Kiedy kompresor z falownikiem rzeczywiście obniża zużycie energii?
Koszt energii elektrycznej ma duży udział w całkowitych kosztach eksploatacji sprężarkowni. Nic więc dziwnego, że przy zakupie nowego kompresora coraz częściej pojawia się pytanie: czy warto wybrać sprężarkę z falownikiem?
Odpowiedź nie jest jednak tak prosta, jak mogłoby się wydawać. Sam falownik nie gwarantuje niższego zużycia energii. Największe znaczenie ma to, jak zmienia się zapotrzebowanie zakładu na sprężone powietrze w czasie oraz czy sprężarka została prawidłowo dobrana do rzeczywistych warunków pracy.
Właśnie dlatego przed wyborem kompresora warto spojrzeć nie tylko na jego moc czy maksymalną wydajność, ale przede wszystkim na profil poboru sprężonego powietrza.
Dlaczego sposób pracy kompresora wpływa na zużycie energii?
Sprężarka rzadko pracuje przez cały dzień dokładnie w takich samych warunkach. Zapotrzebowanie na sprężone powietrze może zmieniać się wraz z liczbą pracujących maszyn, zmianą produkcyjną, cyklem technologicznym czy chwilowym uruchamianiem kolejnych odbiorników.
W praktyce oznacza to, że instalacja może potrzebować przykładowo dużej ilości powietrza przez kilkadziesiąt minut, a następnie znacznie mniejszej przez kolejną część zmiany.
W przypadku sprężarki stałoobrotowej silnik pracuje z ustaloną prędkością, a regulacja wydajności odbywa się najczęściej poprzez przechodzenie pomiędzy pracą pod obciążeniem i bez obciążenia. Sprężarka nadal może wtedy pobierać energię, mimo że nie dostarcza swojej pełnej wydajności.
Kompresor zmiennoobrotowy działa inaczej. Falownik pozwala zmieniać prędkość obrotową silnika, dzięki czemu wydajność sprężarki może być dostosowywana do aktualnego zapotrzebowania na powietrze.
Nie oznacza to jednak, że wystarczy zamienić każdą sprężarkę stałoobrotową na model VSD, aby automatycznie uzyskać duże oszczędności. Najważniejsze pytanie brzmi:
jak często i w jakim zakresie zmienia się rzeczywisty pobór sprężonego powietrza?
To właśnie ten parametr powinien być jednym z głównych punktów wyjścia podczas doboru sprężarki.
Kiedy kompresor z falownikiem rzeczywiście pozwala oszczędzać energię?
Największy potencjał zastosowania sprężarki VSD pojawia się tam, gdzie zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest zmienne.
Może to dotyczyć zakładów, w których:
-
maszyny są uruchamiane i zatrzymywane w różnych momentach,
-
liczba pracujących odbiorników zmienia się podczas zmiany,
-
poszczególne procesy mają różne cykle pracy,
-
zapotrzebowanie jest inne na różnych zmianach produkcyjnych,
-
maksymalna wydajność sprężarki jest potrzebna tylko okresowo.
W takich warunkach możliwość dostosowania prędkości obrotowej silnika do aktualnego poboru pozwala ograniczyć sytuacje, w których kompresor produkuje więcej sprężonego powietrza, niż jest w danej chwili potrzebne.
Technologia VSD jest właśnie dlatego szczególnie interesująca w instalacjach o wyraźnie zmiennym profilu zapotrzebowania. Prawidłowo dobrana sprężarka zmiennoobrotowa może precyzyjniej dopasowywać wydajność do zmieniającego się poboru, ale decyzja o jej zastosowaniu powinna być poprzedzona analizą profilu zapotrzebowania, instalacji oraz warunków pracy.
Nie w każdej instalacji korzyść będzie jednak taka sama.
Jeżeli zapotrzebowanie na powietrze przez większość czasu utrzymuje się bardzo blisko maksymalnej wydajności sprężarki, korzyść wynikająca z regulacji prędkości może być znacznie mniejsza. Podobny problem może pojawić się wtedy, gdy kompresor został przewymiarowany i przez większość czasu pracuje przy bardzo małym obciążeniu. Dlatego warto unikać prostego podziału:
| Sytuacja | Co warto rozważyć? |
|---|---|
| Duże i częste zmiany poboru powietrza | VSD może być bardzo dobrym rozwiązaniem |
| Różne obciążenie na poszczególnych zmianach | warto przeanalizować sprężarkę zmiennoobrotową |
| Stałe zapotrzebowanie blisko pełnej wydajności | przewaga VSD może być mniejsza |
| Bardzo małe obciążenie dużej sprężarki | należy sprawdzić, czy urządzenie nie jest przewymiarowane |
| Kilka sprężarek pracujących jednocześnie | warto przeanalizować sposób sterowania całym układem |
Ważne jest więc nie samo pytanie „czy kupić falownik?”, ale raczej „jakiej wydajności potrzebuje instalacja w poszczególnych godzinach pracy?”.
Jak sprawdzić, czy sprężarka VSD będzie odpowiednia dla zakładu?
Najlepszym punktem wyjścia jest analiza rzeczywistego zapotrzebowania na sprężone powietrze. Przed doborem warto określić między innymi:
-
minimalne i maksymalne zapotrzebowanie na powietrze,
-
wymagane ciśnienie robocze,
-
liczbę godzin pracy sprężarki,
-
zmienność poboru w ciągu dnia i tygodnia,
-
czas pracy pod obciążeniem i bez obciążenia,
-
liczbę pracujących sprężarek,
-
sposób sterowania obecnym systemem,
-
możliwość przyszłej rozbudowy instalacji.
Samo porównanie mocy silnika dwóch kompresorów nie wystarczy.
Dwie sprężarki o tej samej mocy znamionowej mogą pracować w zupełnie innych warunkach. Jedna może przez większość czasu pracować blisko swojej optymalnej wydajności, podczas gdy druga będzie wielokrotnie przechodzić między obciążeniem a odciążeniem.
W większych sprężarkowniach trzeba dodatkowo analizować cały system, a nie pojedynczą maszynę.
Przykładowo sprężarka stałoobrotowa może pracować jako jednostka bazowa, pokrywając stosunkowo stałą część zapotrzebowania, natomiast sprężarka z falownikiem może regulować swoją wydajność i uzupełniać chwilowe różnice w poborze. Wykorzystanie jednostki zmiennoobrotowej jako sprężarki regulacyjnej jest jednym z możliwych zastosowań. Nie oznacza to jednak, że taki układ będzie właściwy w każdym zakładzie. Liczba sprężarek, ich wydajność oraz sposób sterowania powinny wynikać z rzeczywistego profilu zapotrzebowania.
Warto również pamiętać, że na koszty wytwarzania sprężonego powietrza wpływa nie tylko falownik. Znaczenie mają również m.in. wymagane ciśnienie, sprawność sprężarki, sposób sterowania, stan instalacji czy straty powodowane przez nieszczelności.
Jakie możliwości dają współczesne sprężarki zmiennoobrotowe?
Współczesne kompresory VSD wykorzystują nie tylko regulację prędkości obrotowej, ale również rozwiązania konstrukcyjne mające zwiększać sprawność całego układu napędowego.
Przykładem są sprężarki śrubowe FRECON PLUS PM firmy Hertz Kompressoren, wyposażone w silniki synchroniczne z magnesami trwałymi IPM klasy IE5 oraz napęd bezpośredni. Seria obejmuje obecnie urządzenia o mocy od 5 do 75 kW. Producent deklaruje możliwość oszczędności energii do 55% względem sprężarek bez falownika w zastosowaniach o zmiennym zapotrzebowaniu na sprężone powietrze. Jest to wartość deklarowana dla określonych warunków porównawczych, a nie wynik możliwy do przyjęcia dla każdej instalacji.
W ofercie znajdują się również sprężarki FRECON PLUS o szerszym zakresie mocy. Hertz podaje dla tej serii możliwość oszczędności do 65% w porównaniu ze sprężarkami bez falownika w aplikacjach o zmiennym zapotrzebowaniu. Również w tym przypadku rzeczywisty efekt zależy od warunków pracy oraz prawidłowego doboru urządzenia.
Dla większych instalacji dostępne są także dwustopniowe sprężarki IMPETUS VSD. Warianty zmiennoobrotowe wykorzystują m.in. dwustopniowe sprężanie oraz silniki IPM klasy IE5, a ich konstrukcja jest przeznaczona do zastosowań wymagających większych wydajności.
Nie należy jednak wybierać konkretnej technologii wyłącznie na podstawie najwyższej deklarowanej oszczędności. Znacznie ważniejsze jest dopasowanie zakresu wydajności sprężarki do tego, jak instalacja rzeczywiście pracuje.
Jak dobrać kompresor, aby rzeczywiście ograniczyć koszty energii?
Pierwszym krokiem powinno być określenie zapotrzebowania instalacji, a dopiero później wybór konkretnej sprężarki.
Jeżeli pobór powietrza silnie się zmienia, prawidłowo dobrany kompresor z falownikiem może ograniczyć zużycie energii poprzez dostosowanie swojej wydajności do aktualnego zapotrzebowania.
Jeżeli natomiast instalacja pracuje niemal stale z podobnym obciążeniem, bardziej efektywne może być inne rozwiązanie – na przykład odpowiednio dobrana sprężarka stałoobrotowa albo układ kilku urządzeń pracujących według właściwie przygotowanej strategii sterowania.
Dlatego przy modernizacji sprężarkowni warto analizować jednocześnie:
wydajność, ciśnienie, profil poboru, czas pracy oraz sposób współpracy wszystkich sprężarek.
Falownik jest narzędziem pozwalającym poprawić dopasowanie produkcji sprężonego powietrza do zapotrzebowania. Nie zastępuje jednak prawidłowego doboru sprężarki.
Jeżeli planujesz zakup nowego kompresora lub modernizację istniejącej sprężarkowni, skontaktuj się z nami. Na podstawie parametrów instalacji i charakteru pracy możemy pomóc dobrać rozwiązanie odpowiadające rzeczywistemu zapotrzebowaniu na sprężone powietrze.
