen sich aus 3 Positionen zusammen:

1. Energiekosten

2. Kosten für Wartung

3. Kapitaldienst

Die Aufteilung richtet sich nach den jährlichen Betriebsstunden

2000 h/a 4000 h/a 8000 h/a

Energiekosten 75% 80% 82%

Wartungskosten 6% 8% 10%

Kapitaldienst 19% 12% 8%


Druckluftkosten

Was kostet 1m³ Druckluft?

Die „einfache“ Methode:

Gemäß Folie 6: Druckluftkennzahl = 0,1 kWh/m³ bei 7 bar

0,1 kWh/m³ x 12 ct/kWh = 1,2 ct/m³ (reine Energiekosten)

1,2 ct/m³ / 0,75 (Anteil der Energiekosten) = 1,6 ct/m³ Druckluftkosten

Richtig????

Ja, aber nur bei 100% Auslastung.

In der Rechnung ist kein Leerlaufanteil berücksichtigt.


Druckluftkosten


Die genauere Methode mit Berücksichtigung des Leerlaufanteils:

Beispiel: Auslastung 70%

Nennleistung 75kW

Volumenstrom 14,87 m³/min

Gesamtleistungsbedarf bei Volllast 90,6 kW

Gesamtleistungsbedarf bei Entlastung 21,9 kW

Energiekosten 0,12 €/kWh


Druckluftkosten



Beispiel: Auslastung 70%, Nennleistung 75kW, Volumenstrom 14,87 m³/min

Gesamtleistungsbedarf: bei Volllast 90,6 kW, bei Entlastung 21,9 kW

Erzeugtes Druckluftvolumen: 0,7 x 14,87 m³/min = 10,409 m³/min

Leistungsbedarf: 0,7 x 90,6 kW + 0,3 x 21,9 kW = 69,99 kW

Spez. Leistungsbedarf: 69,99 kW / 10,41 m³/min = 6,72 kW/m³/min

Druckluftkennzahl: 6,72 kW/m³/min / 60 min/h = 0,112 kWh/m³

0,112 kWh/m³ x 12 ct/kWh = 1,345 ct/m³ (reine Energiekosten)

1,345 ct/m³ / 0,75 (Anteil der Energiekosten) = 1,8 ct/m³ Druckluftkosten


DruckluftkostenWas kostet 1m³ Druckluft?

Die genauere Methode mit Berücksichtigung des Leerlaufanteils: Berechnungs-programm


DruckluftkostenWas kostet 1m³ Druckluft?



Betriebsdruck so niedrig wie möglich

Druckniveau so niedrig wie möglich

Betriebsüberdruck in bar

Ges

amtle

istu

ngsb

edar

f in

kW

5 bis 6 % geringerer Leistungsbedarf bei einer Druckabsenkung um 1 bar




5 bis 6 % geringerer Leistungsbedarf bei einer Druckabsenkung um 1 bar

Unter Berücksichtigung der Druckverluste für die Aufbereitung (Trockner und

Filter), des Druckverlusts in der Rohrleitung und der Regeldifferenz




Übergeordnete Steuerung reduziert das Druckband


Leerlauf minimieren

Leerlaufanteil so gering wie möglich Kompressoren mit Volllast-/Leerlauf

Regelung arbeiten mit einem Druckband

Druckband = Differenz zwischen dem

Entlastungsdruck und dem Belastungsdruck

Beispiel: 7,3bar – 6,8bar = 0,5bar

t

p

0

6,8

7,3

BelastungEntlastung

Belastet = 100 % Volumenstrom

Entlastet = 0 % Volumenstrom

Im entlasteten Zustand verbraucht

der Kompressor elektrische

Energie, erzeugt aber keine

Druckluft.


Leerlauf minimieren

Leerlaufanteil so gering wie möglich


Leerlauf minimieren

Leerlaufanteil so gering wie möglich

Dru

cklu

ftbed

arf

Dru

cklu

ftbed

arf

Kompressor mit integriertem Frequenzumrichter:

- Kein Leerlauf, kein Entlasten

- Es wird so soviel Leistung aufgenommen wie Druckluft erzeugt wird


Leerlauf minimieren

Leerlaufanteil so gering wie möglich durch die Kombination von Kompressoren

mit fester Drehzahl und drehzahlregelbaren Antrieben


Leckagen beseitigen

Leckagen aufspüren und beseitigen

20 „kleine“ Leckagen von je 3 mm:

20 x 3,1 kW x 8760 h/a =

543120 kWh/a x 0,12 €/kWh =

65174 €/a

Ultraschall Lecksuchgeräte CS Instruments


Energierückgewinnung anöleingespritzten Kompressoren

100 %

90 %

Wärmeabstrahlung vom Antriebsmotor(Abführung durch die Kühlluft) 5 %

Rückgewinnbare Wärmevom Ölkühler 75 %

Rückgewinnbare Wärme vom Druckluftnachkühler 10 %

Gesamtwärmeverlust 10 %


Energierückgewinnung anluftgekühlten KompressorenArten der Energierückgewinnung

Eine einfache Möglichkeit der

Wärmerückge-winnung besteht

darin, die erwärmte Kühlluft

in benachbarte Räume zu leiten.

Kompressorraum

Fabrikhalle

Erwärmte Luft

Umgebungsluft

Büro

� Nutzung der erwärmten Kühlluft

90 %


Energierückgewinnung an GA Kompressoren

� Vorteile:

� Einfache Realisierung - kostengünstig– Umluftklappe thermostatisch geregelt

� Kühllufterwärmung um ca. 25 °C

– Sommer / Winter Schaltung

� Raumtemperatur bleibt im Plusbereich

� Höhere Energieausnutzung ca. 90 %– Energie aus dem Nachkühler wird genutzt

Energierückgewinnung durch erwärmte Kühlluft


Energierückgewinnung an GA Kompressoren

� Nachteile:

� Keine größeren Entfernungen überbrückbar

� Meist zusätzlicher Ventilator erforderlich

� Keine Nutzungsmöglichkeit in der warmen Jahreszeit

� Kanäle brauchen viel Platz

� Nur bis 300 kW Antriebsleistung sinnvoll

Energierückgewinnung durch erwärmte Kühlluft


Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenArten der Energierückgewinnung – Ölkreislauf: Warmwa sser

By-pass Ventil 1 der WRG (BV1)

Wärmetauscher der WRG

Ölseparator

By-pass Ventil (BV2) imÖlfiltergehäuse

Ölkühler

Ölfilter

Verdichterstufe

1

2

3

4

5

6

7

7 32

4

1

6

5

Umgebungsluft

Luft-/Ölgemisch

Öl

Luft

Druckluft

warmes Wasser

75 %


Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenMöglichkeiten und Grenzen

� circa 75 % der zugeführten elektrischen Energie kann zurück gewonnen werden.

� Zuverlässige Drucklufterzeugunghat dabei höchste Priorität.

� Öl- und Nachkühler können 100 % der Leistung abführen


Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenBerechnungen und Beispiele

� Die Gleichung, die Wärme, Masse, Temperaturänderung und spezifische Wärmekapazität in Zusammenhang bringt,ist:

dabei ist ∆Q die Wärme, die der Masse zugeführt oder entzogen wird,

m ist die Masse der Substanz,

c ist die spezifische Wärmekapazität und

∆T ist die Temperaturänderung.

Wasser (flüssig) bei 20 °C: c = 4,19 kJ/(kg K)



� Beispiel Kompressor mit 250 kW Motor:



� Lohnt sich eine WRG?

Kompressor 250 kW

Kosten der WRG: 8.900 €

Vorgaben:

Betriebsstunden: 4.000 h/a

Auslastung: 70 %

Energiekosten, therm.: 0,05 €/kWh



4.000 h/a x 0,7 = 2.800 h/a (Laststunden pro Jahr)

167 kW x 2.800 h/a = 467.600 kWh/a

467.600 kWh/a x 0,05 €/kWh = 23.380 €/a

Kostenersparnis: 23.380 €/a

� Beispiel: Kompressor 250 kW (Kosten der WRG, kompressorseitig = 8.900 €)

Amortisationzeit = ca. 4,5 Monate (+Nutzungsseitig)


EnergieeinsparpotentialeBei vorbereiteten Wärmerückgewinnungssystemen

Kompressor-Nennleistung

[kW]

11

15

18,5

22

30

37

45

55

75

90

110

132

160

Nutzbare Wärme überRückgewinnungs-Systeme

ca.-Werte [kW]

Jährliche Öleinsparung bei 4.000 Bh/a

[l/a]

Jährliche Ersparnisbei 0,69 EURO/l (ohne MWSt)

[EURO/a]

9

12

15

18

24

30

36

44

60

72

88

106

125

4.820

6.430

8.040

9.640

12.860

16.070

19.280

23.570

32.130

38.560

47.130

56.770

68.550

3.330

4.449

5.553

6.657

8.880

11.106

13.314

16.275

22.179

26.628

32.535

39.192

47.319


Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenArten der Energierückgewinnung

� Erzeugung von warmen Wasser für ...

- Beheizung von Lagerhallen, Werkstätten … .

- Industrielle Prozesswärme.

- Warmwasserbereitung für industrielleReinigung und sanitäre Anwendungen.


Zusammenfassung

Life cycle costs minimieren, aber wie?

- Druckniveau so niedrig wie möglich

- Leerlaufanteil minimieren (Drehzahlregelung)

- Leckagen aufspüren und beseitigen

- Energierückgewinnung nutzen


Optimierung der Life Cycle costs von Druckluftanlagen

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nachhaltige Produktivität.

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