isoSTOR^Retrofit: Effizienzsteigerung industrieller Druckluftnetze

Die Energieeffizienz gewerblicher und industrieller Drucklufterzeugung kann durch eine isobare Speicherung im Druckluftbehälter und die daraus resultierende, optimierte Kompressortaktung deutlich gesteigert werden. Im Projekt isoSTOR^Retrofit untersucht das Fraunhofer UMSICHT ein neues Konzept, das unter Zuhilfenahme eines phasenwechselnden Kissengases eine nahezu isobare Speicherung in Druckluftbestandsnetzen ermöglichen soll. Dazu entwickeln und untersuchen die Wissenschaftler*innen sogenannte Druckausgleichsmodule, die nachträglich über bestehende Inspektions- und Wartungsöffnungen in herkömmliche Druckluftbehälter eingebracht werden können.

Druckluft ist für Gewerbe und Industrie ein wichtiger Energieträger. Allein in Europa sind über 1,4 Millionen Druckluftkompressoren in Betrieb, in Deutschland gehen sieben Prozent des industriellen Stromverbrauchs auf die Erzeugung von Druckluft zurück. Schon eine kleine Steigerung der Energieeffizienz bei der Drucklufterzeugung bedeutet also ein großes Einsparpotenzial.

Hier kommen die nachrüstbaren Druckausgleichmodule ins Spiel, die im Projekt isoSTOR^Retrofit entstehen. Sie werden über bestehende Inspektions- und Wartungsöffnungen in die ohnehin verbauten Druckluftbehälter eingebracht – ohne bauliche Maßnahmen an der bestehenden Drucklufterzeugungsstation. Ein so nachträglich ausgerüsteter Druckluftspeicher stellt bis zu sechsmal mehr Puffervolumen bereit. Gleichzeitig werden die Stromkosten durch optimierte Taktung des Kompressors um bis zu 20 Prozent reduziert.

Ein weiterer Vorteil: Dadurch, dass die gespeicherte, nutzbare Druckluftmenge beim Betrieb mit Druckausgleichsmodulen deutlich größer ist als im Vergleich zur konventionellen Speicherung, können die Druckausgleichsmodule alternativ dazu eingesetzt werden, den Druckluftbehälter bei gleicher Leistungsfähigkeit für das Druckluftsystem deutlich kleiner zu dimensionieren. Dies ist besonders interessant für Anwendungen, bei denen wenig Platz zur Verfügung steht.

Zur Entwicklung und Untersuchung der Druckausgleichsmodule wurde eine Laboranlage als Speicher konstruiert. In dieser können verschiedenen Parameter wie Temperatur und Druck variiert und deren Einfluss auf die Performance der Druckausgleichsmodule analysiert werden.

Zudem wurden bereits erste Druckausgleichsmodule entwickelt und in der Laboranlage untersucht. Eines der Ergebnisse: Die Kapazität eines Speichers ausgestattet mit den Druckausgleichsmodulen steigt im Vergleich zur reinen isochoren Fahrweise.

Des Weiteren wurde eine Technikumsanlage in Betrieb genommen. Mit Hilfe der Technikumsanlage soll gezeigt werden, dass die Schaltfrequenz reduziert und somit Energiekosten eingespart werden können. Die Technikumsanlage besteht aus einem 4 kW Druckluftkompressor mit nachgeschaltetem Druckluftkältetrockner und einem 250 l Druckluftbehälter. In den Druckluftbehälter werden die Druckausgleichsmodule in großer Stückzahl eingebracht. Eine Verbraucherstation simuliert reale Druckluftsysteme, um eine Bewertung des Energieverbrauchs bzw. der Energieeinsparungen bei unterschiedlichen Lastverläufen zu erlauben.