Siemens Turbomachinery Equipment A/S

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Luft er dyr: Energibesparelses muligheder gennem optimering af beluftningsudstyr, fra kompressor til iltoverførsel i vandet. Answers for clean air, clean water and clean energy Page 1 15 juni 2009 KHP PHA 1

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Siemens Turbomachinery Equipment A/S in Helsingør STE Helsingør Vores firma blev stiftet i 1882 som Helsingør skibsværft Vi ændrede vores fokus væk fra skibsbygning til turbo kompressorer i 1973 og ændrede navn til HV-Turbo HV-Turbo blev opkøbt og integreret af Siemens I 2007 Vi er nu en del af Siemens Turbomachinery Equipment (STE) Group. Virksomheden i Helsingør har en fuldt udstyret produktion på 15.000 m 2 Vores reference liste er på mere end 6000 installeret Kompressorer, med >1.000 installeret siden 2005 Vi er repræsenteret i 160 lande af Siemens regionale kontorer Vi er førende inden for beluftnings processen på spildevands markedet. Siemens Turbomachinery Equipment A/S main entrance STE Helsingør Nøgletal Salgs volume [meur] 85 antal ansatte: 290 produktions kapacitet [enheder/år]: 400 Page 2 15 juni 2009 KHP PHA 2

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Motivation for Life cycle cost Hvad er motivationen for valg af beluftnings systemer? LIFE CYCLE COSTS CAPITAL COSTS 10% Energi effektivitet Regulering af luftmængde (turndown) og stadig holde en høj virkningsgrad Kvalitet af beluftnings systemet og Siemens som en virksomhed. Med over 30 års erfaring af høj effektive beluftnings systemer er det hvad STE prøver at imødekomme TOTAL OPERATING COSTS (20 YEARS) 90% OPERATING COSTS MAINTENANCE COSTS (20 YEARS) 3% - 5% ENERGY COSTS (20 YEARS) 95-97% Page 3 15 juni 2009 KHP PHA 3

Optimering af omkostninger til Beluftning Virkningsgrad Ilt overførsel Størrelse af luftboble Iltkoncentrationen i vand Opholdstid i vandet Vandybde Vandflow Temperatur Kompressor: Virkningsgraden er direkte relateret til energi besparelse. Forskellige kompressorer varierer i virkningsgrad alt efter design Ved regulering er det vigtigt at holde virkningsgraden så høj som muligt. Virkningsgraden er direkte relateret til varme tab. Virkningsgraden ændres ved turbulens og mekanisk kontakt Page 4 15 juni 2009 KHP PHA 4

Optimering af omkostninger til beluftning Regulering og overvågning Iltforbrug ændres igennem en daglig cyklus Iltmængde i luften ændres ved temperaturændringer, varmere luft mindre ilt pr. kubikmeter luft Regulering og overvågning af anlæg giver mulighed for store energibesparelser Page 5 15 juni 2009 KHP PHA 5

Optimering af omkostninger til beluftning Regulering og overvågning Eksempel fra et renseanlæg (Cinco Ranch, USA): Iltkoncentration i spildevand ved konstant beluftning 5.100 4.250 3.400 2.550 1.700 Luftflow (m 3 /t) 850 (m3/t) Page 6 15 juni 2009 KHP PHA 6

Optimering af omkostninger til beluftning Regulering og overvågning Eksempel fra et renseanlæg (Cinco Ranch, USA): Potentiel energibesparelse ved regulering af luftflow efter behov Page 7 15 juni 2009 KHP PHA 7

Beluftningsmetoder Overfladebeluftning Pladehjulsbeluftere Splash aerators Børster Page 8 15 juni 2009 KHP PHA 8

Beluftningsmetoder Overfladebeluftning Virkningsgrad, effekt overførsel (kg O 2 /kwh) Regulering/overvågning 0,9 1,7 Inhomogen O 2 fordeling besværliggør regulering og overvågning Fordele Enkel vedligeholdelse og montering Ulemper Relativt højt energiforbrug, begrænset vanddybde Page 9 15 juni 2009 KHP PHA 9

Beluftningsmetoder Bundbeluftning Tallerkendiffussorer Fleksibel membran Porer i membranen Page 10 15 juni 2009 KHP PHA 10

Beluftningsmetoder Bundbeluftning Rørdiffussorer Pladediffusorer Page 11 15 juni 2009 KHP PHA 11

Beluftningsmetoder Bundbeluftning Virkningsgrad, effekt overførsel (kg O 2 /kwh) Regulering/overvågning Fordele 1,9 4.0 Jævn fordeling af O 2 in vandet forenkler regulering og overvågning Energieffektiv løsning Optimeret løsning til spildevandsbehandling Ulemper Høje startomkostninger, vedligeholdelse og montering relativ dyr Page 12 15 juni 2009 KHP PHA 12

Beluftningsmetoder Ren Ilt Virkningsgrad, effekt overførsel (kg O 2 /kwh) Regulering/overvågning Fordele 1,0 Gode muligheder for overvågning og styring Iltmætning >100% Ulemper Relativt højt energiforbrug Page 13 15 juni 2009 KHP PHA 13

Beluftningmetoder Sammenligning af virkningsgrader for forskellige metoder Metode Ren ilt Overfladebeluftning Pladehjuls beluftere Børster Bundbeluftning kapselblæser Diffusorer med grove bobbler Diffusorer med fine bobbler Bundbeluftning turbokompressor Diffusorer med grove bobbler Diffusorer med fine bobbler Virkningsgrad (kg/kwt) 1,0 1,5 2,1 0,9 2,0 1,5 2,1 2,5 3,1 1,9-3,2 2,8 4,0 Referencer: Environmenal Dynamics Inc. Technical Bulletin 127. Energy consumption and typical performance of various types of aeration equipment. Aeration systems. Mueller J.A., Boyle W.C., Pöpel H.J. (2002) Aeration: principles and practice. CRC press Strandmøllen industrigas Page 14 15 juni 2009 KHP PHA 14

Beluftningsmetoder Bundbeluftning Diffusorer med grove bobler Iltoverførselseffektiviteten 1 er ca. 2.5 % per meter diffuser dybde. Ved 3m vanddybde er iltoverførselseffektiviteten ca. 7.5 % Diffusorer med fine bobler Iltoverførselseffektiviteten er ca. 6.6 % per meter diffuser dybde. Ved 3m vanddybde er iltoverførselseffektiviteten ca. 20 % De fleste renseanlæg bruger i dag fin-boble diffussorer. 1 Iltoverførselseffektiviteten er den mængde ilt der overføres fra indblæsningsluften til vand, angives i %. Page 15 15 juni 2009 KHP PHA 15

Beluftningsmetoder Bundbeluftning - iltoverføringseffektivitet Standard beluftnings effektivitet (kg O 2 /kwh) Difference = 20% Vanddybde Diffussorer 0.3 m fra bunden For fin-boble diffussorer Iltoverførselseffektivitet = 6 % Figur fra: Aeration: principles and practice. Af James A. Mueller, William Charles Boyle, H. Johannes Pöpel (2002) SOTE SO Specifik iltoverføringseffektivitet (%/m) Turbo kompressor Kapsel blæser (PD-blower) Forskel i energiforbrug, kapselblæser turbokompressor Standard beluftningseffektivitet ved 3m dybde for turbokompressor og kapselblæser Page 16 15 juni 2009 KHP PHA 16

Beluftningsmetoder Bundbeluftning - iltoverførselseffektivitet Iltoverførselseffektivitet (SOTE, %) med forskellige typer diffussorer og varierende luftflow per diffuser. Vanddybde 4,5 m Figur fra: Aeration: principles and practice. Af James A. Mueller, William Charles Boyle, H. Johannes Pöpel (2002) 0 1,8 3,5 5,3 7 8,8 Luft flow per diffuser (Nm 3 /h) Page 17 15 juni 2009 KHP PHA 17

Beluftningsmetoder Bundbeluftning Kapselblæser: Specifikationer: Differenstryk fra 0,2 bar op til 1 bar Flow from 100 m 3 /t - 12000 m 3 /t Rotere fra 1000 rpm op til 2000 rpm Effekt fra 10 kw 200 kw Standard produkt Meget lav frekvens støj Centrifugal kompressor radial type: Specifikationer: Differenstryk fra 0,2 bar op til 2 bar Flow fra 2000 m3/t 125.000 m 3 /t Hurtiggående aksel op til 30.000 rpm Effekt 75 kw 3500 kw Speciel optimeret til forbruger Højfrekvens støj Fungerer som en pumpe: Q1 p P = + tab η Fungerer som en centrifuge κ R κ 1 P2 P1 1 m& + tab Page 18 15 juni 2009 KHP PHA P = gas T η inlet isentropis k κ 1 κ 18

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Sammenligning af Kapselblæser vs Turbokompressor 90 Control: Guide Vanes Regulerings70 område 60 50 Control: VFD positive disp w w Luftmængde t p 100 90 % 80 70 c a p a c i t y 60 ændres 15% 50 e f f i c i e n c y - % Discharge Inlet i s e n t ro p i c 80 single stage 40 Page 19 15 juni 2009 KHP PHA 19

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Turbokompressor Performance Data Sheet SPECIFIC PERFORMANCE DATA SHEET Page 20 15 juni 2009 KHP PHA 20

Beluftnings Metoder Bundbeluftning forskelle mellem teknologier Virkningsgrad Tab som påvirker effekten og ikke er taget højde for ved Isentropisk virkningsgrad Kapselbæser: -Remtræk ca.10% -Externe varmetab 1% -Motor tab 5% -Frekvensomformer 3% hvis der er nogen Turbo kompressor: -Gear tab ca. 3% -Eksterne varmetab 1% -Motor tab 5% -Effekt tolerancer ±4% -Tolerancer på flow 2% - Effekt tolerancer 5% Page 21 15 juni 2009 KHP PHA 21

Beluftningsmetoder Bundbeluftning forskelle mellem teknologier Regulering Turbo Kompressor Regulere flow fra 100% ned til 45% betyder at man kan overlappe med flere maskiner uden energi spild Kapsel Blæser Uden frekvensomformer kører maskinen 100% eller OFF flow, ingen mulighed for at regulere efter behov og omgivelser Virkningsgraden ved regulering: Virkningsgrad ved regulering: Flow uden frekvensomformer kan ikke regulere samme flow hele tiden Tryk giver kun hvad man skal levere Isentropisk virkningsgrad næsten konstant Page 22 15 juni 2009 KHP PHA 22

Beluftningsmetoder Flow reguleringens betydning for energibudgettet Kapsel Blæsere, regulering med en kombination af 4 blæsere 2 3 4 1 3 2 1 Turbo kompressorer, regulering med en kombínation af 3 kompressorer Page 23 15 juni 2009 KHP PHA 23

Beluftningsmetoder Bundbeluftning forskelle mellem teknologier Kvalitet og service Turbo kompressor Kapsel blæser Kritiske dele svært for personale at reparere alene, mange dele, dog kan standard reparation og service laves Vedligeholdelse: oliefilter, indsugningsfilter Kompressor testet inden afsending Fuldautomatisk overvågning Ingen olie ud og påvirker den komprimerede luft Levetid omkring 20 år, måske længere. Lav teknologi, meget simpel opbygning, nem at reparere, få dele Vedligeholdelse næsten ingen Kompressor ikke testet som standard Ingen overvågning Olie ud i komprimeret luft Levetid ved hård belastning ca. 7 år Page 24 15 juni 2009 KHP PHA 24

Eksempler Overfladebeluftning/ bundbeluftning Sammenligning af energiforbrug i renseanlæg med overfladebeluftning og bundbeluftning (Hamburg Dradenau), ud fra målinger gennem 1 år Page 25 15 juni 2009 KHP PHA 25

Eksempler Overfladebeluftning/ bundbeluftning Målt energiforbrug Energiforbrug ved overfladebeluftning og bundbeluftning (Hamburg Dradenau), ud fra gennemsnitlige måleværdier for 1 år: Energibesparelse bundbeluftning 45 %. Beregnet energiforbrug Energi (kgo 2 /kwh) Overfladebeluftning 1.06 1.28 Bundbeluftning med turbokompressorer 2.0 2.5 Målte værdier stemmer godt overens med beregnede værdier for energiforbrug. Anlægget kunne tilbagebetale investeringen til nye kompressorer og bunddiffusorer i løbet af 4 1/2 år. Page 26 15 juni 2009 KHP PHA 26

Eksempler Turbokompressorer/ kapselblæsere Et mindre dansk renseanlæg behandler industrielt og kommunalt spildevand fra hvad der svarer til 50.000 personer. Anlægget er udstyret med 10 kapselblæsere og dykkede beluftere/mixere (OKI, grove bobler) Anlægget har 4 tanke til beluftning: 2 tanke er 4 m dybe, 2 tanke er 6 m dybe Page 27 15 juni 2009 KHP PHA 27

Eksempler Turbokompressorer/ kapselblæsere Nuværende energiforbrug Blæsere Det årlige strømforbrug beregnedes ud fra målinger af hvor lang tid blæserne kørte og et gennemsnitligt strømforbrug/blæser. Målt energiforbrug: Samlet kørselstid for alle blæsere: Årligt strømforbrug: Dykkede beluftere/mixere 25 kw 17.742 timer 25kW x 17.742h = 443.550kWh Strømforbrug samt kørselstimer for hver mixer blev målt gennem 1 år, og blev delt op i højt og lavt energiforbrug Højt energiforbrug: Lavt energiforbrug: Årligt strømforbrug: 12,5 kw i 27.421 timer 4,2 kw i 52687 timer Samlet energiforbrug (blæsere + beluftere/mixere) (564045 + 443550)kWh = 1.007.595kWh (12,5 x 27420,9)+ (4,2 52686,6) = 564.045kWh Page 28 15 juni 2009 KHP PHA 28

Eksempler Turbokompressorer/ kapselblæsere Kompressor PDS (Performance Data Sheet): Gennemsnitligt beregnet energiforbrug gennem årstiderne (kw) Sommer 32,4kW Efterår 27,9 kw Winter 30,5 kw Forår 27,3 kw Page 29 15 juni 2009 KHP PHA 29

Eksempler Turbokompressorer/kapselblæsere Gennemsnitligt beregnet energiforbrug gennem året (kw): (32,4 + 27,9 + 30,5 + 7,3)/4 = 29,5kW Kørselstimer per år: 8000t Samlet energiforbrug med STE kompressorer: 29,5 x 8000 = 236.000kWh Besparelse med Siemens kompressorer: 1.007.595kWh - 236.000kWh = 771.595 kwh Svarende til en besparelse på 75 % Page 30 15 juni 2009 KHP PHA 30

Siemens Turbomachinery Equipment A/S Siemens Turbomachinery Equipment A/S in Helsingør Yderligere interesse om vores produkt: Kontakter: Biolog Pia Haecky Pia.haecky@siemens.com Teknisk Marketing Kristian Holm Pedersen khp@siemens.com Page 31 15 juni 2009 KHP PHA 31