Nowe sprężarki. Bardziej trwałe, efektywne i przyjazne środowisku

Nowe sprężarki dostępne obecnie na rynku mają być przede wszystkim bardziej energooszczędne od poprzednich modeli. Dzięki efektywniejszej pracy mają też być znacznie trwalsze. Jakie rozwiązania proponują producenci w tym zakresie?

Jak wynika z danych firmy analitycznej Allied Market Research, które publikuje portal AutomatykaB2B, w ciągu najbliższych kilku lat wartość globalnego rynku sprężarek będzie systematycznie rosnąć – każdego roku średnio o mniej więcej 7%. W 2020 r. przekroczy ona poziom 29 mld dol. Jednocześnie najwięcej odbiorców tego typu maszyn, podobnie jak obecnie, znajdzie się w regionie Azji i Pacyfiku, a także w Europie. Zwiększy się jednak udział rynków m.in. w Ameryce Łacińskiej i Afryce.

Jak wskazuje Allied Market Research, należy się spodziewać, że do roku 2020 najbardziej dynamicznie wzrastać będzie popyt na sprężarki odśrodkowe. Cały czas jednak najbardziej popularne – ze względu na powszechne używanie ich w przemyśle ciężkim – będą sprężarki rotacyjne oraz olejowe. Produkcja przemysłowa zasadniczo wpłynie na rozwój rynku sprzedaży sprężarek stacjonarnych. Najprawdopodobniej zmniejszać się będzie sprzedaż urządzeń przenośnych, używanych obecnie m.in. w branżach elektronicznej i farmaceutycznej.

Niezwykle istotnym wnioskiem, który wynika z przeprowadzonej przez Allied Market Research analizy możliwości wzrostu rynku sprężarek w najbliższym czasie, jest to, że ich popularność będzie związana w pierwszej kolejności z wciąż zwiększającym się zainteresowaniem rozwiązaniami energooszczędnymi i ekologicznymi. Wiele nowości produktowych, które pojawiają się również na polskim rynku, potwierdza ten trend. Z całą pewnością rozwiązania techniczne, które umożliwiają oszczędność energii, co przekłada się na korzyści finansowe użytkowników i pozytywnie wpływa na środowisko naturalne, będą znajdować pozytywny oddźwięk zarówno na rynku globalnym, jak i lokalnym.

Oszczędnie znaczy ekologicznie

Specjalizujący się w dostawie urządzeń, usług i rozwiązań technicznych mających służyć m.in. oszczędności energii Danfoss w publikacji pt. „Kryzys energetyczny – gotowe rozwiązania już istnieją” twierdzi, że chociaż do 2035 r. zapotrzebowanie na energię na świecie wzrośnie o jedną trzecią, to w tym samym czasie możliwe jest zmniejszenie zużycia energii pierwotnej do 37% w wypadku przemysłu i 26% w wypadku budownictwa w porównaniu ze stanem obecnym. Kluczem do tego miałyby być przede wszystkim energooszczędne technologie oraz wykorzystanie energii odnawialnej. Wśród nich wymienić należy m.in.: wykorzystanie pomp ciepła, precyzyjne równoważenie instalacji grzewczo-chłodzących w budynkach komercyjnych, użyteczności publicznej i w domach, odzysk energii w procesie produkcji, a także promowanie nawyków oszczędzania energii w wielu codziennych czynnościach.

Jednym z głównych elementów – na co zwracają uwagę analitycy Danfoss – jest w tym wypadku wykorzystanie w domach i przedsiębiorstwach pomp ciepła pobierających energię z ziemi i powietrza (zużywają one nawet do 75% mniej energii w porównaniu z tradycyjnymi źródłami). Kolejnym elementem realizacji tej strategii jest wykorzystanie nowych napędów elektrycznych, które sterują zasilaniem silników elektrycznych i pozwalają zaoszczędzić 15–40% energii. Obecnie zdecydowana większość nowych silników przemysłowych (70–80%) w skali globu jak dotąd nie jest wyposażona w tego typu napędy.

Dużego znaczenia nabrać także powinny systemy sterowania i monitoringu instalacji chłodniczych w supermarketach i hipermarketach. Dzięki zastosowaniu w nich inteligentnych algorytmów sterowania oraz funkcji optymalizujących pracę instalacji zapewnić one powinny oszczędności zużycia energii na poziomie 20%. Oprócz tego systemy chłodnicze instalowane w sklepach osiedlowych powinny charakteryzować się wysoką sprawnością i mieć niewielki wpływ na środowisko. Niektóre dostępne na rynku agregaty skraplające pozwalają zaoszczędzić 20% energii w porównaniu z innymi produktami z tej samej klasy.

Ważnym składnikiem dla stworzenia możliwości rozwoju energooszczędnych technologii jest szerokie wykorzystanie sprężarek inwerterowych (o zmiennej wydajności), służących przede wszystkim w układach klimatyzacji czy chłodzenia technologicznego (jak np. w serwerowniach). Mają one – zdaniem Danfoss – zmniejszyć zużycie energii o 10–30%. To dlatego, że sprężarki inwerterowe dają możliwość uzyskania szybkiego efektu grzania i właściwej temperatury w krótkim czasie po uruchomieniu urządzenia. W tym wypadku dzięki zastosowaniu inwertera obniżona zostaje wymagana wydajność urządzenia i zmniejsza się zużycie energii bez obniżania warunków komfortu.

Oprócz tego system klimatyzacji ze sterowaniem inwerterowym jest w stanie regulować w sposób ciągły parametry wyjściowe ogrzewania i chłodzenia w celu dostosowania do właściwej temperatury w pomieszczeniu. Sterowanie inwerterowe umożliwia znaczne skrócenie czasu rozruchu systemu, dzięki czemu pozwala na osiągnięcie wymaganej temperatury w pomieszczeniu w krótszym czasie, a następnie gwarantuje jej stałe utrzymanie na tym poziomie.

Na potrzeby serwerowni, w których przechowywane są dane, cały czas wzrasta zapotrzebowanie na innowacyjne rozwiązania w zakresie chłodzenia. Rozwiązania te powodować mają także zwiększenie bezpieczeństwa przechowywanych danych. W związku z tym – jak proponuje Danfoss – podstawową kwestią pozostaje efektywne zastosowanie urządzeń chłodzących ze sprężarkami marki Danfoss o zmiennej prędkości, które mają umożliwić ograniczenie zużycia energii o mniej więcej 30% rocznie.

Dodatkowymi czynnikami mającymi wpływ na zwiększenie wydajności energetycznej są systemy umożliwiające transfer ciepła z sieci ciepłowniczych i korzystanie z ciepłej wody w budynkach. Duże znacznie mają m.in. węzły cieplne, a także elementy takie jak: wymienniki ciepła i regulatory pozwalające w miejskich sieciach ciepłowniczych oraz w samych budynkach na redukcję zużycia energii o 20–30%. Jednocześnie zastosowanie zaworów równoważących zapewnić ma precyzyjne sterowanie i właściwy przepływ w instalacjach grzewczych i chłodniczych w budynkach, a w związku z tym zaoszczędzić 10–15% energii. Jak dotąd tylko 10% instalacji funkcjonujących na rynku korzysta z takich rozwiązań.

Jak zużyć mniej energii?

Jednym z rozwiązań technicznych, które pojawiło się w ostatnich miesiącach, jest nowa generacja klimatyzatorów szaf sterowniczych Blue e+ Rittal. W trakcie testów wykazano 75% oszczędności energii. Obecnie według szacunkowych danych w Europie do sieci podłączone są 2 mln klimatyzatorów szaf sterowniczych. Przy zakładanej mocy przyłączeniowej 2 TW (po 1 kW na urządzenie) stanowią one istotny pod względem gospodarczym potencjał zużycia i odpowiadają za emisję ok. 4 mln ton CO2.

Nowe urządzenie jest połączeniem klimatyzatora sprężarkowego i ciepłowodu zapewniającego pasywne chłodzenie. W tym wypadku sprężarka znajduje zastosowanie tylko wówczas, gdy chłodzenie pasywne staje się niewystarczające. Co istotne w kontekście energooszczędności, w Blue e+ Rittal zastosowano sprężarkę inwerterową, a także silniki DC. Technologia ta ma pozwolić inwerterowi na regulowanie za pomocą napięcia obrotów sprężarki i wentylatorów dostarczania dokładnie takiej mocy chłodniczej, jaka jest w danej chwili potrzebna.

Inne energooszczędne rozwiązanie proponuje znany z produkcji systemów napędowych zapewniających wysoką sprawność energetyczną Emerson Industrial Automation. Firma wprowadza właśnie na rynek nową ofertę silników i napędów Dyneo®. Zastosowano w nich rozwiązanie, które umożliwiło wykorzystanie metody sterowania pozbawionej całkowicie czujników w większości aplikacji procesowych (dotyczących pomp, sprężarek, wentylatorów, urządzeń wspomagających, wirówek, separatorów itp.). Dzięki temu zapewniono kontrolę pracy silnika bez zastosowania sygnału sprzężenia zwrotnego i dodatkowego kabla sygnałowego łączącego silnik z napędem, co pozwoliło na wyeliminowanie potencjalnych zaburzeń związanych z pracą enkodera i połączeniami pętli sprzężenia zwrotnego. Fakt ten dodatkowo zwiększa niezawodność zespołu silnik+napęd.

Istotnym elementem pracy każdej sprężarki mogącym wpłynąć na jej energooszczędność, jest zastosowanie oleju, który zoptymalizuje jej działanie. Z tego względu, że dziś maszyny pracują w coraz wyższych temperaturach i wymaga się od nich coraz wyższej wydajności, coraz wyższe wymagania stawiane są również służącym do ich ochrony środkom smarnym. Środki te muszą być przede wszystkim odporne na coraz bardziej skrajne warunki eksploatacji. W związku z tym ExxonMobil proponuje nową serię syntetycznych środków smarnych marki Mobil SHC™ Rarus. Ich głównym zadaniem jest zwiększenie wydajności sprężarek i ograniczenie niepotrzebnych przestojów w ich pracy. Przeprowadzone testy wykazały nawet trzykrotne wydłużenie okresów pomiędzy wymianami oleju, co dla użytkowników przełożyć się ma bezpośrednio na oszczędności i ograniczenie liczby przestojów.

Jakie daje to korzyści, wskazuje w publikowanym na łamach „Polskiego Przemysłu” artykule „Nowoczesne smarowanie to efektywność i nowoczesność” mgr inż. Jarosław Jakubowski. Prezentuje on eksperyment, który został zaproponowany przez dział techniczny Smart Plus z pełnym wsparciem ExxonMobil. Dotyczył firmy z branży spożywczej, która w procesie produkcyjnym używa sprężarek tłokowych marki Neuman & Ester typ 2V2-335/170 o mocy 45 kW każda do sprężania dwutlenku węgla.

W ramach przeprowadzonego testu w jednej ze sprężarek w miejsce dotychczas używanego oleju mineralnego zastosowano olej syntetyczny MOBIL SHC serii 600 z jednoczesnym pomiarem zużycia energii elektrycznej i temperatury pracy oleju w jednakowych warunkach pracy sprężarek. Po przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że w sprężarce zalanej olejem syntetycznym MOBIL SHC zużyto mniej więcej 2% mniej energii w porównaniu z analogiczną sprężarką zalaną olejem mineralnym.

Oprócz tego stwierdzono obniżenie temperatury pracy oleju w skrzyni korbowej sprężarki zalanej olejem MOBIL SHC o mniej więcej 5°C w porównaniu ze sprężarką zalaną olejem mineralnym, co dodatkowo potwierdza oszczędność energii związaną z lepszym smarowaniem. W tym wypadku oszczędność energii elektrycznej wynosi 12 600 kWh rocznie. Przekłada się to na redukcję emisji CO2 o mniej więcej 12,5 t w skali roku. Jednocześnie czas pracy oleju między wymianami wydłużony został czterokrotnie, co znacznie zmniejsza koszty serwisowe.

Wykorzystać kolejny raz

O tym, że technologie mające na celu optymalizację działania maszyn, w tym również sprężarek, będą się cały czas rozwijać, nie trzeba nikogo przekonywać, tym bardziej że obecnie wykorzystanie sprężonego powietrza jest jednym z podstawowych źródeł energii dla większości procesów wytwórczych w zakładach produkcyjnych. Coraz bardziej restrykcyjne normy wymagają od producentów czystego powietrza i jak najniższej zawartości pary wodnej, co gwarantuje większą wydajność i jakość procesów produkcyjnych.

Jednocześnie uwidacznia się trend związany z dążeniem do kolejnego zwiększenia efektywności energetycznej, dotyczący wykorzystania ciepła, które generowane jest w trakcie realizacji procesów sprężania powietrza. W takich wypadkach nadmiar ciepła może zostać odprowadzony do lokalnych sieci ciepłowniczych. Tego typu instalacja funkcjonować będzie m.in. w nowym centrum danych Apple’a w duńskim Viborg. Istniejące możliwości w tym zakresie dadzą szansę wykorzystania nadmiaru ciepła wytwarzanego przez przemysł np. do ogrzewania domów. W ten sposób energooszczędne technologie po raz kolejny nie tylko będą miały konkretne przełożenie na wyniki ekonomiczne firm, lecz także pozytywnie wpłyną na środowisko.