gwf Wasser/Abwasser IT-Branchenlösungen für die Wasserwirtschaft (Vorschau)

| FACHBERICHTE
|
Abwasserbehandlung
Energieeffizienter Betrieb
von Abwasserfördersystemen
Abwasserbehandlung, Energieeffizienz, Abwasserpumpen, Drehzahlregelung, Steuerung, Praxistest
Anita Knubbe, Alexander Fricke, Hartmut Eckstädt, Klaus Neymeyr, Martin Schwarz und Jens Tränckner
Die Drehzahlregelung von Pumpen ermöglicht eine
Anpassung der Förderströme an aktuelle Gegebenheiten.
Im Vergleich zur Steuerung der Pumpe ohne
Drehzahlregelung in Abhängigkeit vom Wasserstand
in der Pumpenvorlage kann eine beachtliche Energieeinsparung
erreicht werden. In einem Forschungsprojekt
mit Kooperationspartnern aus der Industrie
wurden intelligente Strategien zur Steuerung von
Pumpen mittels Drehzahlregelung entwickelt, durch
die der Energieverbrauch erheblich gesenkt werden
konnte. An einem Referenzabwasserpumpwerk auf
der Halbinsel Fischland-Darß-Zingst wurden theoretische
Energieeinsparungen von über 20 % berechnet.
Diese Einsparungen und die Auswirkungen der
veränderten Betriebsweise auf das Abwasserfördersystem
werden derzeit in einem Praxistest überprüft.
Energy-Efficient Operation
of Wastewater Pumping Systems
Speed control of pumps can be used to adapt flow
rates to varying operational conditions. In comparison
to conventional two-level controllers depending
on the water level in the pump sump considerable
energy savings can be achieved. In a research project
in cooperation with industrial partners, intelligent
strategies for the operation of pumps by using speed
control have been developed, leading a significant
reduction of energy demand. In a reference sewage
pumping station on the peninsular Fischland-Darß-
Zingst theoretical energy savings of over 20 % were
calculated. These savings and the impact of changes
in operation of the wastewater conveyance system
are currently being demonstrated in a practical test.
1. Ausgangslage
Die Europäische Union hat umfangreiche Gesetze erlassen,
die eine Senkung des Energieverbrauches und
damit eine Reduzierung des Ausstoßes des klimaschädlichen
Treibhausgases CO 2 forcieren. Die Europäische
Kommission veröffentlichte am 13.11.2008 eine
Mitteilung zur Energieeffizienz und der Erreichung eines
20 %-Ziels. Das Ziel besteht darin, den Primärenergieverbrauch
um 20 % zu verringern, ohne dabei Wirtschaftstätigkeiten
einzuschränken. Dies ist mithilfe der
Verbesserung der Energieeffizienz zu bewältigen [1].
Der gemeinsame Rahmen für Maßnahmen zur Förderung
der Energieeffizienz in der Union und damit zur
Erreichung des 20 %-Ziels wurde mit der Richtlinie
2012/27/EG vom 25.10.2012 festgelegt [2]. Eine im
Jahr 2009 in Kraft getretene Ökodesign-Richtlinie
(2009/125/EG ersetzt 2005/32/EG) zielt speziell auf die
Energieeffizienz und allgemeine Umweltverträglichkeit
von Elektrogeräten ab. Dabei umfasst die Richtlinie
den gesamten Lebenszyklus eines Elektrogerätes
[3]. Speziell bei Abwasserpumpen macht der Energieverbrauch
den dominierenden Teil der Lebenszykluskosten
aus [4]. Dieser kann durch eine intelligente
Steuerung mittels Drehzahlregelung deutlich gesenkt
werden.
Häufig werden Abwasserpumpen in herkömmlicher
Zweipunktsteuerung betrieben. Dabei wird die Pumpe
bei einem definierten Maximalwasserstand im Pumpensumpf
in Betrieb genommen und fördert so lange, bis
der definierte Minimalwasserstand erreicht ist. Diese
Betriebsweise ist zwar mit einem hohen Pumpenwirkungsgrad,
jedoch auch mit hohen Reibungsverlusten
und somit einem hohen Energieverbrauch verbunden.
Wird eine Pumpe jedoch mittels Frequenzumrichter
gesteuert, ergeben sich diverse Vorteile. Durch eine Verminderung
der Drehzahl bzw. der Förderströme wird
die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert. Zudem wird
die Pumpe sanfter gestartet und gestoppt, sodass die
Komponenten der Pumpe geschont werden.
Neben diesen positiven Effekten kann eine erhebliche
Energieeinsparung durch eine Reduzierung der Förderströme
erzielt werden. Aufgrund der Affinitätsgesetze
Q 1
= n 1
H 1
!
= n $
1
# &
Q 2
n 2
H 2 " %
n 2
2
P 1
!
= n $
1
# &
P 2 " %
kann die Leistungsaufnahme bei einer Verminderung der
Drehzahl bzw. des Förderstroms um 30 % theoretisch bereits
um ca. 65 % gesenkt werden. In der Praxis ist jedoch zu
berücksichtigen, dass sich der Gesamtwirkungsgrad mit
n 2
3
(1)
Mai 2014
640 gwf-Wasser Abwasser