Kintamo greičio kompresoriai: kada pažangesnis valdymas padeda sumažinti elektros sąnaudas?

Pramonėje suslėgtas oras naudojamas gamybos linijoms, pneumatiniams įrankiams, pakavimo įrangai ir automatizuotoms sistemoms. Jo gamyba reikalauja nemažai elektros energijos, o kompresoriaus eksploatavimo išlaidos per kelerius metus gali viršyti pradinę įrangos įsigijimo kainą.

Vienas iš būdų mažinti sąnaudas – kintamo greičio technologija, leidžianti reguliuoti kompresoriaus našumą pagal faktinį oro poreikį.

Vis dėlto tokia sistema ekonomiškai naudinga ne visais atvejais. Skirtumas tarp pastovaus ir kintamo greičio įrangos labiausiai išryškėja tada, kai suslėgto oro poreikis per darbo dieną nuolat keičiasi.

Mini stūmoklinis kompresorius aerografams ADLER AD-4001

Kodėl tradicinis kompresorius naudoja elektrą net negamindamas oro?

Įprastas pastovaus greičio sraigtinis kompresorius dažnai veikia apkrovos ir tuščiosios eigos režimais. Pasiekęs nustatytą slėgį jis gali nustoti tiekti suslėgtą orą, tačiau variklis kurį laiką toliau sukasi. Tuščiosios eigos metu elektros energija vis tiek vartojama. Priklausomai nuo kompresoriaus konstrukcijos ir valdymo, jos sąnaudos gali sudaryti reikšmingą dalį vardinės galios.

Pavyzdžiui, 15 kW kompresorius, kuris pusę darbo laiko veikia visa apkrova, o likusią pusę – tuščiąja eiga, kurios elektros poreikis sudaro 30 proc. pilnos apkrovos galios, vidutiniškai naudos:

• 15 × 0,5 + 15 × 0,3 × 0,5 = 9,75 kW.

Per 2 000 darbo valandų tai sudarytų 19 500 kWh elektros energijos. Esant 0,20 Eur/kWh kainai, metinės išlaidos siektų 3 900 eurų.

Šis pavyzdys parodo, kodėl vien kompresoriaus vardinė galia neatskleidžia realių eksploatavimo sąnaudų.

Mažas betepalinis kompresorius Airpress H 215-6 8 bar 1.5 AG/ 1.1 kW 92 l/min 6 l BoomBox

Kaip veikia kintamo greičio technologija?

Kintamo greičio kompresoriuose naudojama VSD (Variable Speed Drive) sistema, kuri reguliuoja elektros variklio sukimosi greitį pagal suslėgto oro poreikį. Kai gamybos įrenginiai naudoja mažiau oro, kompresorius sumažina našumą. Padidėjus poreikiui, variklis pradeda suktis greičiau. Tokiu būdu sumažinamas laikas, kurį įprastas kompresorius praleistų tuščiąja eiga.

JAV energetikos departamentas nurodo, kad kintamo greičio technologija leidžia efektyviau valdyti sraigtinių kompresorių našumą, kai oro poreikis kinta. Kartu pabrėžiama, kad tikslūs sutaupymai priklauso nuo apkrovos profilio ir esamos valdymo sistemos.

VSD technologija turi ir ribojimų. Kiekvienas kompresorius pasižymi minimaliu bei maksimaliu reguliuojamo našumo diapazonu. Kai oro poreikis tampa mažesnis už minimalią ribą, įrenginys gali pereiti į kitą valdymo režimą arba sustoti.

Kiek galima sutaupyti?

Tarkime, gamybos įmonėje veikia kompresorius, kurio vidutinė faktinė elektros galia yra 22 kW. Įranga naudojama 4 000 valandų per metus, o elektros energijos kaina siekia 0,18 Eur/kWh.

Metinės sąnaudos apskaičiuojamos pagal formulę:

• Elektros galia × darbo valandos × elektros kaina.

• 22 × 4 000 × 0,18 = 15 840 Eur per metus.

Jeigu, remiantis faktinio oro poreikio matavimais, nustatoma, kad kintamo greičio kompresorius tomis pačiomis sąlygomis suvartotų 20 proc. mažiau elektros energijos, rezultatas būtų toks:

Tai iliustracinis scenarijus, o ne konkretaus kompresoriaus garantuojamas rezultatas. Realiam skaičiavimui būtina žinoti abiejų įrenginių elektros galios priklausomybę nuo apkrovos ir užtikrinti, kad būtų lyginamas toks pats tiekiamo oro kiekis bei slėgis.

Kada brangesnė įranga atsiperka?

Kintamo greičio oro kompresoriai paprastai kainuoja daugiau už panašaus pajėgumo pastovaus greičio modelius. Ekonominis pasirinkimo pagrįstumas priklauso nuo papildomos investicijos ir sutaupomos elektros energijos vertės. Tęsiant ankstesnį pavyzdį, galima apskaičiuoti paprastąjį atsipirkimo laikotarpį.

• Jeigu VSD modelis kainuoja 5 000 Eur daugiau, o metinis elektros sutaupymas sudaro 3 168 Eur:

• 5 000 ÷ 3 168 = apie 1,6 metų.

Jeigu įranga dirbtų tik 1 000 valandų per metus ir išliktų toks pats vidutinės galios skirtumas, metinis sutaupymas sumažėtų iki 792 Eur. Tuomet papildoma investicija atsipirktų per maždaug 6,3 metų.

Abu skaičiavimai neapima finansavimo, priežiūros ir remonto sąnaudų skirtumų. Jie parodo pagrindinę tendenciją: kuo daugiau darbo valandų ir kuo didesnis realus elektros sutaupymas, tuo greičiau gali atsipirkti pažangesnis valdymas.

Kuriose įmonėse nauda didžiausia?

Kintamo greičio kompresoriai ypač aktualūs gamybos įmonėms, kurių suslėgto oro poreikis nėra pastovus. Pavyzdžiui, baldų gamykloje skirtingu metu gali veikti nevienodas skaičius pneumatinių įrankių. Pakavimo linijoje oro poreikis priklauso nuo gamybos intensyvumo, o autoservise – nuo vienu metu naudojamos įrangos. Tokiais atvejais VSD sistema gali prisitaikyti prie apkrovos pokyčių ir sumažinti neproduktyvų elektros vartojimą.

Kitokia situacija susidaro gamykloje, kur kompresorius beveik visą laiką dirba visu pajėgumu. Esant pastoviai apkrovai, tinkamai parinktas pastovaus greičio modelis gali būti ekonomiškai naudingesnis. Kanados gamtos išteklių institucijos techninėse rekomendacijose pažymima, kad VSD kompresoriai paprastai efektyviausi dirbdami daline apkrova, o esant visai apkrovai jų pavara gali lemti papildomus energijos nuostolius. Didesnėse sistemose gali būti racionalu derinti kelis įrenginius: pastovaus greičio kompresorius tiekia bazinį oro kiekį, o VSD modelis kompensuoja svyravimus.

Prieš keičiant kompresorių verta patikrinti visą sistemą

Net pažangiausias kompresorius neišspręs problemų, kurias sukelia nesandarūs vamzdynai, netinkamai nustatytas slėgis ar neefektyviai naudojami pneumatiniai įrankiai. Australijos vyriausybės energijos efektyvumo rekomendacijose pabrėžiama, kad suslėgto oro sistemų efektyvumą lemia ne vien kompresoriaus tipas, bet ir valdymo nustatymai, vamzdynų pasipriešinimas, oro nuotėkiai bei kelių įrenginių darbo koordinavimas.

Prieš investuojant verta bent kelias tipines darbo dienas registruoti slėgį, elektros galią, oro srautą ir kompresoriaus apkrovos režimus. Šie duomenys leidžia nustatyti, kiek laiko įranga dirba visu pajėgumu, kiek – daline apkrova ir ar apskritai reikalingas kintamo greičio reguliavimas.

Mini stūmoklinis kompresorius aerografams ADLER AD-4001

Didžiausią ekonominę naudą VSD kompresorius suteikia ne dėl pačios technologijos, o dėl jos atitikties realiam darbo režimui. Tik įvertinus faktinį oro poreikį, elektros sąnaudas ir papildomos investicijos dydį galima pagrįstai nuspręsti, ar pažangesnis valdymas atsipirks.