Neue Pumpen drosseln Stromverbrauch

Neue Pumpen drosseln Stromverbrauch

Wirkungsgradoptimierte Pumpentechnik steigert Energieeffizienz in der Trinkwasserversorgung

Die Versorgungssicherheit steht beim Zweckverband Wasserversorgung Ruhstorfer Gruppe an oberster Stelle – unmittelbar gefolgt von dem Bestreben, den Stromverbrauch für die Pumpenantriebe im Hauptpumpwerk zu reduzieren. Nach der Erneuerung des Pumpensystems zeigen die Verbrauchsmessungen eine Verringerung des Pumpenstromverbrauchs um rund 20 Prozent.

Im Maschinenhaus Hart, dem Herzstück des niederbayerischen Wasserversorgungsunternehmens ZV Ruhstorfer Gruppe, werden die Pumpen von Synchron-Reluktanz-Motoren angetrieben, die auch im Teillastbetrieb noch optimale Wirkungsgrade erzielen. (Quelle: KSB)
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Rund 12.000 Hausanschlüsse in der Umgebung bekannter Kurorte wie Bad Füssing und Bad Griesbach versorgt das Wasserversorgungsunternehmen Ruhstorfer Gruppe mit Trinkwasser. Der Zweckverband ist ein Zusammenschluss von neun Mitgliedskommunen in der Region am Inn, in denen ca. 40.000 Einwohner sowie Hotels, Pensionen und Kureinrichtungen mit 8000 Gästebetten zu versorgen sind. Zwischen 2,5 und 2,8 Mio. m³ Trinkwasser jährlich liefert die Gruppe in das Versorgungsnetz, das inklusive der Hausanschlüsse rund 750 km lang ist. 80 % davon werden von der Pumpstation im Maschinenhaus Hart in das Trinkwassernetz eingespeist. Aufgabe des Trinkwasserpumpwerks ist, in zwei entfernt gelegenen Hochbehältern mit jeweils rund 2000 m³ Inhalt sowohl den Füllstand als auch den Netzdruck auszugleichen.

Ambitionierte Energieeinsparziele nach Energiestudie

Noch war die Pumpentechnik im Jahr 2016 kein Sanierungsfall, doch die Verantwortlichen richten den Blick in die Zukunft: „Nach der langen Betriebszeit ist die Anlagentechnik insgesamt in die Jahre gekommen, und neben der Versorgungssicherheit haben wir den Fokus auch zunehmend auf die Energieeffizienz gerichtet“, sagt Armin Bauer, Werkleiter des ZV Wasserversorgung Ruhstorfer Gruppe. Unterstützt durch eine vom Bund zu 50 % geförderte Energiestudie hat der bayerische Wasserversorger nicht nur sein Netz auf eventuelle Leckagen überwacht, sondern auch die Einrichtungen auf Energieeffizienz untersucht. Das mit der Energiestudie beauftragte Regensburger Ingenieurbüro Reißnecker und Eberhart entwickelte dabei auch ein Energieeinsparkonzept. „An der Anlagentechnik im Maschinenhaus Hart gab es einen mittelbaren Bedarf zur Modernisierung, weil die Pumpen Kavitationsschäden zeigten und die Verrohrung noch aus der Anfangszeit stammte“, berichtet Armin Bauer. „Das primäre Planungskriterium war neben der Versorgungssicherheit die Energieeffizienz und das Potenzial zur Stromkostenreduzierung“, beschreibt Michael Reißnecker die Zielsetzung.

Hydraulisch optimale Leitungs-geometrie mit passenden Inlinepumpen

Damit stand zunächst umfassende Planungsarbeit an, die sich indessen nicht nur auf die Pumpenauswahl beschränkte. Die Kavitationsschäden an den bisherigen Pumpen waren dadurch entstanden, da die Anbindeleitungen zu den Pumpen mit Bögen ausgeführt werden mussten, was zu einer turbulenten Strömung geführt hat. Das gesamte Rohrleitungssystem der Pumpstation wurde durch das Ingenieurbüro in Abstimmung mit dem Auftraggeber auf nur einer Ebene geplant, so dass Umlenkungen auf verschiedene Etagen entfallen konnten. Voraussetzung hierzu war die Verfügbarkeit von hocheffizienten Inlinepumpen, deren Zu- und Ablaufstutzen in einer Achse verlaufen.

Für die optimale hydraulische Einbindung wurden die Pumpengehäuse vertikal gestellt.

„Das erklärt, warum die Pumpenmotoren oben senkrecht statt wie üblich seitlich liegend montiert sind“, erläutert Miriam Nagler, Planerberaterin für den Anwendungsbereich Wasser/Abwasser beim Pumpenhersteller KSB, über die ausgewählten Hochdruckpumpen für das Herzstück des Trinkwasserpumpwerks. Dadurch konnte trotz der vorgegebenen räumlichen Zwangspunkte eine hydraulisch optimale Leitungsgeometrie realisiert werden.

„Pumpen müssen eine flexible Fahrweise ermöglichen“

Das aus drei vertikalen Hochdruckpumpen bestehende Pumpensystem fördert mit einer durchschnittlichen Leistung von 75 l/s in das Versorgungsnetz; die Fördermenge bewegt sich über einen Leistungsbereich von 75 bis 115 l/s. Für die Dimensionierung hat das Planungsbüro in Zusammenarbeit mit den technischen Mitarbeitern des WVU die Ist-Volumenströme gemessen und diese Daten der Pumpenauslegung zugrunde gelegt. „Exakte Werte für die Auslegung ergeben sich nur, wenn man den tatsächlichen Betrieb analysiert. So konnten die neuen Pumpen nach dem optimalen Betriebspunkt ausgelegt werden. Ein entscheidendes Planungskriterium war deshalb, dass die neuen Pumpen eine sehr flexible Fahrweise ermöglichen und dabei trotzdem über den gesamten Drehzahlregelbereich einen guten hydraulischen Wirkungsgrad erzielen“, erläutert Reißnecker.

Die je nach Betriebspunkt benötigte Leistung der 110 kW-Pumpenmotoren wird mit „PumpDrive“-Pumpendrehzahlregelungen stets dem momentanen Leistungsbedarf angepasst. „Der Leistungsbedarf ist abhängig von Füllstand in den Hochbehältern und vom momentanen Verbrauch im Netz. Vorher war durch den Betrieb mit kleineren Pumpen und mit beschränkter Drehzahl kein bedarfsabhängiger Betrieb möglich – in den meisten Betriebszuständen waren zwei Pumpen zuviel und eine zuwenig“, berichtet Alexander Hutterer, verantwortlicher Wassermeister für den Bereich Anlagentechnik und Energiemanagementbeauftragter beim ZV Wasserversorgung Ruhstorfer Gruppe.

Pumpenantriebe mit hohem Wirkungsgrad auch bei Teillast

Optisch fallen im Pumpwerk sofort die goldfarbenen Gehäuse der Pumpenmotoren auf. In der Ausschreibung waren Antriebsmotoren mit IE4-Klassifizierung vorgesehen. Diese Anforderung konnte KSB mit der Motorenbaureihe SuPremE erfüllen. „Für Anwendungen mit schwankendem Leistungsbedarf eignet sich dieser Motorentyp besonders, weil auch im Teillastbereich noch hohe Wirkungsgrade erzielt werden. Die Pumpenantriebe sind Synchron-Reluktanzmotoren, die im Teillastbetrieb beim Wirkungsgrad einen klaren Vorteil gegenüber konventionellen Asynchronmotoren zeigen“, erklärt Miriam Nagler. Die IE4-Standardvorgabe bezieht sich lediglich auf den Wirkungsgrad bei Volllastbetrieb, der jedoch in der Praxis insbesondere bei schwankendem Leistungsbedarf nur selten auftritt.

Die umgesetzte Lösung ist das Ergebnis detaillierter Planungsarbeit des Ingenieurbüros. Auf Grundlage der ermittelten Auslegungsdaten lieferte die technische Beratung von KSB für das gewählte Pumpensystem die Angabe eines garantierten Wirkungsgrades. Damit die Angaben zu den Wirkungsgraden kein leeres Garantieversprechen bleiben, hat KSB auf Veranlassung des Auftraggebers den Pumpenbetrieb mit den Originalpumpen inklusive Motor und Frequenzumrichter in einem zertifizierten Prüffeld im KSB-Werk Halle a. d. Saale anhand der gemessenen hydraulischen Anlagendaten simuliert.

Umbau im laufenden Betrieb

Mit dem Austausch der Pumpen im Herbst 2016 ging auch die Erneuerung der rund 40 Jahre alten hydraulischen Installation einher. Die geradlinige Rohrführung (DN 300) zum Pumpenanschluss erlaubte einen zügigen Umbau, der die Mitarbeiter der Wasserversorgung und das ausführende Fachunternehmen ohnehin vor eine Herausforderung stellte: „Der Pumpenbetrieb durfte für maximal sechs Stunden unterbrochen werden. Das ist der verfügbare Zeitrahmen, bis die Hochbehälter leer sind und dann mindestens eine Pumpe wieder in Betrieb sein muss“, erläutert Hutterer.

Energieeinsparung übertrifft Erwartungen

Im Dezember 2016 nahmen die Verantwortlichen die mit einem Investitionsvolumen von 264.000 Euro installierte Pumpentechnik und Leitungsinstallation offiziell in Betrieb. Erwartet haben die Projektbeteiligten eine Einsparung beim Pumpenstromverbrauch von etwa 100.000 kWh/a. Leistungsmessungen nach der Modernisierung haben nach der Hochrechnung auf den Jahresverbrauch jedoch ergeben, dass sich der Verbrauch um über 20 % reduziert hat, was im Wasserwerk zu einer ersten Anekdote geführt hat: „Bei der Erfassung des Stromverbrauchs im ersten Monat nach der Inbetriebnahme kam von der zuständigen Mitarbeiterin in der Verwaltung die Rückfrage, ob dieser derart niedrige Verbrauchswert stimmen kann“, erzählt Hutterer. Die erzielte Reduzierung des Stromverbrauchs von insgesamt 21 % wird mit 18 % den Pumpenantrieben und mit 3 % der optimierten Hydraulik zugerechnet. „Als zukunftsorientiertes Wasserversorgungsunternehmen haben wir jetzt neben der optimalen Versorgungssicherheit auch den Energieaufwand und den Stromverbrauch mit im Fokus. Zusätzlich wurde im Rahmen der energetischen Modernisierung auch eine Photovoltaikanlage mit 60,9 kWp für den Eigenstromverbrauch realisiert. Unser modernisiertes Pumpwerk kann man durchaus als Musteranlage bezeichnen“, resümiert Armin Bauer.

 

Modernisierungsreport 2017/2018 | PDF-Download (668.97 KB)