SCR-Kompressoren – Energieeinsparungen
Wie viel kostet elektrische Energie?
Es ist allgemein bekannt, dass Kompressoren zur Erzeugung von Druckluft im Handwerk und vor allem in der Industrie zu den Maschinen mit dem höchsten Stromverbrauch überhaupt gehören. Die aktuelle Situation auf dem Energiemarkt mit extremen Preissteigerungen sollte jeden Kompressor-Anwender zum Nachdenken anregen, ob es sich nicht gerade jetzt lohnt, in die Effizienz der Drucklufterzeugung zu investieren, neue und sparsamere Kompressoren anzuschaffen und so nicht nur Kosten zu sparen, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zu sichern und Preissteigerungen bei den eigenen Produkten zu vermeiden.
Bevor wir uns gemeinsam ansehen, wie SCR-Kompressoren dazu beitragen können, Ihre Sorgen um die Stromrechnung zu lösen, ist es wichtig zu wissen, wie viel 1 kWh elektrische Energie kostet und wie hoch der jährliche Energieverbrauch ist, um das Einsparpotenzial abzuleiten.
Entwicklung der Strompreise
Bis zum Jahr 2021 lag der Gesamtpreis für elektrische Energie inklusive Netzentgelten in der Industrie üblicherweise bei etwa 0,10 €/kWh.
Aktuell bewegt sich der Strompreis jedoch bereits auf einem Niveau von 0,20 bis 0,28 €/kWh, und für die nahe Zukunft wird ein weiterer Anstieg erwartet.
Energie an erster Stelle
Es lohnt sich immer, an die Zukunft zu denken – und das gilt doppelt, wenn Sie die Anschaffung eines neuen Schraubenkompressors planen. Mit einem Kompressor, den Sie 10 bis 20 Jahre lang betreiben, ist eine Reihe von Kosten verbunden, wie die Anschaffung der Maschine, ihre Installation, regelmäßige Wartung oder die Behebung von Havarien. Der Hauptkostenfaktor ist jedoch die für den Betrieb benötigte elektrische Energie.
Basierend auf unseren Erfahrungen machen die Stromkosten über einen Zeitraum von 10 Jahren mehr als 80 % der Gesamtkosten aus. Das ist etwa das 14-fache des Anschaffungspreises des Kompressors. Vor dem Kauf lohnt es sich daher definitiv, Informationen darüber einzuholen, wie sparsam die Maschine ist, die Sie erwerben möchten.
Besonders in Zeiten extremer Steigerungen bei den Stromrechnungen...
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Energiesparende Lösungen bei SCR-Kompressoren
Alle SCR-Kompressorenserien wurden konstruktiv vor allem im Hinblick auf das Erreichen höchstmöglicher Energieeffizienz entworfen. Sie finden an ihnen viele innovative und moderne Elemente, die dazu beitragen, die Kosten für elektrische Energie und die Drucklufterzeugung in Industrie und Energiewirtschaft zu senken. Zu den Lösungen, die helfen, die Betriebskosten des Kompressors zu senken, gehören insbesondere:
- Stufenlose Drehzahlregelung
- 2-stufige Kompression
- Verlustfreier Direktantrieb
- Permanentmagnetmotor IE4
- Ausgangsdruck-Einstellung
- Energiespar-Wochenplan
- Ventilator mit Drehzahlregelung
- Niederdruck-Ausführungen
- Ölfreie Kompressoren
Stufenlose Drehzahlregelung
Auf dem Markt finden Sie zwei grundlegende Arten der Kompressorsteuerung:
- Kompressoren mit fester Drehzahl (fixed speed - FS)
- Kompressoren mit stufenloser Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter (variable speed - VSD)
Bei Kompressoren mit fester Drehzahl sind zwei Druckwerte eingestellt – der Einschaltdruck und der Ausschaltdruck. Wenn der Druck unter den Einschaltdruck fällt, schaltet der Kompressor den Hauptmotor ein und beginnt mit der Drucklufterzeugung.
Sobald der Ausschaltdruck erreicht ist, schaltet der Kompressor ab, jedoch in der Weise, dass er zuerst in den Leerlauf (Entlastung) geht, in dem sich Motor und Schraubenblock drehen, aber die Ansaugklappe geschlossen ist und der Kompressor keine Luft produziert. Erst nach einer gewissen Zeit, in der Regel einige zehn Sekunden bis einige Minuten, erfolgt die vollständige Abschaltung der Maschine.
Zweistufige Kompressoren
Standard-Schraubenkompressoren verwenden zur Luftkompression nur einen Schraubenblock. Die Verdichtung auf den gewünschten Druck erfolgt in nur einem Schritt, der sogenannten Stufe. Der Vorteil der einstufigen Kompression ist der niedrige Preis, aus energetischer Sicht ist dieses Verfahren jedoch nicht wirtschaftlich.
Während der Luftkompression wird ein erheblicher Teil der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt. Die Folge dieses Phänomens ist eine Verringerung des Wirkungsgrades und die Produktion einer deutlich geringeren Luftmenge im Vergleich zum idealen physikalischen Vorgang im sogenannten isothermen Zustand, bei dem die gesamte zugeführte Energie ausschließlich für die Verdichtung des Gases verwendet wird und keine Wärme entsteht. Für eine höhere Kompressionseffizienz wurden zweistufige Kompressoren entwickelt, die zwei über ein Getriebe miteinander verbundene Schraubenblöcke verwenden.
Elektromotor IE4 mit Permanentmagneten
Elektromotoren, die in Kompressoren eingesetzt werden, müssen laut Norm IEC EN 60034 seit dem 1.1.2017 bei Leistungen ab 0,75 kW mindestens die Effizienzklasse IE3 aufweisen, im Falle einer Drehzahlregelung reicht IE2 aus.
Moderne Kompressoren verwenden jedoch Elektromotoren mit höherem Wirkungsgrad. Die bekannteste Lösung sind Permanentmagnetmotoren, deren Effizienz die Anforderungen der Klasse IE4 übertrifft. Die Unterschiede im Wirkungsgrad und die erzielten Energieeinsparungen zwischen den Standards IE3 und IE2 sowie PM-Motoren bei SCR-Maschinen finden Sie in der folgenden Tabelle. Gegenüber IE2-Versionen lassen sich in der Regel 2 - 5 % Energie einsparen.
Direktantrieb 1:1 ohne Verluste
Die Kraftübertragung zwischen Schraubenblock und Elektromotor wird bei Schraubenkompressoren auf vier Arten realisiert:
- mittels Keilriemen
- elastische Kupplung
- Getriebe
- Direktkupplung, deren Eigenschaften maßgeblich davon abhängen, ob sie in Verbindung mit einem herkömmlichen Elektromotor oder einem lagerlosen Permanentmagnetmotor verwendet wird.
Flexible Druckeinstellung
Bei der Luftkompression wird Energie verbraucht. Je höher der Druck, desto mehr Energie benötigt der Kompressor, um ihn zu erreichen. Denken Sie immer daran:
Die Verdichtung der Luft um zusätzlich 1 bar bedeutet ca. 7 % mehr Energieaufwand!
Ein gut gewählter Kompressor sollte daher einen Ausgangsdruck haben, der nur leicht über dem benötigten Niveau liegt, um keine unnötige Energie für eine übermäßige Verdichtung zu verbrauchen, die anschließend wieder abgelassen wird. Leider erleben wir oft Situationen, in denen Anwender Kompressoren mit einem Lieferdruck von z. B. 10 bar betreiben und anschließend an allen Eingangsreglern der Maschinen der Druck auf z. B. 6 bar reduziert wird. Die Wirtschaftlichkeit einer solchen Lösung können Sie selbst beurteilen...
Intelligente Abschaltung des Kompressors
Ein großes Problem in Produktionsbetrieben sind Leckagen in der Druckluftleitung, die in der Regel etwa 20 % erreichen, aber auch deutlich höhere Werte sind möglich. Leckagen im Rohrsystem sind ständig vorhanden, also auch zu Zeiten, in denen keine Produktion stattfindet, z. B. am Wochenende, nachts oder in den Schichtpausen. Es ist daher äußerst vorteilhaft, die Kompressoren während dieser Zeit vorübergehend abzuschalten, damit sie keine Luft produzieren, nur um die Leckagen in der Leitung auszugleichen.
An modernen Steuerungen der SCR-Kompressoren ist es möglich, einen Wochenplan für den Kompressorbetrieb zu erstellen und für jeden Tag von Montag bis Sonntag mehrere Zeiträume festzulegen, in denen der Kompressor ein- bzw. ausgeschaltet ist.
Modellbeispiel
Produktionsbetrieb mit Leckagen in der Leitung in Höhe von 20 % des Luftverbrauchs und 2-Schicht-Betrieb mit freiem Wochenende.
Durch das Abschalten des Kompressors außerhalb der Schichten erzielen Sie eine Einsparung von:
0,52 × 0,2 = 10,4 %
| Tag | Zeit von | Zeit bis | Status |
| Mo - Fr | 0:00 | 5:59 | aus |
| 6:00 | 21:59 | ein | |
| 22:00 | 23:59 | aus | |
| Sa - So | 0:00 | 23:59 | aus |
Niederdruckanwendungen 1,5-5 bar
In der Industrie gibt es viele Anwendungen, die einen niedrigeren Druck benötigen, als die üblichen 7 - 10 bar, die von Schraubenkompressoren geliefert werden. Solche Anwendungen finden sich am häufigsten in der Glas-, Kunststoff- und Textilindustrie oder in Zementwerken und benötigen in der Regel einen Druckluftdruck von 1,5 bis 5 bar.
In diesen sogenannten Niederdruckanwendungen reicht es nicht aus, Luft mit Gebläsen zu erzeugen, deren Druckbereich bei etwa 1,5 bar Überdruck endet. Daher werden herkömmliche Schraubenkompressoren verwendet, die einen Ausgangsdruck auf dem erwähnten Niveau von etwa 7 - 10 bar haben. Kompressoren mit Drehzahlregelung ermöglichen zwar eine Reduzierung des Lieferdrucks auf bis zu 4 - 5 bar, haben aber zwei grundlegende Probleme:
Druckbereich 4 - 5 bar - Herkömmliche Kompressoren sind nicht für einen Druck von 4 - 5 bar optimiert und die Energieeffizienz ist in diesem Bereich sehr schlecht.
Druckbereich 1,5 - 4 bar - Die Kompressoren müssen dennoch einen Druck von mindestens 4 bar erzeugen, der anschließend auf den benötigten Druck im Bereich von 1,5 - 4 bar reduziert wird.
Ölfreie Kompressoren
Einige kritische Anwendungen in der Industrie erfordern die Bereitstellung ölfreier Druckluft. Dies betrifft vor allem die Getränkeindustrie, die Lebensmittelverarbeitung, Krankenhäuser und Pharmazie sowie die Versorgung mit industrieller Atemluft für Strahlarbeiten oder Lackierereien. Ölfreie Druckluft ist nach der Norm ISO 8573-1 Klasse 0 definiert. Ihre Erzeugung kann entweder durch einen herkömmlichen Kompressor mit entsprechendem Aufbereitungssystem oder direkt durch einen ölfreien Kompressor erfolgen.
Der Einsatz ölfreier Kompressoren wird auch außerhalb der genannten kritischen Anwendungen immer sinnvoller, vor allem wegen des Null-Risikos einer Luftqualitätsminderung durch Öl Leckagen, aber vor allem auch wegen deutlich niedrigerer Kosten für Investition und Wartung der Technologie.
Hauptvorteile ölfreier Kompressoren:
- Keine Installation von Filtern und Aktivkohlesäulen erforderlich
- Kein Öl-Wasser-Trenner erforderlich
- Keine Ölwechsel
- Kein Wechsel von Öl- und Abscheidefiltern im Kompressor
- Keine Reinigung des Ölkühlers erforderlich
- Keine Wartung von Thermostat- und Rückschlagventil
- Feststofffilter-Elemente haben längere Standzeiten
- Kein Wechsel der Abscheiderfüllungen erforderlich
- Keine Durchführung von Kondensat-Qualitätstests nötig
- Keine Abwassergesetzgebung (Öl im Kondensat)
- Keine Druckprüfungen des Ölbehälters im Kompressor nötig
Ventilator mit Drehzahlregelung
Jeder Kompressor ist mit einem Ventilator ausgestattet, der für die Abfuhr der im Kompressor entstehenden Warmluft sorgt und die Kühlung des Öl- und Luftkühlers gewährleistet.
Der Energieverbrauch des Ventilators beträgt in der Regel 2 bis 5 % der Gesamtleistungsaufnahme des Kompressors.
Dank der Regelung entnimmt der Ventilatormotor nur die tatsächlich benötigte Menge an elektrischer Energie. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, bei denen der Ventilator ungeregelt mit voller Leistung läuft, kommt es zu einer extremen Senkung des Stromverbrauchs im Bereich von zig Prozent, was einige Prozent des Gesamtenergieverbrauchs des Kompressors ausmacht.
SCR AUDIT – finden Sie heraus, wie viel Sie sparen!
Wenn Sie Hilfe bei der Erzielung von Energieeinsparungen benötigen und bei der Auswahl der optimalen Lösung unsicher sind, wenden Sie sich an unser Unternehmen.
Wir haben viel Erfahrung mit der Planung von Kompressorstationen und der Optimierung von Energiekosten in bestehenden Kompressorräumen. Darauf basierend haben wir das Konzept zur Bewertung des aktuellen Zustands in Form des SCR AUDIT entwickelt.
Wenn Sie sich für das SCR AUDIT entscheiden, besuchen wir Ihren Betrieb und führen im Rahmen des Audits Folgendes durch:
- Umfassende Bewertung des aktuellen Zustands der Kompressoren
- Bewertung des Luftaufbereitungssystems
- Messung des Druckluftverbrauchs
- Erkennung und Quantifizierung von Luftleckagen
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