Förderstromabhängige Druckregelung

Förderstromabhängige Druckregelung

Demand Driven Distribution reduziert Energiekosten und verringert Wasserverluste
Nach dem Austausch der Pumpentechnik im GPW Wolkertsham. Die Aufgabe übernimmt eine Hydro MPC-E 5 CRIE 10-9. (Quelle: Grundfos)
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Wasserversorger investieren Jahr für Jahr erhebliche Mittel um Wasserverluste im Verteilernetz zu reduzieren und gleichzeitig Energie effizienter zu nutzen. Durch die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im Leitungsnetz sowie durch sanften Druckauf- und -abbau können Druckschläge verringert oder sogar vermieden werden.

Bedarfsorientierte Verteilungslösungen können die Energiekosten ganz erheblich reduzieren. Eine optimale Lösung hierzu bietet das Steuer- und Regelkonzept DDD (Demand Driven Distribution). Der Energieverbrauch der Pumpen wird optimiert und Wasserverluste bis zu 15 % reduziert.

Durch die Kombination von externem Datenlogger, Kommunikationsmodul, intelligenter Steuerung und Druckerhöhungsanlage kann durch eine Proportionaldruckregelung ein zu hoher Druck in der Anlage ausgeglichen werden, indem der Sollwert dem aktuellen Förderstrom angepasst wird. Diese Lösung wurde beim Zweckverband Wasserversorgung Rottal umgesetzt.

Höchste Anforderungen an den Zweckverband

Der Landkreis Rottal-Inn ist mit seinen rund 2.600 Einzelortschaften einer der „streusiedlungsreichsten“ Landkreise Deutschlands. Auf die Fläche gerechnet ergibt sich eine relativ niedrige Bevölkerungszahl pro Quadratkilometer. Der Zweckverband Wasserversorgung Rottal hat es sich zur Aufgabe gemacht den Einwohnern in 713 Ortsteilen und ca. 6.000 Anwesen jederzeit qualitativ hochwertiges Trinkwasser mit ausreichendem Wasserdruck zur Verfügung zu stellen. Bedenkt man, dass das Versorgungsgebiet des Verbands sich über eine Fläche von 271 km² erstreckt, so erkennt man rasch die damit verbundenen hohen Anforderungen. Hinzu kommt, dass durch die reichverzweigten Niederungen des Inn und der Rott die Landschaft in viele Höhenrücken und Hügel gegliedert sind. Während die tiefsten Lagen bei 335 m ü. N. N. liegen, kommen die höchsten Erhebungen auf stolze 550 m.

Um eine ausreichende Wasserversorgung sicherzustellen und die Druckverhältnisse zu optimieren, wurden eine Reihe von Pumpwerken errichtet, unter anderem in Wolkertsham und Opping. Ausgerüstet wurden diese Stationen seinerzeit mit Rohrmantelpumpen, die als Druckerhöhungsanlagen dienten. Eine damals gängige Praxis. Da die Pumpen über keinen Frequenzumrichter verfügten, liefen sie 24 Stunden am Tag auf Hochlast. Druckverluste durch Wasserentnahmen – insbesondere bei Feuerwehreinsätzen – konnten nicht ausgeglichen werden. Eine rasche Reaktion auf sich ändernde Ausgangssituationen war nicht möglich. Über diesen Rahmen hinaus zeigten sich die Anlagen als störanfällig, was zu erheblichen Kosten für Wartung und Instandsetzung führte.

Der Energieverbrauch pro Kubikmeter gefördertes Trinkwasser war überproportional hoch. Diese Fakten forderten eine energieeffiziente Sanierung der Anlagen. Mit der Lieferung der Pumpen- und Steuerungstechnik wurde das Unternehmen Grundfos GmbH in Erkrath beauftragt. Zielvorgabe war es mit einer hochflexiblen Steuer- und Regeltechnik eine netzschonende Konstantdruckregelung von 8 bar zu erreichen.

Hochdruckkreiselpumpen der Baureihe CR für (fast) alle Fälle

Egal, welche Anforderungen gestellt werden, völlig unabhängig vom Pumpentyp der zum Einsatz kommt, es gibt die Regel „Je höher der Wirkungsgrad, umso niedriger die Betriebskosten“.

Diese Faustregel ist einfach, sie hat es jedoch in sich. Bedeutet es doch nichts anderes, als dass für jeden Einzelfall die jeweils optimale Pumpe gesucht werden muss, die exakt auf die vorgegebenen Parameter ausgelegt wird.

Die Pumpen der Baureihe CR, CRE und CRIE können nach dem Baukastenprinzip für den jeweiligen individuellen Einsatzbereich zusammengestellt werden. Die jetzt in beiden Pumpwerken eingesetzten Hochdruckkreiselpumpen verfügen über eine ausgereifte Technik, hochwertige Werkstoffe und verschleißarme Lager. Eine Besonderheit ist auch die einzigartige Patronen-Gleitringdichtung. Diese besteht aus hochverschleißfesten Werkstoffen. Dank der Patronenbauweise können die Dichtungselemente nie falsch zusammengebaut werden. Die empfindlichen Gleitflächen können nicht mit fettigen Fingern oder Schmutz in Kontakt kommen. Somit werden Ausfallursachen durch fehlerhafte Montage der Dichtung deutlich minimiert.

Um den Wirkungsgrad der Pumpen zu erhöhen wurden wesentliche Veränderungen vorgenommen. Versuche mit Pumpen hatten gezeigt, dass ein Spalt zwischen Kammer und Laufrad von lediglich 0,1 mm bereits einen Wirkungsgradverlust von ca. 5 % zur Folge hat. Durch Einsatz eines schwimmenden Dichtungsrings werden interne Leckverluste auf ein Minimum reduziert. Alle eingesetzten Pumpen in beiden DEA verfügen über einen Frequenzregler, dem eine besondere Bedeutung zukommt.

Mit den Hydro MPC erfolgt ein sanfter Druckauf- und -abbau ohne Druckstöße. Es wird nur der jeweils tatsächlich benötigte Druck erzeugt. Die Einzelpumpen arbeiten hierbei jeweils im optimalen Wirkungsbereich.

DDD sorgt für konstanten Wasserdruck auch am kritischen Punkt

Die Hauptstation (GPW) Wolkertsham nimmt innerhalb der Wasserversorgung eine zentrale Rolle ein. In der Anlage wird das benötigte Rohwasser aus Tiefenbrunnen gewonnen, aufbereitet und in einen Reinwasserbehälter eingespeist. Von hier aus wird das Trinkwasser über eine Druckerhöhungsanlage vom Typ Hydro MPC-E 5 CRIE 10-9 mit einer Ausgangsleistung von 8,5 bar ins Netz geleitet.

Ein Teil des Wassers dient zur Versorgung der Anwohner. Der Großteil – ca. 60.000 m³/a – gelangt in das Pumpwerk (DPW) Opping. Diese Anlage befand sich bis Ende 2016 in der Sanierungsphase und ist jetzt abgeschlossen.

Das unterirdisch angeordnete Pumpwerk ist mit einer Druckerhöhungsanlage Hydro MPC 4 CRIE 10-6 ausgerüstet. Als „Ausgleich“ verfügen diese Pumpen über eine etwas größere Motorleistung. Diesen Modus hatte man gewählt, da die Platzverhältnisse im PW keine andere Lösung zugelassen hatten.

Eine Besonderheit in beiden Anlagen bildet das Demand Driven Distribution System, das aus vier unterschiedlichen Komponenten besteht:

  • externer Datenlogger mit integriertem Druckaufnehmer

Dieser wird sinnvoller Weise am kritischen Punkt installiert. Je nach Größe des Systems können 1 bis 10 Datenlogger installiert werden. Von jedem dieser Punkte wird ein Druckprofil erstellt und täglich per SMS an das PW gesendet.

  • Kommunikationsmodul Profibus CIM 250 und CIM 040

Hier werden die Daten aus dem/den Datenlogger(n) aufgenommen.

  • Steuerungseinheit CU 354

Man kann diese Komponente als Herzstück der Anlage bezeichnen. Alle Druckprofile werden hier gespeichert und täglich optimiert. Dies geschieht selbstständig. Basierend auf den ermittelten Daten wird eine Regelkurve erstellt. Mit jedem neuen Druckprofil „lernt“ die Anlage dazu.

  • Druckerhöhungsanlage Hydro PMC mit Frequenzumrichter (für 2 bis 6 Pumpen)

Alle Pumpen und Umrichter müssen vom gleichen Typ und gleicher Baugröße sein.

Diese Komponenten ermöglichen den Betrieb eines Wasserversorgungssystems mit konstantem Versorgungsdruck. Die Gefahr von Rohrbrüchen und Leckagen verringert sich gegenüber einer Versorgung im stoßweisen Betrieb um das 10- bis 20-fache.

Die Vorteile derartiger Anlagen liegen auf der Hand:

  • Steigerung des Betriebskomforts durch konstanten Netzdruck – auch am kritischen Punkt

  • Energieeinsparung durch gezielte Druckabsenkung

  • Minimierung der Gefahr von Rohrbrüchen, da konstanter Druck ohne Druckstöße

  • Verringerung der Einstell- und Programmierarbeiten.

Reden wir über Geld

Ziel der energieeffizienten Sanierung war es, eine Regelung des Ausgangsdrucks in WW anhand einer kontinuierlichen Druckmessung am Netzende zu erhalten. Der Energieverbrauch pro Kubikmeter gefördertes Trinkwasser soll gesenkt werden.

Die Zahlen des DPW Opping ergeben folgende Werte:

  • spezif. Leistungsaufnahme (alt) 0,3841 KW/h

  • spezif. Leistungsaufnahme (neu) 0,2323 KW/h

Somit ergeben sich ca. 39 % Energieeinsparung.

Neben einer deutlich gestiegenen Versorgungssicherheit und reduzierten Wartungs- und Servicearbeiten können vor allem die Energiekosten deutlich gesenkt werden. Eine Einsparung von ca. 39 % kann sich sehen lassen.

 

Modernisierungsreport 2017/2018 | PDF-Download (1.13 MB)