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wlb - Wasser, Luft und Boden 2/2017

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Potenziale nutzen

Potenziale nutzen Energie-Verbrauchs-Check im Wasserwerk Hochdahl Überall dort, wo Wasser gefördert, gereinigt, aufbereitet oder verteilt wird, sind Pumpen erforderlich. Diese benötigen Energie. Da bundesweit gesehen sehr viele Pumpen im Einsatz sind und entsprechend viel Energie verbraucht wird, liegt hier eines der größten Einsparpotenziale. Ein „Energie- Verbrauchs-Check“ kann hier unterstützen. Für die Versorgung von rund 44 000 Einwohnern betreibt das Wasserwerk der Stadtwerke Erkrath eigene Brunnenanlagen in Hochdahl und Sedental. Der restliche Wasserbedarf wird von benachbarten Stadtwerken abgedeckt. Das aus eigenen Brunnen gewonnene Rohwasser kommt aus ca. 50 m tief gelegenen Kalkzügen und hat bereits nahezu Trinkwasserqualität. Im Wasserwerk in der Gruitener Straße wird dem Wasser durch Sauerstoffeintrag lediglich überschüssiges Eisen und Mangan entzogen. Nach der Aufbereitung wird das Trinkwasser in einen Reinwasserbehälter geleitet. Von hier aus wurde bis Anfang 2015 über vier Netzpumpen (Nennbetriebspunkt 150 m³/h 50 Meter) die Versorgung mit Trinkwasser sichergestellt. Diese Anlage verrichtete über 20 Jahre ohne nennenswerte Probleme ihre Arbeit. Trotzdem dachten die Betreiber über Optimierungsmaßnahmen nach. Insbesondere eine bessere Energieausnutzung stand im Fokus. Um belastbare Ergebnisse für die weitere Planung zu erhalten, beauftragten die Stadtwerke Erkrath die Grundfos GmbH mit der Erstellung eines Energie-Verbrauchs-Checks. Erstellung des Belastungsprofils Ohne die Erstellung eines Belastungsprofils, also die zeitliche Verteilung der jeweils benötigten Förderleistungen, ist eine fachlich fundierte Aussage über das optimale bzw. effizienteste Pumpensystem nicht möglich. „Schubladendenken“ hilft hier nicht, da jede Ausgangsposition und jeder Anwendungsfall anders gelagert ist. Das Unternehmen Grundfos hat für derartige Fälle ein System entwickelt, mit dem eine Durchflussmessung mittels Ultraschall (ein berührungsfreies, genaues und wartungsfreies Verfahren) möglich ist. Der jeweilige Energieverbrauch wird dabei mit einem Messgerät direkt am Pumpensteuerschrank ermittelt. Bei Mehrpumpensystemen wird der Gesamtverbrauch aller Aggregate gemessen, wobei alle Einwirkungen von außen (beispielsweise Zuund Abschalten einzelner Anlagenteile) berücksichtigt werden. So kann die wirtschaftliche Arbeitsweise auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen ermittelt werden. Zwischen dem 20. und dem 24. Juni 2013 wurde auf diese Weise durch Messung der leistungs- und strömungsrelevanten Werte der Wirkungsgrad und der spezifische Energieverbrauch der vorhandenen Netzpumpen ermittelt sowie deren Betriebswerte betrachtet. Mithilfe einer dafür speziell entwickelten Auswertungs- und Berechnungs- Software wurden die gewonnenen Werte mit denen potenzieller Netzpumpen verglichen. Besonders berücksichtigt wurde hierbei auch, dass die vorhandene Anlagentechnik so weit wie möglich erhalten bleibt. Austausch der alten Pumpen Nach Auswertung aller Daten konnte folgender Vorschlag unterbreitet werden: Für den Austausch der vorhandenen Pumpentechnik wurden drei Pumpen der Baureihe NB 80-200-222 37 kW ermittelt. Mithilfe einer Steuerung vom Typ Grundfos Control MPC-EC sind alle drei Pumpen drehzahlgeregelt und können als Kaskade gefahren werden. Hierbei übernimmt eine Pumpe die Grundlast. Bei 91 % der Drehzahl wird die zweite Pumpe zugeschaltet. Pumpe Nr. 3 dient als Redundanz bzw. deckt Großereignisse wie Feuerwehreinsätze ab. Um eine gleichmäßige Belastung der Einzelelemente zu erreichen, wird die „Grundlastpumpe“ ständig gewechselt. Diese Kombination von Autoren: Volker Zimmermann, Vertriebsrepräsentant Wasserwirtschaft, Oliver Wessels, Innendienstleiter; beide Grundfos GmbH, Erkrath 8 wlb 2/2017

TITEL I WASSER-/ABWASSERTECHNIK Steuerungstechnik und Blockpumpen ist für diesen Einsatzfall optimal. Bei der „Altanlage“ waren den vier Pumpen zwei Druckwindkessel von 14 000 l Inhalt nachgeschaltet. Diese hatten in erster Linie die Aufgabe, Druckstöße aufzufangen. Durch den sanften An- und Auslauf des neuen Pumpensystems sind Druckstöße jetzt grundsätzlich nicht mehr zu befürchten. Ohne die Druckkessel könnte jedoch bei kleineren Volumenströmen der hohe Wirkungsgrad der Pumpen nicht immer aufrechterhalten werden. Darüber hinaus hat die Erfahrung gezeigt, dass selbst bei drehzahlgeregelten Pumpen Windkessel von Vorteil sind. Aus diesem Grund verblieben diese Anlagenteile im System. Die vorgelegten Daten überzeugten die Betreiber des Wasserwerks. Im Zeitraum Februar bis Mai 2015 wurde die Altanlage rückgebaut und das neue System installiert. Dabei zeigte sich, dass neben der Verbesserung der Energieeffizienz vor allem auch die Versorgungssicherheit insgesamt optimiert werden konnte. Das liegt vor allem an den jetzt zum Einsatz kommenden Blockpumpen der Baureihe NB 80- 200-222. Diese Pumpen gelten als robust, vielseitig und vor allem zuverlässig. Sie Intelligent geregelt In vielen Fällen ist die eingesetzte Technik überdimensioniert und verbraucht mehr Energie als nötig Kurze Amortisationszeit Eine Energiekosteneinsparung in Euro und Cent zu ermitteln ist schwierig, da sich die Preissituation auf dem Strommarkt ständig ändert. Hilfreich ist hingegen eine Aussage der Energieeinsparung (kWh) bezogen auf das Jahr bzw. der spezifische Energieverbrauch (kWh/m³) gefördertes Trinkwasser. Nach Auswertung aller Fakten und Messergebnisse konnte eine voraussichtliche Energieeinsparung von mind. 69 017 kWh/ Jahr ermittelt werden, einhergehend mit einer Reduzierung der CO 2 -Emission (Strommix) von vermutlich 41 410 kg/Jahr. Legt man für Umbau, Neuverrohrung sowie Pumpen- und Steuerungstechnik einen Betrag von ca. 60 000 EUR zu Grunde, so kann man von einem Amortisationszeitraum von ca. fünf Jahren ausgehen. können sowohl in der Gebäudetechnik (Heizung/Lüftung) als auch in der Industrie oder wie in diesem Fall in der Wasserverteilung eingesetzt werden. In ihren Abmessungen und Eigenschaften entsprechen sie der DIN EN 733, also der sogenannten „Wassernorm“. Die durchgängige Prozessbauweise macht sie zur ersten Wahl, vor allem wenn es um langlebigen und wartungsfreundlichen Betrieb geht. Seit dem 01.01.2015 müssen 2- bis 6-polige Asynchronmotoren zwischen 7,5 und 375 kW entweder die IE3-Norm oder die IE2-Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen. Die drei hier eingesetzten Blockpumpen verfügen sogar über die IE3 Premium Efficiency Motoren in Verbindung mit einem Frequenzumrichter. Besonders hervorzuheben ist in diesem Fall auch die Kombination mit der Steuerung Control MPC-EC. Mehrpumpen-Anlagen mit bis zu sechs Pumpen (bei den Stadtwerke Erkrath sind es drei Pumpen) können über den intelligenten Kaskadenregler energieoptimiert geregelt werden, egal ob im Einzel- oder Parallelbetrieb. Die Regelung wählt automatisch die optimale Pumpenzahl und regelt diese entsprechend des jeweiligen Wirkungsgrades auf den energetisch günstigsten Wert. Dabei ist die Zahl der Redundanzpumpen frei definierbar. Über eine Ethernet-Schnittstelle ist es möglich, das Anzeigendisplay inklusive aller Bedienfunktionen per Internet-Explorer auf einem externen PC abzubilden. Auch im Fall Stadtwerke Erkrath wurde ein Fernüberwachungssystem integriert. Insgesamt gesehen konnten mit dem neuen Pumpensystem wichtige Vorgaben des Betreibers, wie die einfache Bedienung der Anlage, eine universelle Fahrweise, Fernüberwachung, ein transparenter und netzschonender Betrieb sowie natürlich eine erhebliche Energiekosteneinsparung umgesetzt werden. www.grundfos.de 01 Die Blockpumpe NB 80-200-222 benötigt bei gleicher Leistung deutlich weniger Energie 02 Übergabe der neuen Netzpumpen-Anlage (v.l.): Rainer Wilking, Teamleiter Netzservice Stadtwerke Erkrath, Volker Zimmermann, Vertriebsrepräsentant Wasserwirtschaft Grundfos, Dipl. Ing. Dirk von Polheim, technischer Leiter Stadtwerke Erkrath wlb 2/2017 9