DE202013101251U1 - Mit lokal erzeugtem Naturstrom betriebene Druckluftanlage - Google Patents

Abstract

Druckluftanlage, mit einem elektrisch betriebenen Kompressor, einem Druckluftspeicher, der mit dem Kompressor derart verbunden ist, dass im Kompressor komprimierte Luft in den Druckluftspeicher strömt, wenigstens einem Druckluftverbraucher, der mit dem Druckluftspeicher derart verbunden ist, dass die zum Betrieben des Druckluftverbrauchers benötigte Luft aus dem Druckluftspeicher zum Druckluftverbraucher strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor zur Energieversorgung an eine lokal vorhandene Einrichtung zur Erzeugung von so genanntem Naturstrom angeschlossen ist.

Description

• Die Neuerung betrifft eine Druckluftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Gattungsgemäße Luftdruckanlagen sind in praktisch jedem Industriebetrieb und in sehr vielen Handwerksbetrieben vorhanden. Die Kompressoren werden mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz betrieben und verdichten Umgebungsluft, wobei die verdichtete, als Druckluft bezeichnete Luft in einem Druckluftspeicher zwischengespeichert wird. An den Druckluftspeicher ist ein oder eine Vielzahl von Druckluftverbrauchern angeschlossen. Je nach Luftmenge, die mittels der Druckluftverbraucher aus dem Druckluftspeicher entnommen wird, sinkt das Druckniveau innerhalb des Druckluftspeichers, so dass bei Unterschreitung eines vorbestimmten Druck-Grenzwertes der Kompressor automatisch in Gang gesetzt wird und Druckluft in den Druckluftspeicher fördert, bis ein oberer Druck-Grenzwert im Inneren des Druckluftspeichers erreicht ist, woraufhin sich der Kompressor automatisch wieder ausschaltet.
• Die Betriebskosten der Druckluftanlage sind insbesondere auch durch die Energiekosten beeinflusst, die zum Betreiben des Kompressor entstehen.
• Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Druckluftanlage dahingehend zu verbessern, dass diese möglichst wirtschaftlich betrieben werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch eine Druckluftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, die elektrische Energie, die zum Betreiben des Kompressors benötigt wird, durch eine Einrichtung bereitzustellen, die zur Erzeugung von so genanntem Naturstrom ausgestaltet ist. Als Naturstrom wird im Sinne des vorliegenden Vorschlags elektrische Energie bezeichnet, die ohne den Verbrauch begrenzter Rohstoffe gewonnen werden kann, also beispielsweise ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie ohne den Verbrauch von Uran oder anderen nuklearen Spaltprodukten. Vielmehr ist als Naturstrom im Sinne des vorliegenden Vorschlags elektrische Energie bezeichnet, die beispielsweise aus der Bewegung von Luft oder Wasser gewonnen wird, beispielsweise als Windkraftwerk, als Wasserturbine in fließenden Gewässern, als Wellenkraftwerk, oder die durch Sonneneinstrahlung gewonnen wird, beispielsweise mittels einer Photovoltaik-Anlage. Dadurch, dass diese Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom vorschlagsgemäß lokal vorhanden ist, kann die erzeugte Energie auf möglichst kurzem Wege genutzt werden, ohne dass lange Leitungswege erforderlich wären. Ein Merkmal des Naturstroms besteht darin, dass seine Erzeugung nicht in einem industriellen Maßstab kontinuierlich erfolgen kann, sondern dass beispielsweise durch schwankende Wasser- oder Windbewegungen sowie schwankende Sonnenstrahlungsintensitäten die Energieerzeugung unterschiedlich intensiv erfolgt und für bestimmte, vorher häufig nicht bekannte Zeiträume vollständig ausfallen kann. Um diese stark schwankende Erzeugung der Energie an die Bedürfnisse der Energieverbraucher anzupassen, bedarf es aufwendiger Regelungen, und insbesondere muss der erzeugte Naturstrom mittels großer Leitungsnetze von den Erzeugereinrichtungen zu den Verbrauchern transportiert werden.
• Abgesehen von den wirtschaftlichen Vorteilen für den jeweiligen Betrieb der Druckluft nutzt, hat der vorliegende Vorschlag daher eine weitergehende Komponente, welche die gesamte Energieversorgung eines öffentlichen Stromleitungsnetzes betrifft: Einerseits wird die Belastung der erforderlichen Leitungsnetze dadurch verringert, dass ein möglichst großer Anteil an erzeugtem Naturstrom unmittelbar lokal verbraucht werden kann, so dass die lokal erzeugte Energiemenge nicht das öffentliche Leitungsnetz belastet, zweitens stellt die Nutzung der elektrischen Energie aus Naturstrom zum Betrieb eines Druckluftkompressors mittels des nachgeschalteten Druckluftspeichers die Möglichkeit bereit, erzeugten Naturstrom verlustfrei zu speichern, so dass die in der Druckluft gespeicherte Energie zeitversetzt beispielsweise dann abgerufen werden kann, wenn momentan kein Naturstrom erzeugt wird. Durch diese Speichermöglichkeit kann ein Überangebot an momentan erzeugter Naturstrom-Energie problemlos gespeichert und zeitversetzt genutzt werden, so dass die erwähnten komplizierten Regelungsmechanismen, die in einem ggf. mehreren Nationen übergreifenden öffentlichen Stromnetz erforderlich sind, auch diesbezüglich entlastet werden.
• Weiterhin ist der vorliegende Vorschlag insofern vorteilhaft, als durch die Dezentrale, auf viele Druckluftanlagen verteilte Speichermöglichkeit von Naturstrom die Schaffung großer, öffentlicher Energiespeicher erheblich reduziert werden kann.
• Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass bei einer vorschlagsgemäß ausgestalteten Druckluftanlage neben der Energieversorgung von der lokal vorhandenen Einrichtung, die Naturstrom erzeugt, auch ein weiterer Anschluss zur Energieversorgung vorgesehen ist, nämlich ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass auch bei nicht ausreichender Energieversorgung mit Naturstrom eine zum Betrieb des Kompressors ausreichende Energieversorgung erfolgen kann, indem in solchen Unterversorgungsfällen dann die Energie zum Betreiben des Kompressors aus dem öffentlichen Stromnetz bereitgestellt wird. Dabei weist die Druckluftanlage eine Anlagensteuerung auf, die dementsprechend zwischen den beiden Energieangeboten umschaltet. Wenn die zum Betreiben des Druckluftverbrauchers benötigte Energie nicht von der Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom bereitgestellt werden kann, schaltet diese Anlagensteuerung automatisch die Energiezufuhr zum Kompressor von der Einrichtung zum Erzeugen von Naturstrom auf das öffentliche Stromnetz um, so dass stets sichergestellt ist, dass die in dem jeweiligen Betrieb benutzten Druckluftverbraucher betriebsbereit sind.
• Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Druckluftspeicher wenigstens zwei Speicherbehälter umfasst. Im einfachsten Fall kann dies durch eine Anordnung dieser beiden Speicherbehälter erfolgen, die im Rahmen des vorliegenden Vorschlags als pneumatische Parallelschaltung bezeichnet ist. Bei dieser pneumatischen Parallelschaltung sind die beiden Speicherbehälter durch eine stets offene Verbindungsleitung stets miteinander verbunden, so dass in beiden Speicherbehältern der gleiche Druck herrscht. Die Aufteilung des Druckluftspeichers auf zwei oder mehr Speicherbehälter ermöglicht die problemlose Anordnung der Speicherbehälter je nach den räumlichen Gegebenheiten in dem jeweiligen Handwerks- oder Industriebetrieb und ermöglicht beispielsweise die Speicherung von großen Energiemengen, ohne dass die Druckluftanlage komplett neu konzipiert werden muss; vielmehr kann an dem bereits vorhandenen Druckluftspeicher einfach ein zweiter und ggf. weitere Speicherbehälter angeschlossen werden.
• Besonders vorteilhaft kann bei der Ausgestaltung der Druckluftanlage mit mehreren Speicherbehältern vorgesehen sein, dass diese Speicherbehälter nicht wie vorbeschrieben pneumatisch parallel geschaltet werden, sondern vielmehr in Reihe geschaltet sind. Als pneumatische Reihenschaltung ist dabei im Sinne des vorliegenden Vorschlags eine Anordnung der Speicherbehälter bezeichnet, bei denen die Speicherbehälter jeweils voneinander getrennt und bedarfsweise miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Rückschlag und / oder Überdruckventile. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen den Speicherbehältern ein Überdruckventil angeordnet ist, so dass zunächst nur ein vom Kompressor belieferter, so genannter erster Speicherbehälter mit Druckluft befüllt wird. Wenn beispielsweise kein Naturstrom erzeugt wird und der Kompressor mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz betrieben wird, kann durch diese Begrenzung der Druckluft auf den ersten Speicherbehälter der Verbrauch an Strom aus dem öffentlichen Stromnetz möglichst gering gehalten werden. Wird hingegen Naturstrom erzeugt, so kann über das Befüllen diesen ersten Behälters hinaus der Kompressor weiterbetrieben werden, indem die Verbindung zum zweiten Speicherbehälter geöffnet wird. Dies kann vorteilhaft durch das erwähnte Überdruckventil erfolgen, so dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass das gewünschte Druckniveau im ersten Behälter gehalten wird. Weitere in den ersten Behälter geförderte Druckluft, die mittels des erwähnten Naturstroms erzeugt worden ist, führt zu einem weiteren Anstieg des Drucks im ersten Speicherbehälter und infolge zum Öffnen des Überdruckventils, so dass diese überschüssige Luftmenge in den zweiten Speicherbehälter gelangt. In ähnlicher Weise kann eine Serie weiterer Speicherbehälter kaskadierend in der erwähnten pneumatischen Reihenschaltung angeordnet sein. Im Vergleich zur Anordnung eines einzigen, sehr groß bemessenen Speicherbehälters ergibt sich durch die kaskadierte Anordnung mehrerer kleiner Speicherbehälter der Vorteil, dass in den jeweiligen Speicherbehältern stets relativ schnell ein vergleichsweise hohes Druckniveau erreicht werden kann, welches ja zum Betrieb der Druckluftverbraucher erforderlich ist. Auf diese Weise kann die mittels Naturstrom erzeugte Druckluft möglichst vollständig zum Betreiben des Druckluftverbrauchers genutzt werden, so dass dementsprechend der Betrieb des Kompressors mit Energie aus dem öffentlichen Stromnetz möglichst weitgehend reduziert werden kann.
• Das erwähnte, vorteilhaft zwischen den beiden in Reihe geschalteten Speicherbehältern vorgesehene Überdruckventil kann rein mechanisch funktionieren, also beispielsweise einen federbelasteten Ventilkörper aufweisen, der gegen den Federdruck geöffnet werden kann, wenn in dem erwähnten ersten Speicherbehälter ein bestimmter Druck-Grenzwert erreicht und dann überschritten wird. Alternativ dazu kann das erwähnte Überdruckventil jedoch auch mittels der bereits erwähnten Anlagensteuerung angesteuert werden, so dass beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Sensorsignalen das Überdruckventil geöffnet oder geschlossen wird, wobei diese Sensorsignale beispielsweise von Drucksensoren zur Anlagensteuerung übermittelt werden. Diese Drucksensoren können in den mehreren Speicherbehältern angeordnet sein, so dass je nach den Druckverhältnissen in den einzelnen Speicherbehältern mittels der Anlagensteuerung die zwischen den Speicherbehältern vorgesehenen Ventile in einer vorbestimmten Weise angesteuert werden können und beispielsweise geöffnet oder geschlossen werden können.

Claims (7)

1. Druckluftanlage, mit einem elektrisch betriebenen Kompressor, einem Druckluftspeicher, der mit dem Kompressor derart verbunden ist, dass im Kompressor komprimierte Luft in den Druckluftspeicher strömt, wenigstens einem Druckluftverbraucher, der mit dem Druckluftspeicher derart verbunden ist, dass die zum Betrieben des Druckluftverbrauchers benötigte Luft aus dem Druckluftspeicher zum Druckluftverbraucher strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor zur Energieversorgung an eine lokal vorhandene Einrichtung zur Erzeugung von so genanntem Naturstrom angeschlossen ist.
2. Druckluftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor zur Energieversorgung auch an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen ist, wobei die Druckluftanlage eine Anlagensteuerung aufweist, welche derart ausgestaltet ist, dass automatisch die Energiezufuhr zum Kompressor von der Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom auf das öffentliche Stromnetz umgeschaltet wird, wenn die zum Betrieben des Druckluftverbrauchers benötigte Energie nicht von der Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom bereitgestellt wird.
3. Druckluftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftspeicher wenigstens zwei Speicherbehälter umfasst.
4. Druckluftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter in Reihe geschaltet angeordnet sind, wobei zwischen den Speicherbehältern ein Überdruckventil angeordnet ist, derart, dass zunächst ausschließlich ein so genannter erster Speicherbehälter mit Druckluft befüllbar ist und erst bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckniveaus in diesem ersten Speicherbehälter das Überdruckventil die Strömungsverbindung zu dem zweiten Speicherbehälter öffnet.
5. Druckluftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom als Photovoltaikanlage ausgestaltet ist.
6. Druckluftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom als Windkraftanlage ausgestaltet ist.
7. Druckluftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Naturstrom als Wasserkraftwerk ausgestaltet ist.