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 Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3
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 Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH4
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 Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH5
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH6
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH7
Spezifischer Leistungsbedarf
Quelle: Druckluft effizient, Fraunhofer ISI
Leistungsmessung nach ISO 1217
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH8
Spezifischer Leistungsbedarf
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH9
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%
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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%
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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.
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Druckluftkosten
Was kostet 1m³ Druckluft?
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
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Druckluftkosten
Was kostet 1m³ Druckluft?
Die genauere Methode mit Berücksichtigung des Leerlaufanteils:
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
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DruckluftkostenWas kostet 1m³ Druckluft?
Die genauere Methode mit Berücksichtigung des Leerlaufanteils: Berechnungs-programm
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DruckluftkostenWas kostet 1m³ Druckluft?
Die genauere Methode mit Berücksichtigung des Leerlaufanteils:
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH16
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
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Betriebsdruck so niedrig wie möglich
Druckniveau so niedrig wie möglich
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
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Betriebsdruck so niedrig wie möglich
Druckniveau so niedrig wie möglich
Übergeordnete Steuerung reduziert das Druckband
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH19
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.
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH20
Leerlauf minimieren
Leerlaufanteil so gering wie möglich
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH21
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH22
Leerlauf minimieren
Leerlaufanteil so gering wie möglich durch die Kombination von Kompressoren
mit fester Drehzahl und drehzahlregelbaren Antrieben
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH23
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH2424
Energierückgewinnung anöleingespritzten Kompressoren
100 %
90 %
Wärmeabstrahlung vom Antriebsmotor(Abführung durch die Kühlluft) 5 %
Rückgewinnbare Wärmevom Ölkühler 75 %
Rückgewinnbare Wärme vom Druckluftnachkühler 10 %
Gesamtwärmeverlust 10 %
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH2525
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 %
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH26
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH27
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH2828
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 %
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH2929
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3030
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)
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3131
Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenBerechnungen und Beispiele
� Beispiel Kompressor mit 250 kW Motor:
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3232
Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenBerechnungen und Beispiele
� 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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3333
Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenBerechnungen und Beispiele
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)
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3434
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
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3535
Energierückgewinnung anöleingespritzten KompressorenArten der Energierückgewinnung
� Erzeugung von warmen Wasser für ...
- Beheizung von Lagerhallen, Werkstätten … .
- Industrielle Prozesswärme.
- Warmwasserbereitung für industrielleReinigung und sanitäre Anwendungen.
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH36
Zusammenfassung
Life cycle costs minimieren, aber wie?
- Druckniveau so niedrig wie möglich
- Leerlaufanteil minimieren (Drehzahlregelung)
- Leckagen aufspüren und beseitigen
- Energierückgewinnung nutzen
Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH3737
Optimierung der Life Cycle costs von Druckluftanlagen
Fragen?