Mikor válasszunk fordulatszám szabályzós csavarkompresszort?

Asűrített levegő a víz, gáz és elektromos áram mellett gyakorlatilag minden ipari létesítményben jelenlevő energiaforrás, amelyet jellemzően a helyszínen állítanak elő kompresszorok segítségével. Becslések alapján az iparban felhasznált elektromos áram 10 %-át a sűrített levegő előállítására, és a hozzá kapcsolódó rendszer üzemeltetésére használják fel.

Manapság egyre elterjedtebb, hogy beruházásoknál, új berendezések vásárlása esetén a vevő szeretné tudni a „teljes életút költséget” (Total Cost of Ownership = TCO). Ez a szám egy eszköz birtoklásának valós költségét mutatja, amiben benne vannak azok az elemek is, amelyeket a berendezés élettartama alatt fog a vevő kifizetni. Megvizsgálva egy csavarkompresszorhoz tartozó TCO értéket, talán némiképp meglepődve láthatjuk, hogy az élettartama során felmerülő költségek 82%-át a kompresszor működtetésére, azaz elektromos áramra költjük. Emellett a két számottevő érték a beruházási költség (10%), valamint a gép karbantartása (8%). A jellemző gyakorlat azonban még sok ipari szereplőnél az, hogy a beruházási költséget próbálják minél alacsonyabbra szorítani, de nem veszik figyelembe az egyéb költségeket. Ezen információk fényében érdemes megvizsgálni, hogy hogyan tudjuk csökkenteni az energiaköltségeket és mikor érdemes fordulatszám szabályzós kompresszor vásárlásán gondolkodnunk.

A hagyományos, fix fordulatszámú csavarkompresszorok működését jól jellemzi a nevük. A sűrítőfokozat rotorjai fix fordulatszámon forognak sűrített levegő előállítása közben. A kompresszor vezérlésében be van állítva egy egyedi nyomás sáv. Amikor az üzemben lévő sűrített levegő nyomása a levegő felhasználásának köszönhetően a nyomás sáv alsó értéke alá csökken, akkor azt a vezérlés észleli, elindítja a villanymotort és ezáltal a kompresszort, hogy pótolja az elvesztett nyomást. A kompresszor elkezdi termelni a sűrített levegőt, és a sűrített levegős hálózat nyomása elkezd növekedni. Amikor elérjük a nyomás sáv felső határát, akkor a vezérlés ismételten észleli ezt, és üresjárati üzembe helyezi a kompresszort, ami során egy csökkentett fordulatszámon forog a motor, de nem termel a hálózat felé. A csökkentett teljesítménynek köszönhetően ekkor kevesebb a villamos áram fogyasztás. Amennyiben nincsen számottevő sűrített levegő felhasználás, akkor a kompresszor egy adott idő eltelte után lekapcsol. Ha viszont újra eléri a nyomás a sáv alsó határát, akkor üresjáratból ismét terhelt járatba vált a kompres - szor. A sűrített levegő felhasználás egyik fontos mutatója, hogy a fix fordulatszámú kompresszornak mekkora a „terhelt/össz. üzemóra arányszáma”, ami azt mutatja, hogy a kompresszor mennyi időt töltött el terhelt üzemben, és mennyit üresjáratban.

Ezzel ellentétben a fordulatszám szabályzós kompresszorok az üzem levegőigényéhez igazítják a főmotor fordulatszámát. A kisebb levegőigény és a kisebb fordulatszám kisebb villamos energia fogyasztást is fog jelenteni. Míg a fix fordulatszámú csavarkompresszor folyamatosan kibekapcsolgat terhelt és üresjárati üzem között, a fordulatszám szabályzással ellátott gépek folyamatosan változtatják

1. ábra: Fix fordulatszámú és fordulatszám szabályzós 55 kW-os csavarkompresszor teljesítménygörbéje

a fordulatszámot és nem kapcsolnak ki, nem mennek át üresjárati üzembe. Az üresjárati üzem azért nem kívánt, mert gyakorlatilag úgy van villamos energia fogyasztása a kompresszornak, hogy nem végez hasznos munkát. Az 1. ábrán egy fix fordulatszámú (piros) 55kW-os olajbefecskendezéses csavarkompresszor teljesítménygörbéjét láthatjuk. A vízszintes tengelyen a már fentebb kifejtett „terhelt/össz. üzemóra arányszám” látható, a függőleges tengelyen a bemeneti teljesítmény. Ebbe a koordináta-rendszerbe transzformáltuk a fordulatszám szabályzós gép zöld görbéjét, ami azt mutatja, hogy a fix fordulatú gép adott arányszámánál a fordulatszám szabályzós milyen teljesítményt vesz fel. A konkrét példánkban a fix fordulatszámú kompresszor 10.000 terhelt üzemóránál járt és ebből 5.300 óra volt terhelt járat. Ez azt jelenti, hogy gyakorlatilag a kompresszor az üzeme felében nem végzett hasznos munkát, nem termelt sűrített levegőt, csak készenlétben forgott.

A diagramon behúztunk egy függőleges egyenest az üzemórákból kalkulált 0,53-as értéknél. Ahol az egyenes metszi a piros és a zöld görbét, látjuk, hogy mekkora teljesítményt vesz fel abban az üzemben a fix, és men - nyit a fordulatszám szabályzós kompresszor. Leolvasható, hogy a fix fordulatszámú berendezés motorja 18 kW-tal több teljesítményt vesz fel adott üzemi környezetben azért, mert folyamatosan váltogat terhelt és üresjárati üzem között. Eközben a fordulatszám szabályzós gép folyamatosan terhelt üzemben és teljesítményét változtatva termeli a sűrített levegőt. Egy átlagos magyarországi 0,08 €cent/kWh villamos energia árral számolva az látszik a konkrét példán, hogy 10.000 üzemóra alatt az adott felhasználási paraméterekkel 14.400 € villamos energia költséget spórolt volna meg az üzem, ha fordulatszám szabályzós kivitelt választ.

Nagyon fontos kihangsúlyozni, hogy ha megfelelően méretezzük a kompresszort, és az üzemben a sűrített levegő felhasználás szintje konstans, nem periodikus, akkor a fix fordulatszámú berendezés vétele a legjobb döntés. Hogyha ez a kompresszor folyamatosan terhelt üzemben tud járni, akkor a kisebb beruházási költség mellett a villamos energia felhasználása még minimálisan alacsonyabb is, mint a fordulatszám szabályzós gépé. Azonban, ha gyakran változik a sűrített levegő mennyisége, vagy csak időszakosan használ az üzem nagy mennyiséget, esetleg nincsenek pontos adataink zöldmezős beruházásnál a levegő felhasználásról, akkor a fordulatszám szabályzós kompresszor a jó választás. Az átlagosan 2%-kal magasabb beruházási ára nagyon gyorsan, akár pár hónapon belül is megtérülhet, és hosszú távon nagymértékben csökkentheti a villamos energia fogyasztást. A fix fordulatszámú gépet a 0,85-0,90-es arányszámig érdemes választani, ezalatt az érték alatt azonban mindenképpen a fordulatszám szabályzós a legjobb választás.

Kulin Tamás

Aleghíresebb feltevés az úgynevezett Hubbert-féle olajhozamcsúcs elmélet („peak-oil” theory), és a hozzá tartozó görbe kiszámítása volt. Az olajcsúcs elmélete, a kőolajmezők és földgázlelőhelyek kapacitásának becslése az ezen a te rületen végzett kutatásokon alapszik. Feltételezései szerint a földtani olaj-, földgáz-, és szénvagyon feltárása után a kitermelésük rohamosan növekszik az egyre hatékonyabb termelési eljárások bevezetésének, illetve az egyre nagyobb mértékű kőzet feltárásnak köszönhetően. Miután a kitermelés egy ponton eléri maximumát, ugyanolyan gyorsaság gal elkezd csökkenni, emiatt a kirajzolt görbe nagyjából szimmetrikus, csúcsa a kumulált kitermelés felénél helyezkedik el.

Az elméletet a saját korában, és a későbbiekben is számos kutató támadta. Legtöbben a módszer azon problémájára mutattak rá, hogy az összes kinyerhető olaj mennyiségét statikusnak, időben állandónak tekinti, miközben az dinamikusan változó. Ez azt jelenti, hogy a technológiai, gazdasági és földtani tényezők hatására is változhat, emiatt becslése igen nehézkes, nem lehet csak a múlt tapasztalataiból következtetni. Számolnunk kell azzal a ténnyel is, hogy a technológia fejlődésével folyamatosan újabb természeti erőforrásokra bukkanunk, majd ezek gazdaságos kitermelésére is megoldást találunk (ilyen volt a 2010-es években a palaolaj kitermelése). Erre bizonyíték a több évtizedes bizonyított tartalékok adatai, miszerint a kőolaj tartalékok mértéke kb. 50%-kal, a földgázé pedig 55%-kal nőtt 1995 óta. Emiatt, és a fogyasztási adatok bizonytalansága miatt szinte lehetetlen a tartalékok kifogyását pontosan előre jelezni. Elképzelhető, hogy az olajtartalékok kimerülése krízishelyzethez vezet az elkövetkezendő 50-100 évben, azonban még ez előtt nagy valószí nűséggel az éghajlatváltozás és az azzal összekapcsolható természeti jelenségek miatt lesz létfontosságú a fogyasztási szokásaink átgondolása és megváltoztatása.

A klímaváltozás és a fosszilis energiahordozók felhasználása elleni küzdelem kapcsolatának leírásakor az egyik legfontosabb paraméter a teljes szén-dioxid terhelés, melynek légköri tartózkodási ideje 20-150 év. A párizsi klímaegyezményben célként tűzték ki, hogy a globális átlaghőmérséklet emelkedését 2°C alatt kell tartani az iparosodás

előtti szinthez képest. Az ENSZ

Éghajlatváltozási Kormányközi Testületének (IPCC) becslései szerint ez

275 milliárd tonna szén-dioxidnak

felel meg, mint a kibocsátás felső

határa („carbon budget”), hogy 50%

eséllyel tudjuk teljesíteni a klíma tervben foglaltakat. Ha a jelenleg

ismert tartalékokat mind felhasználjuk, akkor kb. 750 milliárd tonna

CO 2 jut a légkörbe. Tehát az ismert tartalékaink legalább kétharmadát

a föld alatt kell hagynunk a globális éghajlati céljaink elérése érdekében. Az IPCC jelentésében meghatározott értéket sokan támadják amiatt, hogy a légkörkutatás rengeteg változót használ a számolásai során, mely miatt az ilyen modellek előrejelzésének bizonytalansága igen nagy. A legkonzervatívabb számítások alapján a jelenlegi tartalékok kevesebb, mint 20%-át használhatjuk csak fel.

A Carbon Tracker tanulmánya szerint a „nem-elégethető szén”, az a fosszilis tüzelőanyag mennyiség, amiről le kell mondanunk, komoly gazdasági károkat okozhat majd. Ha a fosszilis energiahordozókba való befektetési ráta szintje nem változik nagy mértékben az elkövetkező

években, akkor akár a tartalékok kialakításába fektetett 6,74 milliárd dollárnyi tőke mehet kárba a következő évtizedekben. A tanulmány ezeket a befektetéseket „stranded assets”-nek, vagyis minimális értékű, úgynevezett „megfeneklett tőkének” nevezi. Tehát felmerül az a kérdés, hogy van-e értelme aggódnunk a fosszilis energiahordozó tartalékok kimerülése miatt (a befektetőkön kívül, akiknek úgy látszik, tényleg van miért félniük), vagy inkább azzal kellene foglalkoznunk, hogy mivel helyettesítsük ezeket a klímaváltozás megállítása érdekében.

Klímaváltozás szempontjából a mai olaj alapú társadalom nem túl kedvező. Az olaj kitermelésétől a felhasználásáig kerülnek üvegházhatású gázok a légkörbe, és számos iparág hasznosítja a különböző kőolajszármazékokat, például a vegyipar, polimergyártás, közlekedés vagy az energiaipar. Éppen ezért fontos, hogy minél előbb elkezdjünk alternatív energiaforrások, energiahordozók kifejlesztésén dolgozni, hiszen az átállás hosszú folyamat lesz, és annak még azelőtt meg kell történnie, hogy a jelenleg ismert és gazdaságosan kitermelhetőnek tartott tartalékok aránya nullára csökkenne. Az új energiafajtának klímasemlegesnek és hosszútávon fenntarthatónak kell lennie. Ezeknek a szempontoknak jelenleg a különböző megújuló ener giaforrások felelnek meg, ám ezek továbbfejlesztése mindenképpen szükséges, jelenlegi hatásfokukkal és elterjedtségükkel ugyanis nehezen tudnák helyettesíteni a kőolajat.

A kőolaj készletek tehát vagy teljesen ki fognak merülni, vagy környezetvédelmi okokból kénytelenek leszünk a kitermelést és a felhasználást korlátozni, tehát mindkét esetben szükség van a nem fosszilis energiaforrások előtérbe kerülésére. Mivel ebben az irányban még igen hosszú út áll előttünk, fontos, hogy minél előbb, még az olajcsúcs elérése idején elkezdjük keresni és fejleszteni az alternatívákat. Amit elsősorban szem előtt kell tartanunk, az a fenntarthatóság, hiszen az olajcsúcs elmélet múltjára visszatekintve az elsődleges tanulság az, hogy a készleteink végesek, és arra is figyelnünk kell, hogy milyen ütemben termeljük ki és használjuk fel a kőolajat. Erre Hubbert is felhívta a figyelmet:

"Növekedés, növekedés, növekedés - ez minden, amit tudunk ... A világ termelése 10 évente meg duplázódik; az emberi népesség növekedése olyan, mintha sem mi nem történt volna a geológiai történelem során. A világ csak a rengeteg megduplázódást fogja tolerálni akármiből - legyen az erőmű vagy szöcske."

- M. King Hubbert, 1975.

A növekedés tehát nem tarthat örökké, főleg akkor, ha az alapja egy olyan energiafajta, ami néhány évszázad alatt kimeríthető, és káros hatással van a környezetre.

Földvári Nikolett

Forrás: https://ourworldindata.org/how-longbefore-we-run-out-of-fossil-fuels

Kép forrása: Pexels - Creative Commons