Druckluft: der teuerste Energieträger im Betrieb

Kurz beantwortet: Druckluft ist teuer, weil der Wirkungsgrad schlecht ist: Der größte Teil der eingesetzten elektrischen Energie geht als Abwärme verloren, nur ein kleiner Rest kommt als nutzbare Druckluft am Werkzeug an. Dazu kommen Leckagen, die in vielen Netzen zwischen 20 und 30 Prozent der erzeugten Menge ausmachen. Die schnellsten Hebel sind deshalb: Leckagen suchen und abdichten, den Netzdruck absenken, die Kompressoren richtig regeln und die Abwärme nutzen.

Warum Druckluft so viel Strom kostet

Der Kompressor verdichtet Luft, und beim Verdichten entsteht vor allem eins: Wärme. Die verlässt die Anlage über Kühler und Gehäuse, ohne dass jemand etwas davon hat, sofern die Abwärme nicht genutzt wird. Was als mechanische Arbeit am Werkzeug ankommt, ist nur ein Bruchteil des eingesetzten Stroms. In der Literatur werden dafür je nach Quelle und Anwendung Wirkungsgrade im niedrigen zweistelligen Prozentbereich genannt.

Wie hoch der Anteil der Druckluft am gesamten Stromverbrauch eines Betriebs ist, hängt stark von der Branche ab. Für die Industrie in Deutschland werden meist Werte um sieben bis zehn Prozent genannt; in druckluftintensiven Betrieben, etwa in der Kunststoffverarbeitung oder in Montagelinien, kann der Anteil deutlich darüber liegen. Wer den Anteil im eigenen Haus kennen will, kommt um eine Messung am Kompressorabgang nicht herum. Schätzungen aus der Branchenstatistik helfen bei der Einordnung, nicht bei der Investitionsentscheidung.

Leckagen: die teuerste Nachlässigkeit

In jedem gewachsenen Druckluftnetz gibt es Undichtigkeiten. Kupplungen, Schläuche, Wartungseinheiten, stillgelegte Abgänge, die nie abgeklemmt wurden. Typisch sind Verlustraten von 20 bis 30 Prozent der erzeugten Menge, bei schlecht gewarteten Netzen auch mehr. Auf zehn Prozent bekommt man die Quote mit konsequenter Wartung in der Regel gedrückt.

Das Tückische daran: Eine Leckage kostet rund um die Uhr, auch am Wochenende, wenn keine Maschine läuft. Ein einfacher Test dafür braucht keine Messtechnik. Nach Schichtende alle Verbraucher abstellen, den Kompressor laufen lassen und beobachten, wie oft er nachlädt. Schaltet er im Leerlaufbetrieb regelmäßig zu, geht die Luft irgendwo ins Nichts.

Für die systematische Suche gibt es Ultraschallortung. Die Geräte hören das Zischen auch im Maschinenlärm und lassen sich im laufenden Betrieb einsetzen. Wichtig ist danach die Disziplin: Eine Leckageortung ohne anschließende Abarbeitungsliste ist ein teurer Bericht und sonst nichts.

Netzdruck: jedes Bar zählt

Viele Netze laufen mit deutlich mehr Druck, als die Verbraucher brauchen. Der Grund ist meist historisch: Irgendwann hat eine Maschine gezickt, der Druck wurde hochgedreht, und danach hat ihn nie jemand wieder gesenkt. Als Faustwert gilt, dass eine Absenkung um ein Bar den Energiebedarf der Erzeugung um etwa sechs Prozent verringert. Dazu kommt ein zweiter Effekt: Bei niedrigerem Druck strömt auch durch bestehende Leckagen weniger Luft.

Der Weg dahin führt über die Frage, welcher Verbraucher tatsächlich den höchsten Druck fordert. Oft ist es ein einziger, und der lässt sich separat versorgen, statt das ganze Netz auf sein Niveau zu heben.

Kompressorregelung und Anlagenauslegung

Die zweite große Baustelle ist die Betriebsweise. Ein Kompressor im Leerlauf zieht immer noch einen erheblichen Teil seiner Nennleistung, produziert aber nichts. Wo mehrere Maschinen ohne übergeordnete Steuerung nebeneinander arbeiten, laufen sie sich gegenseitig in die Quere, und alle stehen zu oft im Leerlauf.

Drehzahlgeregelte Kompressoren sind in schwankender Last meist die bessere Wahl, weil sie der Abnahme folgen statt in Stufen zu springen. Sie bringen allerdings Leistungselektronik ins Netz, und die verändert die Netzqualität. Oberschwingungen, die dabei entstehen, belasten Transformator, Kabel und andere Verbraucher. Was dahintersteckt, steht in Oberschwingungen: der unsichtbare Stromfresser.

Ein weiterer Punkt, der bei Druckluft oft unterschätzt wird: Kompressoren sind große Motoren mit hohen Anlaufströmen. Wo mehrere davon ungünstig zusammenfallen, entstehen Lastspitzen, die sich über den Leistungspreis direkt in der Stromrechnung niederschlagen. Dazu haben wir Lastspitzen kappen: Leistungspreis im Industrietarif senken geschrieben.

Abwärme nutzen statt wegkühlen

Der Großteil der Energie, die in den Kompressor geht, verlässt ihn als Wärme. Bei wassergekühlten Anlagen lässt sich davon ein erheblicher Teil auskoppeln, für Brauchwasser, Hallenheizung oder einen Prozess, der ohnehin Wärme braucht. Wirtschaftlich wird das vor allem dann, wenn der Wärmebedarf zeitlich zur Kompressorlaufzeit passt. Ein Kompressor, der im Sommer für eine Heizung Wärme liefern soll, hilft wenig.

Was bringt welche Maßnahme zuerst?

Eine belastbare Reihenfolge ergibt sich fast immer so: zuerst messen, was tatsächlich verbraucht wird, dann Leckagen beseitigen, dann den Druck absenken, dann die Regelung ordnen und erst danach über neue Maschinen nachdenken. Wer die Reihenfolge umdreht und zuerst einen neuen Kompressor kauft, bezahlt anschließend einen effizienteren Kompressor dafür, dass er dieselben Löcher versorgt.

Für die Bewertung der einzelnen Schritte hilft eine saubere Amortisationsrechnung, in die auch Wartung und Stillstandszeiten gehören. Wie das geht, steht in Amortisation von Energieeffizienz-Maßnahmen richtig rechnen. Ob für einzelne Maßnahmen eine Förderung infrage kommt, ist im Einzelfall zu prüfen; die Programme und Quoten ändern sich regelmäßig, ein Einstieg steht in BAFA-Förderung für Energieeffizienz.

Wo das ESS-System dazu passt

Das ESS Energieeffizienzsystem setzt nicht am Druckluftnetz an, sondern an der Stromseite davor: Es stabilisiert die Spannung, gleicht die Phasen aktiv aus und reduziert Oberschwingungen. Interessant wird das überall dort, wo große Motoren und Umrichter dauerhaft laufen, und eine Kompressorstation ist genau so ein Fall. In der Praxis liegt die Einsparung meist zwischen 8 und 15 Prozent, mindestens 5 Prozent werden schriftlich garantiert.

Das ersetzt keine Leckagesuche und keine Druckabsenkung. Es ist ein zusätzlicher Hebel, der ohne Eingriff in den Prozess funktioniert und sich mit den mechanischen Maßnahmen kombinieren lässt.

Häufige Fragen

Wie hoch ist der Anteil der Druckluft am Stromverbrauch eines Betriebs? In der Industrie werden meist Werte um sieben bis zehn Prozent genannt, in druckluftintensiven Betrieben deutlich mehr. Den eigenen Wert liefert nur eine Messung.

Wie viel Druckluft geht durch Leckagen verloren? Üblich sind 20 bis 30 Prozent der erzeugten Menge. Mit konsequenter Wartung lässt sich die Quote meist auf rund zehn Prozent senken.

Wie viel spart eine Druckabsenkung um ein Bar? Als Faustwert gilt eine Verringerung des Energiebedarfs der Erzeugung um etwa sechs Prozent, dazu kommt der geringere Leckageverlust.

Muss der Betrieb für eine Messung stillstehen? Nein. Sowohl die Leckageortung per Ultraschall als auch eine elektrische Netzanalyse laufen im laufenden Betrieb mit, siehe Netzanalyse im Betrieb.