Spółka zależna Bongrain Group, realizując politykę redukcji swojego zużycia energii i emisji CO₂, zainwestowała w instalację zaprojektowaną przez firmę Cofely Axima, specjalizującej się w przemysłowych systemach chłodzących. Rozwiązanie wyróżnia się wykorzystaniem procesu, który zapewnia chłodzenie i ogrzewanie w jednym cyklu oraz zastosowaniem jednośrubowej sprężarki Vilter oraz napędu o zmiennej prędkości.

Rys. 1. Jednośrubowa sprężarka Vilter napędzana przez Dyneo® PLSRPM

La Compagnie des Fromages jest częścią Bongrain Group, piątej co do wielkości na świecie spółki z branży przetwórstwa mleka zatrudniającej 18 870 pracowników. Na początku prac firma Cofely Axima, jako doradca techniczny, przeprowadziła audyt energetyczny w zakładzie la Compagnie des Fromages' w Vire”. Audyt oparty na serii pomiarów zobrazował poziomy zużycia energii w zakładzie w Vire i zasugerował wymianę czterech sprężarek tłokowych (zapewniających tylko chłodzenie) na pompę grzewczo-chłodzącą.

W trakcie produkcji wody lodowej o wydajności chłodniczej 1000 kW w zakładzie w Vire odzyskuje się w tym samym czasie 1300 kW energii i łączy się ją z zaledwie 100 kW elektryczności wymaganymi do podgrzania wody do temperatury 62°C. Dzięki temu całość wyprodukowanej i zużytej energii jest w pełni odzyskiwana. Zbiornik buforowy o pojemności 150 m³ umożliwia wykorzystanie energii do produkcji ciepłej wody, gdy jest to wymagane przez proces technologiczny (w szczególności dotyczy to operacji czyszczenia). W przypadku starego systemu woda ta była podgrzewana przez gaz, który generował znacznie większą emisję CO². 

Co więcej, zamiast odzyskiwać wyprodukowane ciepło i używać je ponownie, było ono zwracane do atmosfery poprzez chłodnię kominową. Nowy system oszczędza 9000 m³ wody rocznie i redukuje wykorzystanie chłodni kominowej, której duża aktywność objawiająca się kłębami pary była źle odbierana przez lokalną społeczność. 

Sercem systemu jest 390 kW silnik i napęd o zmiennej prędkości. Oba są produkcji Leroy-Sommer i zasilają jednośrubową sprężarkę Vilter o wydajności chłodniczej 1000kW. Chłodziwo krążące w systemie to amoniak (NH3), naturalne medium transferujące ciepło, powszechnie wykorzystywane w takiego typu instalacjach. System realizuje jednoczesne ogrzewanie i chłodzenie przez jedną trzecią czasu pracy. Aby podnieść temperaturę wody z 15 do 58°C (z wartością COP 7,67), amoniak, po usunięciu ciepła z zimnej strony do produkcji wody lodowej, jest sprężany w celu osiągnięcia odpowiedniego ciśnienia i temperatury. Ponieważ temperatura ta jest znacznie wyższa niż zwykle występująca w konwencjonalnych systemach chłodzenia, amoniak skrapla się w temp 59°C. Woda jest ogrzewana poprzez oddanie ciepła przez amoniak w skraplaczu i innych wymiennikach ciepła ulokowanych w różnych punktach systemu w celu optymalizacji cieplnej. W trakcie pozostałej 1/3 czasu woda lodowa jest wytwarzana konwencjonalnie ze współczynnikiem COP 5,75. Docelowo system odzyskuje całe ciepło oddane w trakcie produkcji wody lodowej. 

Zwrot z inwestycji w ciągu 18 miesięcy

Każdego dnia w zakładzie w Vire jest produkowana woda lodowa o temperaturze od 1 do 7°C i 200 m3 ciepłej wody o temperaturze 60°C. Aby zrealizować to zadanie stary system zużywał przeciętnie 820 kW energii na tonę produkcji rocznie. W przypadku nowego systemu poziom ten wynosi obecnie tylko 560 kW. 

„W rezultacie, okres zwrotu jest szczególnie krótki, nawet jeśli wziąć pod uwagę wsparcie wynoszące mniej niż 20% nakładów”, mówi Patrick Marie, menedżer utrzymania ruchu w firmie la Compagnie des Fromages. „Proces produkcji ciepła przy mniejszym udziale elektryczności z sieci nie jest jedynym źródłem oszczędności”, podkreśla Jean-Yves Druillennec. „Drugim ważnym elementem jest wykorzystanie bardziej energooszczędnych komponentów”.

Rys. 2. Panel synoptyczny dla napędu Emerson Industrial Automation, jednośrubowej sprężarki Vilter, wymienników ciepła oraz systemu magazynowania ciepłej wody

Rys. 3. Dyneo® LSRPM – seria synchronicznych silników z magnesami trwałymi

Rys. 4. Budowa sprężarki VILTER

Systemy napędów Dyneo®

The Dyneo® LSRPM to seria synchronicznych silników z magnesami trwałymi opatentowana przez Leroy Somer. Innowacyjna konstrukcja wirnika magnetycznego znacząco zwiększa wydajność do poziomu około 98%. „To o 7% większa wydajność energetyczna niż w przypadku wysoko efektywnych silników indukcyjnych, która jest szczególnie korzystna w odniesieniu do zyskowności, zwłaszcza jeśli weźmiemy pod uwagę, że w ciągu następnych 5 lat przewiduje się wzrost kosztów elektryczności o 25%. To, co wyróżnia ten silnik to fakt, że idealnie nadaje się do sterowania prędkością. „Zauważyliśmy, że niektóre silniki indukcyjne były nadmiernie obciążone w trakcie pracy w niestabilnych warunkach. Nie mamy takiego problemu z napędami Leroy Somer. Pozostają niezawodne bez względu na zaaplikowane obciążenie. Gdybyśmy mieli używać silników indukcyjnych musiałyby zostać przewymiarowane.” Małe straty energii wirnika magnetycznego znacząco ograniczają nagrzewanie się łożysk. Dzięki temu mogą być znacznie rzadziej smarowane, a jednocześnie wydłuża się okres eksploatacji napędu. „W ciągu ostatnich czterech lat wykorzystaliśmy je w ponad 30 aplikacjach i nie doświadczyliśmy najmniejszego problemu z ich strony”, dodaje Jean-Yves Druillennec.

Technologia Vilter Vilter jest marką Emerson Climate Technologies. Zamiast standardowych sprężarek z dwoma śrubami producent ten wykorzystuje wyróżniające się rozwiązanie – sprężarki jednośrubowe. Sprężanie jest realizowane za pomocą pojedynczej śruby i dwóch gwiaździstych wirników. Konstrukcja sprężarki zapewnia promieniowe i osiowe zrównoważenie śruby, co przekłada się na bardzo małe obciążenia przenoszone na łożyska, dzięki czemu osiągany jest wysoki poziom niezawodności i znaczne zmniejszenie drgań oraz hałasu. Taka konstrukcja pozwala produktom Vilter oferować ekskluzywną gwarancję 5/15 (5 lat dla sprężarki i 15 lat dla łożysk).

Kluczem do wysokiej efektywności energetycznej sprężarek jednośrubowych Vilter jest unikatowy system suwaków Parallex, który pozwala sprężarce działać z optymalną efektywnością w całym zakresie swojej mocy. Suwaki wydajności i objętości (z rozszerzonym współczynnikiem objętości od 1,2 do 7,0) poruszają się niezależnie od siebie w całym zakresie warunków pracy, eliminując zbyt duże lub zbyt małe sprężanie oraz oszczędzając moc sprężarki. To, co wyróżnia te sprężarki to ich zdolność do niezależnej regulacji współczynnika wydajności i objętości – prawdziwą różnicę w oszczędnościach dostrzega się w warunkach częściowego obciążenia. W zależności od aplikacji mogą być one wynieść około 10%.