Enerģijas reģenerācija kompresoru sistēmās

Daudzas iekārtas, kas ražo saspiesto gaisu, piedāvā ievērojamas un bieži neizmantotas enerģijas taupīšanas iespējas enerģijas reģenerācijas veidā. Nozarēs, kur saspiestais gaiss ir nepieciešams nepārtraukti, enerģijas izmaksas var sasniegt līdz pat 80% no kopējām saspiestā gaisa ražošanas izmaksām. Tomēr ievērojamu daļu šīs enerģijas var reģenerēt kompresoru sistēmās, kas savukārt uzņēmumam ļauj ietaupīt finanšu līdzekļus.

Kad gaiss tiek saspiests, veidojas siltums. Pirms saspiestā gaisa novirzīšanas cauruļvados tiek iegūta siltumenerģija un tiek ģenerēts siltuma pārpalikums. Katrai saspiestā gaisa iekārtai ir jābūt aprīkotai ar atbilstošu un uzticamu dzesēšanas sistēmu. Dzesēšanu var veikt izmantojot āra gaisa vai ūdens dzesēšanas sistēmu, kas var būt atvērta vai aizvērta. Tajā tiek izmantots komunālais ūdens vai  tehnoloģiskais ūdens.           

Liela rūpniecības uzņēmuma centrālās kompresoru ražotnes, kas 8000 darba stundu laikā gadā patērē 500 kW enerģijas, gada enerģijas patēriņš ir 4 milj. kWh. Iespējas iegūt lielu apjomu siltuma no karstā gaisa un karstā ūdens ir diezgan reālas. Pat 94% no kompresoram piegādātās enerģijas var atgūt, piemēram, kā 90°C karstu ūdeni no bezeļļas skrūvju kompresoriem. Tas liecina, ka taupīšanas pasākumi ātri atmaksājas. Investīcijas enerģijas atgūšanā parasti atmaksājas 1-3 gadu laikā. Turklāt slēgtā dzesēšanas sistēmā atgūtā enerģija uzlabo kompresora darbības apstākļus, palielina uzticamību un palielina darbības laiku, jo sistēmā tiek izlīdzināta temperatūra un dzesēšanas ūdens kvalitāte ir ļoti laba. Un šīs ir tikai dažas no priekšrocībām. Ziemeļvalstis šajā jomā ir ievērojami progresīvākas, un enerģijas atgūšana, izmantojot kompresoru iekārtas, jau kādu laiku ir bijusi standarta prakse. Vairums vidējo un lielo kompresoru tagad ir piemēroti uzstādīšanai ar standarta aprīkojumu siltuma atgūšanai.

Fizikas likumi nosaka, ka gandrīz visa kompresora iekārtai piegādātā enerģija tiek pārveidota siltumā. Jo vairāk enerģijas var reģenerēt un izmantot citos procesos, jo augstāka ir sistēmas kopējā efektivitāte.

             Atgūtā enerģija kWh/gadā: Ietaupījumi gadā: (EUR) TR = Reģenerētās enerģijas pieprasījuma laiks (stundas/gadā), K1 = daļa no TR ar kompresoru, kas darbojas ar slodzi (stundas/gadā), K2 = daļa no TR ar izslēgtu kompresoru (stundas/gadā), Q1 = Pieejamā aukstumaģenta jauda ar kompresoru, kas darbojas ar slodzi (kW), Q2 = Pieejamā aukstumaģenta jauda ar izslēgtu kompresoru (kW), ep = Enerģijas cenas līmenis (EUR /kWh), η = parastā siltuma avota efektivitāte (%)

          Vairumā gadījumu atgūstamā siltuma daudzums var pārsniegt 90%, ja efektīvi tiek izmantota kompresora bloka dzesēšanas rezultātā atgūtā enerģija. Izšķirošie faktori ir dzesēšanas sistēmas darbība, attālums līdz patēriņa vietai un siltuma pieprasījuma noturība. Lielu siltuma plūsmu gadījumā nevajadzētu ignorēt iespēju pārdot reģenerēto siltumenerģiju. Elektroenerģijas piegādātājs varētu būt potenciālais klients, ar kuru varētu vienoties par investīcijām un apakšpasūtījumiem. Ietaupījumus var panākt arī koordinējot enerģijas reģenerāciju no vairākiem procesiem.

Saspiestā gaisa iekārtas ne vienmēr ražo enerģiju, kad tā ir nepieciešama, un arī ar to nepietiek bieži. Ja kompresora slodze mainās, reģenerētās enerģijas daudzums būs atšķirīgs. Lai enerģijas reģenerācija būtu ekonomiski izdevīga, ir nepieciešams atbilstošs relatīvi stabils siltumenerģijas pieprasījums. Atgūto siltumenerģiju vislabāk izmantot sistēmā, lai papildinātu piegādāto enerģiju. Tādā veidā pieejamā enerģija vienmēr tiek izmantota, kad kompresors darbojas. Izmantojot gaisa dzesēšanas kompresorus, kas rada lielu karstā gaisa plūsmu salīdzinoši zemās temperatūrās, var izvēlēties starp ēkas tiešu apkuri vai siltummaini ar apkures akumulatoru. Pēc tam uzsildītais dzesēšanas gaiss tiek sadalīts, izmantojot ventilatoru. Kad ēkām nav nepieciešams papildu siltums, karstais gaiss tiek izvadīts ārā automātiski, kontrolējot termostatu vai manuāli, kontrolējot gaisa aizbīdni. Attālums starp kompresoriem un apsildāmo ēku ir procesu ierobežojošs faktors. Šim attālumam jābūt ierobežotam (vēlams, lai tas atbilstu attālumam starp blakus esošajām ēkām). Turklāt iespēja atgūt enerģiju ir tikai aukstajā sezonā.

            Enerģijas reģenerācija no dzesēšanas gaisa, biežāk tiek izmantota maziem un vidējiem kompresoriem. Izmantojot kompresoru gaisa dzesēšanas sistēmu siltuma pārpalikumu, tiek radīti tikai nelieli sadales zudumi, un tam ir nepieciešami nelieli ieguldījumi.

Līdz 90°C ūdens no ūdens dzesēšanas kompresora var papildināt karstā ūdens sildīšanas sistēmu. Ja karsto ūdeni izmanto mazgāšanai, tīrīšanai vai dušai, joprojām ir jāuzstāda karstā ūdens boileris. No saspiestā gaisa sistēmas reģenerētā enerģija ir papildu siltuma avots, kas samazina apkures katla slodzi, ietaupa apkurei izmantoto kurināmo, kā rezultātā varētu izmantot mazāku apkures katlu. Iespējas iegūt enerģiju no saspiestā gaisa kompresoriem nedaudz atšķiras atkarībā no kompresora veida. Standarta bezeļļas kompresori ir viegli modificējami un pielāgojami enerģijas atgūšanai. Šāda veida kompresors ir ideāli piemērots integrēšanai karstā ūdens sildīšanas sistēmā, jo nodrošina efektīvai enerģijas atgūšanai piemērotu ūdens temperatūru (90°C). Eļļas kompresoros gaisa saspiešanas procesā izmantotā eļļa ir faktors, kas ierobežo spēju sasniegt augstu dzesēšanas ūdens temperatūru. Centrbēdzes tipa kompresoriem mēdz būt zemāka temperatūra, jo kompresijas stadijās ir zemākas spiediena attiecības, tāpēc enerģijas atgūšana ir ierobežota.

           Ūdens dzesēšanas sistēmā radītās enerģijas reģenerācija ir vislabāk piemērota kompresoram ar elektromotoru, kura jauda ir lielāka par 10kW. Šai sistēmai ir nepieciešams sarežģītāks aprīkojums nekā gaisa dzesēšanas sistēmai. Galvenās iekārtas sastāv no šķidruma sūkņiem, siltummaiņiem un vadības vārstiem. Siltumu var izplatīt attālinātām ēkām pa salīdzinoši neliela diametra caurulēm (40-80mm) bez būtiskiem siltuma zudumiem, izmantojot ūdenī radīto atkritumu enerģiju. Tā kā sākotnējā ūdens temperatūra ir augsta, izlietoto enerģiju var izmantot, lai paaugstinātu karstā ūdens katla atgaitas ūdens temperatūru. Tāpēc parasto apkures avotu var periodiski izslēgt un aizstāt ar kompresora siltuma atgūšanas sistēmu. Kompresoru siltuma pārpalikumu var izmantot arī procesa temperatūras paaugstināšanai. Papildu ūdens sildīšanai var izmantot arī ar gaisu dzesējamus, eļļas skrūves kompresorus. Šim nolūkam ir nepieciešams eļļas kontūrs, siltummainis, tad sistēma piegādās ūdeni zemākā temperatūrā (50-60°) nekā izmantojot kompresorus, kas darbojas bez eļļas.