Odzysk ciepła odpadowego ze sprężarek powietrza

Czy wiedzieliście, że… około 10% całej energii elektrycznej zużywanej w przemyśle jest wykorzystywane na potrzeby instalacji sprężonego powietrza?

Jednocześnie sprężarki powietrza to jedne z najmniej sprawnych maszyn cieplnych. Szacuje się, iż około 95% dostarczanej do nich energii przekształcane jest w ciepło, a następnie bezpowrotnie tracone poprzez emisję do atmosfery. Niewykorzystane ciepło znacząco przyczynia się do strat, obniżając zarazem ogólną efektywność energetyczną przedsiębiorstwa.

Jak wykorzystać ciepło ze sprężarek?

Najczęściej wykorzystywanym sposobem na wykorzystanie powstałego w ten sposób ciepła jest skierowanie go do dedykowanych kanałów wentylacyjnych, dzięki czemu w chłodniejszych miesiącach może służyć do ogrzewania hal produkcyjnych. Takie rozwiązanie jest stosunkowo tanie i proste do wprowadzenia, jednak niesie za sobą pewne niedogodności. W miesiącach letnich, gdy nie ma potrzeby ogrzewania pomieszczeń, wygenerowane ciepło nie jest wykorzystywane. W chłodniejszych okresach również bywa ono zawodne, gdyż nie zawsze sprężarki pracują na tyle długo, aby wygenerować dostateczną ilość ciepła do skutecznego dogrzania pomieszczeń.

Innym sposobem na odzysk ciepła ze sprężarek jest zastosowanie wymienników ciepła. Dzięki przekierowaniu gorącego oleju z chłodnicy do wysokowydajnego wymiennika olej – woda, odzyskane ciepło może zostać wykorzystane w celu podgrzania wody do żądanego poziomu. Takie rozwiązanie pozwala na wykorzystanie odzyskanego ciepła w obrębie wielu zastosowań – od ogrzewania pomieszczeń, poprzez przygotowanie ciepłej wody użytkowej na potrzeby pracowników przedsiębiorstwa, na wykorzystaniu w procesach produkcyjnych skończywszy. Dzięki niej jesteśmy w stanie korzystać z ciepła odpadowego zarówno w sezonie zimowym, jak również letnim.

Poniżej przedstawiamy przykład, który ukazuje energooszczędny potencjał odzysku ciepła ze sprężarek.

Case study

W audytowanym przez nas zakładzie produkcyjnym funkcjonowały dwie sprężarki powietrza. W analizie uwzględniono możliwość odzysku ciepła z obydwu urządzeń przy jednoczesnym założeniu, że urządzenia pracują zamiennie i odzysk ciepła będzie możliwy jedynie ze sprężarki dociążonej w danym momencie.

Dane wykorzystane do obliczeń wyznaczone zostały na podstawie dokonanych na instalacji pomiarów przepływu i rozkładu ciśnienia przez okres jednego tygodnia.

	SPRĘŻARKA A	SPRĘŻARKA B	Razem
Moc kompresora pod obciążeniem1	99,5	116,0	–	kW
Praca pod obciążeniem %	46	20	–	%
Maksymalna możliwość odzysku energii w ciągu roku	300 708,90	152 424,00	453 132,90	kWh/rok
Średnia możliwość odzysku energii w ciągu doby	34,33	17,40	51,73	kWh/doba

Ciepło ze sprężarek może zostać wykorzystane do podgrzewu płynów do temperatury do 90°C. Ciepło odpadowe ze sprężarek może zostać wykorzystane do podgrzewu c.w.u. (ciepłej wody użytkowej), podgrzewu lub wstępnego podgrzewu powrotu wody z układu c.o.

Koszt zalecanej przez nas instalacji wymienników płytowych olej-woda, układu sterowania oraz ciepłomierza w sprężarkowni został oszacowany na kwotę 75 000 zł. Przy założeniu dodatkowego kosztu podłączenia do istniejących instalacji w wysokości 60 000 zł – całkowity koszt inwestycji określony został na kwotę 135 000 zł. Przy założeniu jednostkowego kosztu ciepła na poziomie 300 zł/MWh możemy uzyskać oszczędności kosztów energii na poziomie:

Stopień zagospodarowania ciepła odpadowego	Oszczędność energii	Oszczędność kosztów energii	Prosty czas zwrotu
%	MWh/rok	zł/rok	lat
10	45,31	15 859,65	8,51
20	90,63	31 719,30	4,26
30	135,94	47 578,95	2,84
40	181,25	63 438,61	2,13
50	226,57	79 298,26	1,70
60	271,88	95 157,91	1,42
70	317,19	111 017,56	1,22
80	362,51	126 877,21	1,06
90	407,82	142 736,86	0,95
100	453,13	158 596,52	0,85

Odzysk ciepła (w szczególności w okresie letnim) przynosi dodatkowe korzyści w postaci zmniejszonego przekazywania ciepła ze sprężarek do otoczenia w kompresorowni, co wpływa na utrzymywanie niższej temperatury otoczenia oraz mniejszą energochłonność procesu sprężania oraz chłodzenia w osuszaczach chłodniczych.

Planując inwestycje mające na celu poprawę efektywności energetycznej, warto mieć na uwadze kwestię świadectw efektywności energetycznej, czyli tzw. białych certyfikatów. Jeśli planowane działania zaowocują oszczędnościami energii powyżej 10 toe (116,3 MWh), przedsiębiorstwo może starać się o uzyskanie praw majątkowych w postaci świadectw efektywności energetycznej. Kurs jednolity białych certyfikatów na moment wykonywania ekspertyzy (tj. 01.03.2022) wynosił 2 530,88 zł/toe i został przyjęty do dalszych obliczeń.

W tabeli poniżej przedstawiono opłacalność inwestycji z uwzględnieniem środków ze sprzedaży białych certyfikatów w zależności od stopnia zagospodarowania ciepła.

Stopień zagospodarowania ciepła odpadowego	Oszczędność energii	Białe certyfikaty – wartość	Koszt inwestycji z uwzględnieniem białych certyfikatów	Posty czas zwrotu inwestycji
%	toe	zł	zł	lat
10	3,90	0,00	135 000,00	8,51
20	7,79	0,00	135 000,00	4,26
30	11,69	29 582,76	105 417,24	2,22
40	15,58	39 443,68	95 556,32	1,51
50	19,48	49 304,60	85 695,40	1,08
60	23,38	59 165,52	75 834,48	0,80
70	27,27	69 026,44	65 973,56	0,59
80	31,17	78 887,36	56 112,64	0,44
90	35,07	88 748,28	46 251,72	0,32
100	38,96	98 609,20	36 390,80	0,23

Optymalizacja na instalacji sprężonego powietrza – przeprowadź ją Efektywniej!

Wierzymy, że niniejszy artykuł przybliżył Państwu temat zwiększania efektywności energetycznej w przedsiębiorstwie poprzez odzysk ciepła odpadowego z instalacji sprężonego powietrza. Mamy również świadomość, że optymalizacja pracy sprężarek to rozbudowany proces, którego planowanie i wykonanie może zabrać znaczną ilość czasu. Firma Efektywniej od lat przeprowadza audyty energetyczne instalacji sprężonego powietrza, pomagając klientom w poprawie nie tylko energetycznej, ale również ekonomicznej efektywności ich przedsiębiorstwa. 

Jeśli potrzebują Państwo pomocy w ocenie i poprawie efektywności energetycznej instalacji sprężonego powietrza lub chcą poznać więcej szczegółów dotyczących naszej oferty, zapraszamy do kontaktu! Nasi eksperci oferują kompleksową obsługę całego procesu i służą radą na każdym jego etapie.  

WYKONAJ AUDYT ENERGETYCZNY INSTALACJI SPRĘŻONEGO POWIETRZA