Z danych statystycznych GUS wynika, że przemysł w Polsce zużywa ok. 50 TWh energii elektrycznej. Stanowi to ok. 33% potrzeb energetycznych całego kraju (ponad 150 TWh). Połowę z tych 50 TWh w przemyśle zużywają pompy i sprężarki. Zgodnie z zapisami w europejskim prawie o klimacie (Fit for 55) kraje UE zobowiązały się przyjąć unijny cel klimatyczny: ograniczenie emisji CO2 o co najmniej 55% do 2030 r., a osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 r. w całej UE.
Wpływ na środowisko stał się zatem jedną z istotniejszych strategii wielu firm działających w naszym kraju. Redukcja emisji CO2 nie tylko przyczynia się do ochrony środowiska, ale może również przynieść korzyści finansowe, poprawiając efektywność energetyczną i zmniejszyć koszty operacyjne.
Bez wątpienia OSM Piątnica od lat podejmuje działania i inwestycje z myślą o ochronie środowiska. Jednym z takich przykładów jest modernizacja systemu wytwarzania i uzdatniania sprężonego powietrza z uwzględnieniem odzysku energii ze sprężarki.
Modernizacja systemu sprężonego powietrza oraz implementacja odzysku energii ze sprężarek jest jedną z najbardziej korzystnych form poprawy efektywności energetycznej oraz redukcji emisji CO2. Szacuje się, że tylko wymiana „starych” nieefektywnych energetycznie urządzeń przyniesie redukcję zużycia energii elektrycznej w zakładach przemysłowych o ok. 15–20%.
Sprężarki Ingersoll Rand E75-160ne należą do najlepszych pod względem efektywności energetycznej w swojej klasie. Jest to unikalne rozwiązanie wyróżniające się m.in:
- silnikami elektrycznymi w klasie sprawności lepszej niż IE4, bezpośrednio połączonymi z każdym stopniem sprężającym, aby utrzymać maksymalną efektywność;
- unikalnym układem chłodzenia pozwalającym na odzysk ciepła większy o 12% w porównaniu z rozwiązaniami konkurencji.
- pełną możliwością aktualizacji od 75 kW do 160 kW bez konieczności wymiany części mechanicznych, dzięki zastosowaniu „cyfrowej przekładni”;
- najlepszym w swojej klasie poziomem hałasu 69 dB;
- kompresorami serii E75-160ne, które są pierwszymi na rynku i jedynymi bezolejowymi sprężarkami chłodzonymi powietrzem, zdolnymi do wykorzystania odzysku ciepła do podgrzewania wody procesowej.
Wysokowydajne silniki z magnesami trwałymi bezpośrednio połączone z bezolejowymi stopniami sprężającymi, źródło: Ingersoll Rand
Nie dziwi więc fakt, że w przypadku projektu w OSM Piątnica cel redukcji emisji CO2 oraz poprawy efektywności energetycznej zakładu postawiony był zdecydowanie wyżej.
Holistyczne podejście Ingersoll Rand do projektu obejmowało m.in. audyt efektywności energetycznej, zakończony wnioskiem do URE, którego efektem końcowym było uzyskanie świadectw efektywności energetycznej, tzw. Białych Certyfikatów. Celem przeprowadzonych prac było określenie oszczędności zużycia energii elektrycznej oraz energii cieplnej wynikających z przeprowadzenia planowanej inwestycji, polegającej na zastąpieniu istniejącej sprężarki stałoobrotowej bezolejową zmiennoobrotową sprężarką Ingersoll Rand E160ne charakteryzującą się najwyższą efektywnością energetyczną w klasie oraz wykonanie instalacji odzysku ciepła od dostarczonej sprężarki.
Sprężarka, dzięki lepszej efektywności i szerokiemu zakresowi wydajności przyczyniła się do obniżenia zużycia energii na wytworzenie sprężonego powietrza. Ponadto kompresor został wyposażony w instalację odzysku ciepła. Bardzo istotnym aspektem jest możliwość odzysku energii cieplnej z bezolejowych sprężarek Ingersoll Rand serii E chłodzonych wodą, jak i powietrzem. Do tej pory odzysk energii ze sprężarek bezolejowych zarezerwowany był wyłącznie dla sprężarek chłodzonych wodą.
Bezolejowa sprężarka E75-160ne, chłodzona powietrzem z możliwością odzysku energii, źródło: Ingersoll Rand
Wyniki audytu energetycznego pokazały, że przeprowadzenie modernizacji pozwoli zaoszczędzić 1025,427 MWh energii finalnej, co przekłada się na 1568,876 MWh energii pierwotnej w skali roku. Takie oszczędności energii przyczynią się do redukcji emisji CO2 o 361,626 t rocznie.
Efekt energetyczny modernizacji, źródło: Ingersoll Rand
Należy zwrócić uwagę, jak istotny udział w generowaniu oszczędności energetycznej ma odzysk energii ze sprężarek. Jednym z najistotniejszych aspektów odzysku energii ze sprężarek jest jego analiza przez pryzmat rzeczywistych oszczędności, czyli realnego wykorzystania energii, a nie przez potencjał przekazania energii przez sprężarki do układu.
Dzięki kooperacji z firmą ASFI system odzysku energii PowERControl™ pozwolił w pełni wykorzystać potencjał sprężarki Ingersoll Rand E160ne odzyskującej energię ze wszystkich możliwych elementów (unikalna budowa systemu chłodzenia sprężarek Ingersoll Rand E-series umożliwia odzysk energii nie tylko z chłodnic, ale również z silników oraz falowników) oraz specyfikę procesu produkcji OSM Piątnica (umożliwiającą wykorzystanie niemal 100% przekazywanej przez system odzysku energii).
Wewnętrzny obieg chłodzenia sprężarki Ingersoll Rand E160ne (chłodzonej powietrzem) z możliwością odzysku energii, źródło: Ingersoll Rand
Chciałbym zwrócić uwagę, że w przypadku tego projektu mowa jest o „systemie odzysku energii” rozumianym jako zespół hydrauliczny wraz ze sterowaniem, którego zadaniem jest optymalizacja odzyskiwanego ciepła przy jednoczesnym zabezpieczeniu prawidłowego działania urządzeń wytwarzania i uzdatniania sprężonego powietrza. W wielu przypadkach słowo „system” jest nadużywane i dotyczy tylko możliwości odzysku energii ze sprężarki a nie jej wykorzystania.
Ostatnim elementem „systemu odzysku energii” jest jego pełna kontrola (sterowanie) i rejestracja danych. Ten element pozwala na ciągłe, aktywne dostosowywanie i optymalizacje parametrów dla osiągnięcia jak najlepszych wyników. Jednocześnie stanowi element pozwalający na ciągłe doskonalenie oferowanych produktów i rozwiązań.
Panel sterowania i kontroli wszystkich parametrów w sprężarkowni, Źródło: Ingersoll Rand
Tak przemyślana i zrealizowana inwestycja, poza wyjątkowo istotnym wpływem na środowisko, gwarantuje równie korzystny okres zwrotu. W tym konkretnym przypadku SPBT (Simply Pay Back Time) dla „systemu odzysku energii” nie przekroczył czterech miesięcy. Cała inwestycja zwróciła się w siedem miesięcy.
Komentarz Mateusza Bartczaka (ASFI):
– Spełniając odpowiednie warunki, odzysk ciepła ze sprężarek może być najbardziej wydajną metodą poprawy efektywności energetycznej w zakładach przemysłowych. Pierwszym, najistotniejszym aspektem w rentowności takiej instalacji jest zapotrzebowanie na ciepło. Ten parametr wyznacza potencjał możliwej do ograniczenia energii cieplnej (zakład bez potrzeb cieplnych nie ma potrzeb redukcji zużycia energii). Drugi istotny aspekt tych instalacji to sprawność samej instalacji, a właściwie skuteczność odbioru energii cieplnej od sprężarki powietrza.
Sprężarka powietrza jest maszyną cieplną jednak z niepewnym stanem dociążenia – pracuje bowiem w funkcji ustalonego ciśnienia. Zmiana poziomu dociążenia sprężarek determinuje ilość dostępnej „odpadowej” energii cieplnej. Mamy więc do czynienia z dużą „grzałką”, jednak nie wiemy, ile energii będziemy mogli od niej za chwilę odebrać. Z tego powodu proces odzyskiwania energii cieplnej od sprężarki musi być kontrolowany. Należy monitorować temperatury po stronie wodnej, ale w funkcji temperatur po stronie samej sprężarki. Innymi słowy, nie odbieramy od sprężarki energii, która jest nam potrzebna, ale tyle, ile w danym momencie jest dostępne.W projekcie OSM Piątnica wszystkie warunki idealnie się zazębiły.
Zastosowano sprężarkę z unikatowym systemem chłodzenia z możliwością odbioru energii cieplnej z całego łańcucha procesu sprężania. Odbiór energii cieplnej następuje przez system odzysku ciepła PowERcontrol™ (patend pending no:440055), dostarczając maksymalną możliwą ilość energii dostępnej w sprężarce powietrza. Duże potrzeby grzewcze zakładu zapewniły prawie 100% odbiór przekazanej energii cieplnej.
W historii naszej działalności wykonaliśmy instalację ponad 200 sprężarek powietrza, jednak optymalizacja energetyczna w OSM Piątnica należy do rekordowych zarówno pod względem efektu energetycznego, jak i finansowego”.
Komentarz Karola Gardockiego (OSM Piątnica):
– Układ odzysku ciepła firmy Ingersoll Rand doskonale wpisuje się w nasze cele środowiskowe i społeczne, cele ESG. Zdawaliśmy sobie sprawę z dużego strumienia ciepła generowanego przez sprężarki powietrza. Energii, która była bezpowrotnie tracona.
Firma Ingersoll Rand zaproponowała nam efektywny sposób jej wykorzystania w „systemie odzysku energii”.
Najważniejsze cele, jakie zostały osiągnięte, to:
- oszczędność energii finalnej, dzięki wykorzystaniu ponad 90% energii, tym samym zmniejszenie śladu węglowego,
- system monitoringu z archiwizacją danych,
- zmniejszenie nakładów inwestycyjnych dzięki białym certyfikatom,
- stworzenie niezawodnego systemu wytwarzania ciepła,
- niezawodna i wysokosprawna praca sprężarki powietrza.
Warto wspomnieć o profesjonalnym serwisie Ingersoll Rand. Dzięki zdalnemu podglądowi serwis zdalnie kontroluje czas do przeglądu, jak też jest w stanie zdiagnozować problem z usterką czy też awarią systemu.
Autor: Mateusz Grajewski
Sales Team Leader w Ingersoll Rand
artykuł ukazał się w czasopiśmie Nowoczesny Przemysł nr 6/2023
