Jak falownik wpływa na zużycie energii w sprężarce

Telefon do serwisu, poniedziałek, godzina 14:45

„Dzień dobry, z tej strony Janusz W. Musimy coś zrobić z rachunkami za prąd! Sprężarka chodzi od rana do wieczora, a ja mam wrażenie, że przez pół dnia to ona chodzi tylko z przyzwyczajenia. Słyszałem o falownikach w sprężarkach, ale nie wiem, czy to faktycznie oszczędzi mi prąd, czy to tylko kolejny chwyt marketingowy.”

Tak zaczęła się jedna z tych rozmów, które z pozoru dotyczą tylko jednego urządzenia w hali, a w praktyce prowadzą nas do analizy całego procesu produkcyjnego. Bo sprężarka to nie tylko metalowa skrzynia, która dmucha powietrze. To źródło energii w postaci sprężonego powietrza, a jak każda forma energii – kosztuje. I to niemało.

W dzisiejszym artykule opowiem Ci, jak falownik może zmienić sposób pracy sprężarki i wpłynąć na zużycie energii elektrycznej. I tak, będzie też matematyka – ale prosta i przydatna.

Jak działa sprężarka stałoobrotowa? - „pełny gaz” niezależnie od potrzeb

Tradycyjna sprężarka śrubowa o stałej prędkości obrotowej pracuje w trybie ON/OFF:

• ON - silnik pracuje z maksymalnymi obrotami, generując pełną wydajność,
• OFF - silnik wyłączony, gdy osiągnięto ciśnienie maksymalne,
• jest jeszcze stan pośredni, gdy sprężarka pracuje w odciążeniu.

Problem w tym, że w większości zakładów zapotrzebowanie na powietrze zmienia się w ciągu dnia. Rano produkcja rusza pełną parą, w południe jest stabilniej, a po południu często spada. Tylko, że przed końcem zmiany pracownicy z reguły odmuchują swoje stanowiska pracy i znowu mamy maksymalne zapotrzebowanie na sprężone powietrze.

Stałoobrotowa sprężarka nie zna pojęcia „połowę mniej” – jeśli jest włączona, pobiera 100% mocy znamionowej (drobne uproszczenie, bo może pobierać więcej), nawet jeśli aktualne zapotrzebowanie wynosi np. 50% wydajności.

Co gorsza, w tzw. pracy luzem czyli odciążeniu (ang. unloaded), gdy wirnik spręża tylko na „pusto”, pobór mocy i tak wynosi 20–40% mocy nominalnej. To strata, której nie widać na manometrze, ale widać na fakturze za energię.

Jak działa sprężarka z falownikiem? – „gaz zgodny z ruchem”

Falownik (przemiennik częstotliwości, VSD – Variable Speed Drive, RS - Regulated Speed) steruje prędkością obrotową silnika w sposób płynny. Zamiast pracy w dwóch stanach, mamy pełne spektrum od minimalnych do maksymalnych obrotów.

Dzięki temu:

1. Sprężarka produkuje tyle powietrza, ile jest potrzebne - jeśli zapotrzebowanie spada o 30%, silnik zwalnia i pobiera mniej prądu.
2. Ograniczamy pracę luzem - w trybie zmiennej prędkości nie ma długich okresów „dmuchania w próżnię”.
3. Unikamy dużych prądów rozruchowych - falownik łagodnie startuje silnik, co zmniejsza obciążenia mechaniczne i elektryczne.

Efekt? W zależności od profilu pracy zakładu oszczędności energii sięgają 20–35% rocznie.

Jak obliczyć koszty? - falownik vs. sprężarka stałoobrotowa

Załóżmy, że mamy sprężarkę śrubową o mocy znamionowej silnika 45 kW, ciśnieniu roboczym 10 bar, wydajności 7,0 m³/min (zgodnie z ISO1217, Aneks C), silnik ma współczynnik przeciążenia Service factor 1,17, a podczas pracy w odciążeniu pobiera 30% mocy znamionowej.

Parametry zakładu:

• Czas pracy sprężarki: 2 zmiany x 8 godzin x 250 dni rocznie = 4000 godzin/rok
• Średnie zapotrzebowanie na powietrze: 60% wydajności nominalnej
• Cena energii elektrycznej: 1,00 zł/kWh

A) Sprężarka stałoobrotowa:

• Sprężarka pracuje przy 60% obciążenia
• Produkcja sprężonego powietrza: 60% x 4000 godzin x 7,0 m³/min x 60 min = 1.008.000 m³
• Zużycie energii podczas dociążenia: 1,17 x 45kW x 60% x 4000 godzin = 126.360 kWh
• Zużycie energii podczas odciążenia: 0,3 x 45kW x 40% x 4000 godzin = 21.600 kWh
• Całkowite zużycie energii: 147.960 kWh
• Koszt energii: 147.960 PLN

B) Sprężarka z falownikiem:

Falownik pozwala zredukować moc proporcjonalnie do obciążenia.

• Zakładając, że sprężarka z falownikiem będzie musiała wyprodukować tą samą ilość sprężonego powietrza w tym samym całkowitym czasie to powinna pracować ze średnią wydajnością na poziomie 1.008.000 m³/ 4000 godzin / 60 min = 4,2 m³/min.
• Przy takiej wydajności sprężarka z falownikiem pracuje na poziomie częściowego obciążenia i chwilowy pobór mocy wynosi 32,1 kW
• Całkowite zużycie energii: 32,1kW x 4000 godzin = 128.400 kWh
• Koszt energii: 128.400 PLN

Oszczędność:

147.960 PLN - 128.400 PLN = 19.560 PLN/rok
Przy większych wahaniach zapotrzebowania oszczędność może przekroczyć 30 tys. zł rocznie.

Jakie masz możliwości zastosowania falownika?

Możliwości są dwie:

1. Montaż do sprężarki oddzielnie kupionego falownika.

W takim przypadku pojawia się jednak kilka problemów:

• Profil zużycia powietrza - falownik jest najbardziej opłacalny tam, gdzie zapotrzebowanie jest zmienne. W aplikacjach z ciągłym 100% obciążeniem, efekt jest marginalny, a nawet może przynosić stratę, bo falownik też zużywa energię elektryczną i jest to dodatkowa energia do energii zużywanej przez silnik elektryczny.
• Zakres regulacji obrotów - zbyt niskie obroty mogą powodować niewystarczające smarowanie stopnia śrubowego. Warto sprawdzić minimalne bezpieczne obroty dla danej konstrukcji.
• Blokada prędkości - konstrukcja Twojej sprężarki może powodować konieczność zablokowania niektórych prędkości obrotowych, aby układ nie wpadł w rezonans.
• Jakość energii elektrycznej - falownik generuje zakłócenia harmoniczne (THD). W niektórych zakładach konieczne są filtry.
• Chłodzenie - mniejsze obroty to mniej ciepła, ale i mniejszy przepływ powietrza przez chłodnice. Projekt musi uwzględniać ten aspekt.

2. Zakup sprężarki wyposażonej fabrycznie w falownik

Układ elektryczny i mechaniczny jest fabrycznie dostrojony do współpracy i dzięki temu masz pewność, że nie wystąpi żadna usterka spowodowana zastosowaniem przemiennika częstotliwości.

Jednocześnie od samego początku eksploatacji cieszysz się ograniczeniem zużycia energii elektrycznej i co za tym idzie Twoich rachunków za energię elektryczną.

 

Żeby być pewnym jak to będzie wyglądać w Twoim przypadku powinniśmy przeprowadzić pomiary zużycia sprężonego powietrza i określić profil zapotrzebowania na sprężone powietrze w zakładzie, bo od niego zależy jak dużą oszczędność energii elektrycznej można wygenerować.

Sprężarka z falownikiem wprawdzie jest droższa od sprężarki stałoobrotowej, ale generowane roczne oszczędności sprawiają, że taka inwestycja zwraca się z reguły w ciągu 1-3 lat.

Kiedy sprężarka z falownikiem może się nie sprawdzić?

Podczas wizyty naszego handlowca w jednym zakładzie stolarskim właściciel powiedział mu:

„Jak kupiłem sprężarkę z falownikiem, to myślałem, że oszczędzę prąd. A tu po roku zużycie prawie bez zmian!”

Szybkie przejście przez halę i okazało się, że problemem były… wycieki. Instalacja miała tyle nieszczelności, że sprężarka cały czas kompensowała straty. Falownik, choć działał idealnie, nie miał szans oszczędzać, bo maszyna przez większość dnia produkowała powietrze… uciekające w powietrze.

Dlatego przed inwestycją w falownik warto wykonać audyt szczelności instalacji. To tak, jakbyśmy chcieli zmniejszyć rachunki za ogrzewanie, ale zapomnieli zamknąć okna.

Falownik to świetne narzędzie do optymalizacji pracy sprężarki, ale nie jest magiczną różdżką. Największe korzyści osiągniemy, gdy:

• zapotrzebowanie na powietrze jest zmienne,
• instalacja jest szczelna,
• sprężarka jest dobrana do rzeczywistych potrzeb zakładu.

Potencjalne oszczędności rzędu 20–35% rocznie przekładają się na realne pieniądze – w przypadku omawianej sprężarki 45 kW to minimum dwadzieścia tysięcy złotych. A dodatkowo wydłużamy żywotność podzespołów i zmniejszamy hałas w hali.

Sprężarki CompAir serii L 7-290 RS - falownik, który robi różnicę

Sprężarki śrubowe CompAir serii RS są wyposażone w falownik umożliwiający zmienną prędkość obrotową, co w praktyce oznacza zmienną wydajność dostosowaną do rzeczywistego zapotrzebowania na sprężone powietrze.

Ta precyzyjna adaptacja ma kluczowe znaczenie w zakładach produkcyjnych, gdzie zapotrzebowanie powietrza zmienia się w ciągu dnia ze względu na różne etapy procesu, długości cykli produkcyjnych czy przełączanie się maszyn.

Dzięki przejściu od typowej pracy ON/OFF do modulowanej pracy z regulacją prędkości, sprężarka z falownikiem dostarcza dokładnie tyle powietrza, ile jest potrzebne – bez nadmiaru i bez marnotrawstwa.

To jest klucz do zrozumienia, co oznacza realna różnica w kosztach.Jeśli chcesz sprawdzić, czy sprężarka z falownikiem faktycznie się opłaci w Twojej firmie to zadzwoń lub napisz.

Wspólnie oszacujemy potencjalne oszczędności z zastosowania takiego rozwiązania.