Mit der Luft haushalten

Management

Energieeffizienz - Jährlich nutzt die deutsche Industrie mehr als 16 Terawattstunden Strom, um Druckluft zu erzeugen. Es lohnt sich also für Unternehmen, hier Effizienzpotenziale zu erhöhen. Doch welche Methoden sind schnell und relativ kostengünstig umzusetzen?

28. März 2018

Druckluft wird überall in der Industrie verwendet. Häufig wird sie als viertes Medium bezeichnet, nach Elektrizität, Wasser und Gas. Obwohl in den letzten Jahren wesentliche Schritte zur Verbesserung der Energieeffizienz von Druckluftkompressoren unternommen wurden, gibt es immer noch viel zu tun.

Die Durchführung eines Energieeffizienzchecks ist oftmals der erste Schritt, um Kohlendioxidemissionen zu senken und die Energieeffizienz einer Druckluftanlage zu verbessern. Mit Messgeräten lassen sich sämtliche Energiebereiche überprüfen, seien es Erzeugung, Behandlung, Verteilung oder Prozessnutzung.

Löcher stopfen: 1.300 Euro gespart

Nach vollständiger Analyse des Energie- und Luftverbrauchs der Anlage kalkuliert der Lösungsanbieter alle besonderen Bedingungen für den Standort des Betriebes ein und liefert einen Bericht, in dem er mögliche Methoden für Energieeinsparungen aufzeigt.

Für gewöhnlich werden als Erstes die Kosten der Leckagen erfasst. Alle Druckluftanlagen weisen Leckagen auf – auch neue. Selbst eine gut gewartete Anlage kann bis zu zehn Prozent undicht sein. Allerdings kann die Leckrate einer unbetreuten Druckluftanlage bis zu 50 Prozent der generierten Produktionsleistung betragen. Bei bestimmten Anwendungen wurden sogar noch höhere Werte gemessen. Tatsächlich kann ein Loch von drei Millimetern mehr als 1.300 Euro pro Jahr an verschwendeter Energie kosten.

Ein Audit kann jede einzelne Undichtigkeit feststellen – selbst aus einer Entfernung von bis zu 15 Metern. Das Ergebnis ist nicht nur eine reduzierte Energieverschwendung, sondern auch geringere Anforderungen an die Leistung des installierten Kompressors.

Die Lecksuche lässt sich mittels Ultraschalldetektion prozesssicher ausführen. Wenn Druckluft entweicht, entsteht zwischen den Gasmolekülen und der Rohrwand Reibung. Diese Reibung erzeugt einen Hochfrequenzultraschall, der für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist.

Ein Lecksuchgerät kann den Ultraschall erfassen, diesen in einen hörbaren Ton umwandeln und optisch anzeigen. Anschließend können Druckluftverluste durch Mikrorisse, abgenutzte Flansche, beschädigte Dichtungsringe oder gelöste Verbindungen behoben werden.

Eine Untersuchung kann zudem unnötig hohen Druck aufzeigen. In einigen Fällen führte dies zu einer Kompressornachrüstung mit weniger Einheiten. Die Wartung von weniger Kompressoren ist deutlich günstiger und führt so zu weiteren Einsparungen. Wartungsanforderungen und Energiekosten können durch Senken der Betriebsstunden noch weiter reduziert werden.

Das Feststellen von Leckagen ist jedoch zwecklos, wenn kein Wartungsplan aufgestellt wird, um diese zu verschließen. Auch kann der Nutzen von kurzer Dauer sein, wenn das Unternehmen Undichtigkeiten nicht permanent mithilfe eines Wartungs- und Managementplans der gesamten Anlage überwacht.

Einige Serviceanbieter für Druckluftanlagen bieten kontinuierliches Management und Überwachung von Leckagen als Bestandteil ihrer Anlagenwartungsverträge an. Dies gilt es, beim Vergleich von Anbietern mit und ohne diese Dienstleistungen zu berücksichtigen.

Eine neue Entwicklung im Wartungsmanagement ist, dass einige Hersteller Kompressoren mit integrierten Lecküberwachungsgeräten anbieten. Diese Geräte berechnen automatisch Verluste durch Leckagen in der Anlage und stellen eine Kalkulation ihrer tatsächlichen Kosten in einer optischen Anzeige bereit. Dies erleichtert dem Nutzer das Management seiner Druckluftanlage.

Eine weitere Möglichkeit, um den Energieverbrauch zu senken, ist die Wärmerückgewinnung. Nahezu sämtliche Energie zum Betreiben eines Druckluftkompressors wird in Wärme umgewandelt. 94 Prozent dieser Wärme stehen zur Wärmerückgewinnung zur Verfügung.

Laut Zahlen von Carbon Trust gehen mehr als 90 Prozent der elektrischen Energie, die von einem normalen Druckluftkompressor genutzt werden, als Wärme verloren.

In der Lage zu sein, diese Energie zu speichern und zur Raumheizung, Warmwasserbereitung oder für andere Produktionsaufgaben zu nutzen, bietet Mehrwert. Typische Orte und Anwendungen beinhalten zum Beispiel Prozessheizung und -trocknung, Kesselhäuser für Speisewasser oder Verbrennungsluft und Druckluftanlagen, die Wärme zur Regeneration von Trockenmitteln nutzen.

Die Rückgewinnung der sonst vergeudeten Wärme ist nach Erstinvestition praktisch kostenlos. Die Amortisationszeiten dafür sind häufig kurz.

Kompressoren aufeinander abstimmen

Weitere Einsparungen können erzielt werden, wenn zwei oder mehr Kompressoren über eine übergeordnete Steuerung betrieben werden. Moderne elektronische Steuergeräte bieten auf zwei Arten höhere Energieeinsparungen: Der erste Weg ist, den Druck in einem viel eingegrenzteren Bereich zu halten. Dies erreicht man, indem der Druck mithilfe eines präzisen Drucksensors überwacht wird um vorauszuberechnen, wann ein Kompressor ein- oder ausgeschaltet werden sollte.

Beim zweiten Verfahren wird die beste Kombination von Kompressoren zum Decken des Bedarfs vorausberechnet und ausgewählt. Diese Methode ist insbesondere effektiv, wenn eine Kombination von Maschinen mit festen und variablen Geschwindigkeiten genutzt wird, da der Betrieb der Kompressoren im Leerlauf oder unter Teillast minimiert wird.

Systeme, die mehrere Drücke umfassen, können erhebliche Einsparungen realisieren: Jedes Bar, das beim Druck eingespart wird, kann bis zu sieben Prozent an elektrischen Betriebskosten sparen, während Booster-Kompressoren sich dort integrieren lassen, wo ein begrenzter Durchfluss von höherem Druck benötigt wird.

Elektronische Steuerungen, die mehrere Kompressoren mit einem einzigen, festgelegten Druck steuern, können ebenfalls dazu beitragen, dass Kompressoren den Bedarf so genau wie möglich decken. Zum Beispiel wählt die Anlage anstatt eines 100-kW-Kompressors bei einer Auslastung von 60 Prozent zwei 30-kW-Kompressoren bei einer Auslastung von 100 Prozent aus.

Boge möchte Endnutzer mit der Durchführung von regelmäßigen Druckluft-Energieaudits unterstützen. Das Unternehmen bewertet sämtliche Bereiche der Drucklufterzeugung und den damit verbundenen Behandlungsverfahren. So können vorhandene Mängel aufgedeckt werden.

Markus Henkel, Boge

Checkliste

Wichtige Maßnahmen zur Druckluftoptimierung:

1. Leckagen eliminieren

2. Anlage nachts und am Wochenende abschalten

3. Zusammenspiel der Kompressoren optimieren

4. Netzdruck optimieren

5. Prüfen, ob Wärmerückgewinnung sinnvoll ist

(Quelle: EnergieSchweiz, Bundesamt für Energie BFE; Boge)

Erschienen in Ausgabe: 03/2018