Sposoby wyjścia z kryzysu energetycznego

Wyjściu z kryzysu energetycznego musi towarzyszyć konsekwentna realizacja wszystkich potencjałów oszczędnościowych. Wymaga to dużego zaangażowania i współpracy z firmami, które oferują rozwiązania pozwalające złagodzić ekstremalne wzrosty kosztów dostawy gazu i energii elektrycznej, nawet w krótkim okresie.

W poszukiwaniu potencjalnych oszczędności zawsze wyróżnia się zaopatrzenie w sprężone powietrze, które jest niezbędne dla przemysłu, ponieważ ta forma energii jest produkowana przez same przedsiębiorstwa na jej koszty można więc bezpośrednio wpływać.

A ponieważ "diabeł tkwi w szczegółach" w najprawdziwszym tego słowa znaczeniu, potrzebni są specjaliści na różnych poziomach - od produkcji, poprzez uzdatnianie i dystrybucję, aż po wymaganą jakość sprężonego powietrza w miejscu poboru. Przykładowo, Donaldson, jako jeden z czołowych producentów filtrów, zdołał zaoszczędzić 460 000 kWh energii elektrycznej w roku fiskalnym 2021 dzięki ukierunkowanym działaniom w zakresie dostaw sprężonego powietrza do swoich amerykańskich zakładów (źródło: Raport zrównoważonego rozwoju firmy Donaldson, rok fiskalny 2021). Działania oszczędnościowe tradycyjnie koncentrowały się na sprężarkach powietrza. Ich zużycie energii elektrycznej jest łatwe do zmierzenia, a rozwój technologiczny sprężarek i ich sterowania wydaje się osiągać granice możliwości w zakresie odpowiednich zasad projektowania w odniesieniu do zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną.

Od czego więc zacząć, gdy w dobrze zaprojektowanej sieci sprężonego powietrza (rys. 1) praktykuje się najnowocześniejsze wytwarzanie, dane są rejestrowane cyfrowo, a także skuteczna jest walka z wyciekami?

Unikanie strat ciśnienia to stałe zadanie i jedna z najskuteczniejszych śrub regulacyjnych na drodze do większej efektywności energetycznej. A technologia filtracji odgrywa w tym decydującą rolę. Nawet lepsza filtracja powietrza dolotowego (rys. 2) ma wpływ na elementy filtra znajdujące się dalej (rys. 3) podczas procesu sprężania, a tym samym także na oczyszczanie sprężonego powietrza. Do momentu, gdy nośnik energii "sprężone powietrze" dotrze do siłowników, elementów sterowania pneumatycznego, a w wielu obszarach zastosowań do swojego zadania jako powietrze procesowe, można założyć minimum od około sześciu do kilkuset filtrów specyficznych dla danego zastosowania. A każdy etap filtracji oznacza straty ciśnienia, które są kompensowane przez większe zapotrzebowanie na energię sprężarek.

Nie wolno więc lekceważyć wpływu technologii filtracji na zapotrzebowanie na energię. Badania i rozwój w Donaldson rozpoznały na bardzo wczesnym etapie, że interakcja wydajności filtracji i ciśnienia różnicowego może być zaprojektowana poprzez strukturę mediów filtracyjnych w taki sposób, że można osiągnąć znaczny potencjał oszczędności energii.

Czynniki sukcesu technologii UltraPleat™ ...

Technologia filtracji UltraPleat (rys. 4) wykorzystuje nową strukturę powlekanych włókien high-tech, które są przetwarzane w plisowane medium filtracyjne o wysokiej efektywności separacji cząstek cieczy i dużej pojemności absorpcyjnej cząstek stałych. Wielowarstwowa struktura nowego materiału filtracyjnego została zaprojektowana tak, aby zapewnić optymalne warunki przepływu cieczy, a jednocześnie powierzchnię filtracji większą o ponad 400% w porównaniu z materiałem filtracyjnym nawijanym.

W przypadku separacji aerozoli olejowych osiągana jest skuteczność ≥ 99,9 % zgodnie z normą ISO 12500-1:2007. Dane dotyczące wydajności filtrów według ISO 12500-1 i ISO 12500-3:2009 zostały również potwierdzone przez niezależny instytut badań nad energią i środowiskiem. Fakt, że udało się osiągnąć tak wysoką wydajność filtracji przy jednoczesnym obniżeniu różnicy ciśnień o kolejne 50%, podkreśla sukces rozwoju tej technologii filtracji w zakresie zwiększania efektywności energetycznej i oszczędzania zasobów (rys. 5). Prosty przykład obliczeń pokazuje ogromną zaletę ekonomiczną tej technologii: Różnica ciśnień niższa zaledwie o 300 mbar przez 8000 godzin pracy pozwala zaoszczędzić około 4700 euro rocznie na filtr UltraPleat (ciśnienie w sieci 7 barów, zainstalowana moc sprężarki 110 kW, 0,18 euro/kWh).

...i zoptymalizowane pod względem przepływu obudowy filtrów z ekonomizerem

Wysoka wydajność innowacyjnych elementów filtracyjnych jest w pełni wykorzystywana w zoptymalizowanych pod kątem przepływu obudowach filtrów. Warunkiem jest jednak ciągła kontrola ciśnienia różnicowego przez cały okres eksploatacji elementów filtra koalescencyjnego lub cząsteczkowego. Należy je wymienić, gdy koszty energii związane z rosnącą różnicą ciśnień spowodowaną wydajnością filtracji osiągną koszty inwestycyjne nowego elementu filtracyjnego. Wskazanie najbardziej ekonomicznego czasu wymiany w wersji standardowej zapewnia ekonomizer lub ekonomizer (rys. 6), który na bieżąco dokonuje pomiaru różnicy ciśnień. Zintegrowany mikroprocesor ocenia mierzone dane i porównuje rosnące koszty energii z powodu utraty ciśnienia z kosztami nowego wkładu filtracyjnego. Wyliczony w ten sposób najtańszy czas wymiany jest wskazywany za pomocą diod elektroluminescencyjnych i — jeśli pozwalają na to wymogi cyfrowego sterowania i konserwacji — przesyłany do nadrzędnego układu sterowania stacji sprężonego powietrza.

Duże przepływy objętościowe sprężonego powietrza wymagają indywidualnych rozwiązań

W przypadku większych przepływów sprężonego powietrza, które wymagają indywidualnych rozwiązań z obudowami dostosowanymi do danego zastosowania (rys. 7), pojawia się pytanie, czy wyniki pomiarów standardowej serii DF-UltraPleat można „skalować”. Wolfgang Bongartz, kierownik ds. inżynierii w Donaldson w Haan, wyjaśnia: "Ponieważ urządzenia do testowania dużych wydajności filtrów były dostępne w niezależnych instytutach, dysponujemy wiarygodną bazą danych. Struktura filtrów została zoptymalizowana pod kątem różnych klas filtracji. Dzięki walidacji nowych elementów zgodnie z normami ISO 12500-1 i 12500-3 możliwe jest kompleksowe porównywanie danych dotyczących wydajności. Dla użytkownika oznacza to długą żywotność elementu filtrującego i stale niską różnicę ciśnień – parametr decydujący o oszczędności energii.

Ekstrapolacja na wiele milionów filtrów sprężonego powietrza używanych na całym świecie pokazuje, że jest to czynnik mający wpływ na redukcję zanieczyszczenia CO2, którego nie należy lekceważyć, a „zielona energia elektryczna” również nie jest darmowa (rys. 8).

W jaki sposób osuszacze sprężonego powietrza osiągają wysoką wydajność przy jednoczesnej oszczędności energii

Tylko zaawansowana technika filtracji pozwoli osiągnąć niezbędne oczyszczenie sprężonego powietrza aż do sterylnej filtracji w punkcie poboru. Koncepcje oczyszczania dostosowane do zastosowania, które spełniają wymagania normy ISO 8573-1:2010 z klasami jakości 1-2:1-2:1-2 i 0, wykorzystują systemy suszarnicze wyposażone w energooszczędne filtry UltraPleat (rys. 9).

W przypadku ekonomicznego wykorzystania osuszaczy adsorpcyjnych decydujące znaczenie ma dobór procesu regeneracji, uwzględniający warunki pracy. Jeśli dostępne jest ciepło sprężarki, można je ekonomicznie wykorzystać do regeneracji w tzw. procesie Heat of Compression (HOC). Czas cyklu wynosi tu 3,5 - 5,5 godziny. Jeśli dostępne jest ciepło procesowe, możliwa jest dalsza poprawa bilansu energetycznego.

Wysoka jakość sprężonego powietrza w miejscu poboru

Jeśli np. nie dla wszystkich odbiorców wymagana jest szczególnie wysoka jakość sprężonego powietrza odpowiadająca klasom jakości sprężonego powietrza wg ISO 8573-1:2010, ma to wpływ na konstrukcję centralnego przygotowania i sieci sprężonego powietrza. Szczególnie wysoki poziom jakości można uzyskać w sposób bardziej ekonomiczny w miejscu konsumpcji, stosując system oczyszczania  Ultrapac™ Smart  (rys. 10). Dostępnych jest dziesięć rozmiarów o przepływach nominalnych od 5 do 100 m³/h. Zintegrowany filtr wstępny UltraPleat™ zatrzymuje cząstki stałe i zawiesiny, a także aerozole płynne (olej/woda). Złoże adsorpcyjne pochłania wilgoć do ciśnieniowego punktu rosy -70 °C, przy 70 % obciążeniu nominalnym (standardowo -40 °C). Na ostatnim etapie pozostałe cząstki stałe o wielkości do 0,01 μm zatrzymywane są w zintegrowanym filtrze końcowym UltraPleat.

Wniosek

Na drodze do produkcji neutralnej dla klimatu filtracja sprężonego powietrza i gazów jest czynnikiem, na który można pozytywnie wpłynąć. Dzięki innowacyjnym nośnikom filtracyjnym i obudowom filtrów o zoptymalizowanym przepływie można osiągnąć wysoki potencjał oszczędności energii. W przypadku zastosowania tylko jednego filtra energooszczędnego najnowszej generacji można obniżyć koszty energii o około 4.700,00 €/rok przy cenie energii elektrycznej 0,18 €/kWh. Ze względu na duże zapotrzebowanie na sprężone powietrze ma to szczególny wpływ na przemysł przetwórczy. Setki tysięcy filtrów są używane na całym świecie do generowania wysokiej jakości sprężonego powietrza wymaganej przez ISO 8573-1:2010 w klasach jakości 1-2:1-2, jak również 0. - Znaczący czynnik redukujący emisję CO2!