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Mars Petcare: Drehzahlgergelter Kompressor bringt verbrauchte Energie zurück

2010-03-25

Wärmerückgewinnung spart 575.000 kWh im Jahr
Ein neuer, drehzahlgeregelter Kompressor von Atlas Copco bringt beim Tiernahrungs­hersteller Mars Petcare einen Großteil der von ihm verbrauchten elektrischen Energie in Form von Wärme wieder zurück: Mit einem ausgeklügelten Wärmerückgewin­nungs­­system erhitzt das Unternehmen Wasser für Reinigungszwecke und spart damit rund 575.000 kWh an Heizenergie im Jahr. Außerdem wird die Druckluft heute weit effizienter erzeugt als früher, weil der neue Kompressor die Leerlaufphasen mehrerer alter Maschinen drastisch reduziert.

AC Germany Mars Petcare ZR132VSD
Essen/Verden, März 2010 – „Schon nach den ersten vier Wochen kann ich definitiv sagen, dass wir mit dem neuen Wärmerückgewinnungssystem pro Jahr rund 575.000 Kilowattstunden an Heizenergie sparen“, sagt Werner Ahlden. Er ist bei Mars Petcare in Verden an der Aller, einem Hersteller von Hunde- und Katzennahrung, für die Energie­versor­gung in Produktion und Verwaltung zuständig ist. „Außerdem sinkt unser Stromver­brauch für die Erzeugung der Druckluft durch den neuen Kompressor um 23 Prozent – aufs Jahr hochgerechnet sind das allein über 70.000 Euro!“

Die Werte scheinen gigantisch – obwohl das Unternehmen auf den ersten Blick gar nicht viel ver­ändert hat; es wurde „nur“ ein neuer, ölfrei verdichtender ZR-132-Schrauben­kompres­sor mit Drehzahlregelung (VSD, Variable Speed Drive) angeschafft, der mit einem modernen Wärmerückgewinnungssystem von Atlas Copco ausgestattet ist. Insgesamt versorgen nun acht Kompressoren das Werk mit Druckluft, darunter drei ZR-3-Kompres­soren von Atlas Copco, die schon um die dreißig Jahre alt sind. Die liefen zwar noch anstandslos zuverlässig, meint Ahlden, aber das Management verlange absolute Betriebssicherheit: „Bei so alten Anlagen muss man jederzeit mit einem „Knall“ rechnen.“ Einen Stillstand aber, der unter Umständen den Ausfall der Produktion bedeutete, könne man sich nicht erlauben. „Deshalb fanden es alle sinnvoll, dass wir einen neuen Kompressor anschaffen – erst recht, wenn man auf dem Wege der Wärmerückgewinnung damit noch die Heizkosten für unser Reinigungswasser senken kann.“

Zwei weitere Wärmetauscher nutzen Energie aus der Dampferzeugung

AC Germany Mars Petcare Station
Im Kesselhaus, ein paar Schritte weiter über den Hof, wird Dampf für diverse Prozesse erzeugt – etwa zur Sterilisation, zum Kochen oder Garen. Hier stehen neben dem Speisewasserbehälter, in dem das Wasser für den Dampf vorgehalten wird, zwei weitere Wärmetauscher, die hinter die Wärmerückgewinnung der Kompressoren geschaltet sind. Genutzt wird die Wärme, um Wasser, das im gesamten Werk für Reinigungszwecke benötigt wird, auf 60 °C aufzuheizen. Der Behälter, der dafür zur Verfügung steht, fasst allerdings nur 5 m3, so dass man in Verden derzeit noch nicht die gesamte anfallende Wärme nutzen kann. In einem nächsten Schritt soll ein weiterer, 15 m3 großer Behälter für CIP-Wasser angeschlossen werden (CIP = Cleaning in Place), der die Heizung noch weiter entlastet.

Der neue drehzahlgeregelte Schraubenkompressor wurde von Atlas Copco bereits ab Werk für die Wärmerückgewinnung vorbereitet. Dabei haben die Ingenieure den internen Kühlwasserkreislauf so ausgelegt, dass das Kühlwasser mit Temperaturen von 80 °C, maximal sogar 90 °C, austreten kann. In den ersten Wochen des Betriebs fuhr Mars Petcare zunächst nur mit Temperaturen von 62 °C, damit man nicht unnötig heißes Wasser verwerfen muss, das nicht abgenommen werden könnte. „Sobald wir den 15-Kubikmeter-Behälter angeschlossen haben, will ich aber bis auf 80 Grad Celsius erhöhen“, betont Ahlden.

Pro Stunde werden 4 bis 5 m3 heißes Reinigungswasser bereitgestellt

AC Germany Mars Petcare Silos
Konkret sieht die Wärmenutzung dann so aus: Das 62 °C heiße Kühlwasser aus dem Kompressor läuft in der Wärmerückgewinnungs­anlage über den Wärmetauscher. Auf dessen warmer Seite erhitzt es den Kreislauf für das warme Reinigungswasser von Stadtwasser-Temperatur auf zunächst circa 38 bis 39 °C; auf der anderen Seite kühlt das Stadtwasser das Kühlwasser auf 31 °C Vorlauftemperatur ab. In den beiden folgenden Wärmetauschern im Kesselhaus wird das Reinigungswasser von den knapp 40 °C zuerst auf 50 °C und dann auf 60 °C angehoben. Dazu wird im Kesselhaus die Wärme zweier Prozessschritte genutzt, nämlich beim Entgasen des Speisewasserbehälters und beim Absalzen der Kesselanlagen. Pro Stunde kann Mars Petcare mit der Wärme­rückgewin­nungsanlage 4 bis 5 m3 heißes Reinigungswasser bereitstellen.

So komplex das Konzept der heutigen Wärmerückgewinnung ist, so einfach und selbst­erklärend möchte Ahlden die Anlage gestalten. Daher hängen überall kleine Schilder, die die Fließrichtung anzeigen und die Art des Mediums, zum Beispiel „Rücklauf Kompres­sor“. Außerdem hat der Energie-Experte in die Rückläufe Regelventile und Temperatur­fühler einbauen lassen, an denen die Temperaturen gemessen werden. „Dahinter befindet sich ein Bildschirm, an dem wir alle Daten prüfen und eingreifen können, wenn nötig“, sagt Ahlden. Außerdem gibt es schier unendlich viele analoge Temperaturanzeigen an allen möglichen Rohren: für Vorlauf und Rücklauf des Kühlwassers aus dem Kompres­sor, für Vor- und Rücklauf aus dem Nachkühler und dem Kältetrockner, dann noch für die Temperaturen der Druckluft an den verschiedenen Stellen.
Weil bislang alles so gut läuft und Ahlden das Potenzial der Wärmerückgewinnung für die sehr diskontinuierlich laufende Produktion möglichst noch besser ausnutzen möchte, hält er die Anschaffung eines weiteren drehzahlgeregelten Kompressors für ideal. Warum nicht getaktet, das wäre doch billiger, fragt man ihn. „Weil ich keinen Leerlaufanteil haben möchte; denn in diesen Phasen könnte die Wärmerückgewinnungsanlage nicht gespeist werden.“ Zwei drehzahlgeregelte Kompressoren dagegen könnte er auf jeweils 60 bis 80 % fahren und so nahezu „das Maximum“ an Wärme herausholen.

Rechnerisch sogar mehr als 100 % Energierückgewinnung möglich

Technisch gesehen, können die neuen ZR-Kompressoren von Atlas Copco übrigens sogar eine Wärmemenge aus dem System herausholen, die über dem Wert der hineingesteckten elektrischen Energie liegt – rechnerisch also mehr als 100 % beträgt. Denn die zugeführte Umgebungsluft enthält Wärme und Feuchtigkeit, die sich mit Hilfe der Wärmerück­gewin­nungs­komponenten energetisch nutzen lassen, zum Beispiel indem man die Kondensations­wärme nutzt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann man damit seine Druckluft rechnerisch also sogar zum Nulltarif erhalten, heißt es bei Atlas Copco.

Diskontinuierlich verläuft die Fertigung in den vier Hunde- und Katzennahrungslinien vor allem wegen zum Teil sehr großhubiger Zylinder, in denen Molche bewegt werden. Diese erfordern kurzfristig sehr viel Druckluft. Andere wichtige Verbraucher sind die 25 großen Mehl- und Zutatensilos auf dem Gelände, deren Inhalt ständig mit Luft aufgelockert werden muss, sowie zahlreiche Ventile und Abblasvorrichtungen. Um diese Anlagen zu betreiben, ist die Druckluftversorgung derzeit auf sparsame 6,7 bar eingestellt; vor der Installation des drehzahlgeregelten Kompressors waren es noch 7,0 bar. „Unser Druckluftband läuft jetzt mit plus/minus 0,1 bar extrem stabil“, findet Ahlden. Am Wochenende, wenn die Produktion für einige Zeit stillsteht, fährt er nur mit 4,2 bar. „Ganz auf Null geht nicht, denn wir müssen die Silos kontinuierlich auflockern.“

Auf der Suche nach weiterem Einsparpotenzial legt der ausgebildete Elektriker viel Energie an den Tag. So hat er an den Produktionslinien an mehreren Stellen Geräte eingebaut, die den Verbrauch der Luftmenge messen und anzeigen. „Leider“ gebe es die aber noch längst nicht an jeder Anlage im Werk, aber er würde den Verbrauch „liebend gerne schon heute überall sehen können“. Außerdem verfolgt er das Ziel, alle Maschinen und Anlagen mit einem Leitungssystem zu versorgen, in dem nicht mehr als 6 bar herrschen. Ein erster Schritt ist getan: „Unsere Lieferanten müssen schon heute ihre Maschinen und Anlagen so auslegen, dass sie mit einem Druck von unter 6 bar auskommen.“ Denn jedes Bar, das nicht erzeugt wird, spart aufs Ganze rund 7 % Energie.


Christioph Angenendt

Referent Marketing Kommunikation

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH

Langemarckstraße 35
45141 Essen

Reimund Scherff

Reimund Scherff

Business Line Manager Oilfree Air

Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik

Langemarckstraße 35
45141 Essen