|
|
| Landeswasserversorgung Baden-Würtemberg (Deutschland) | | Flexibel und effizient pumpen | Um ihre Grundwasserfassungen flexibel und effizient zugleich bewirtschaften zu können, setzt die Landeswasserversorgung Baden-Württemberg auf drehzahlveränderbare Pumpenantriebe. In einer der Fassungen sind seit November 2003 neue Frequenzumrichter vom Typ Sinamics G150 im Einsatz, die speziell auf Strömungsmaschinen wie Pumpen zugeschnitten sind.
Die Landeswasserversorgung im Nordosten von Baden-Württemberg (LW) ist eine der größten Fernwasserversorgungen Deutschlands. Über ein 770 km langes Fernleitungsnetz werden mehr als drei Millionen Menschen mit Trinkwasser versorgt. Dabei können bis zu 450.000 Kubikmeter Wasser am Tag gefördert werden. Dies entspricht einer Menge von 5.200 Litern pro Sekunde. Zu den rund 250 Städten und Gemeinden des Versorgungsgebietes gehören neben Stuttgart unter anderem Aalen, Esslingen, Göppingen, Ludwigsburg, Schwäbisch Gmünd und Ulm.
Etwa 70 Prozent des von der Landeswasserversorgung gelieferten Trinkwassers entstammt den Grundwasservorkommen der Schwäbischen Alb. Ein Teil des Karstgrundwassers der Schwäbischen Alb strömt in weitverzweigten unterirdischen Klüften und Spalten dem Donauried zwischen Langenau und Niederstotzingen zu. Aus insgesamt sechs Fassungsreihen mit 220 Einzelbrunnen wird das Wasser zum Wasserwerk Langenau gefördert.
30 Prozent der Gesamtabgabe entstammen - zu Trinkwasser aufbereitet - dem Flusswasser der Donau. Mehr als 90 Millionen Kubikmeter Trinkwasser des Härtebereichs 2 werden jährlich zu Verfügung gestellt.
Um die Trinkwasserversorgung jederzeit auf einem hohen Niveau sicherzustellen, ist ein flexibler Betrieb der Grundwasserfassungen notwendig. Das heißt, jede Fassungsanlage muss genau die Wassermenge liefern können, die für das richtige Mischungsverhältnis und damit die optimale Trinkwasserqualität erforderlich ist. Das Pumpensystem muss also in der Lage sein, die Fördermenge ständig dem aktuellen Bedarf anzupassen.
Exakt und energiesparend
Um entsprechend schnell und exakt die gewünschte Fördermenge einstellen zu können, sind drehzahlvariable Antriebssysteme technisch und wirtschaftlich die sinnvollste Lösung. Mit drehzahlvariabler Antriebstechnik lässt sich im Vergleich zu mechanischen Regelkonzepten (wie Schiebern) die Durchflussmenge bei kürzeren Reaktionszeiten wesentlich genauer steuern. Entscheidend niedriger sind die Betriebskosten der drehzahlvariablen Antriebslösung, vor allem durch den erheblich geringeren Energiebedarf. Der Energieverbrauch verursacht bei Strömungsmaschinen wie Pumpen oder Gebläsen etwa ein Drittel der Betriebskosten.
Im Gegensatz zu Festdrehzahlmotoren, die immer mit voller Drehzahl laufen, lässt sich bei drehzahlvariablen Antriebssystemen mit Frequenzumrichtern die Leistung stets genau den aktuellen betrieblichen Erfordernissen anpassen. In anderen Worten: der Motor nimmt nur die Leistung auf, die gerade notwendig ist. Das Ergebnis ist ein deutlich geringerer Energiebedarf im Vergleich zum Teillastbetrieb leistungsgleicher Festdrehzahlantriebe mit mechanischen Regelprinzipien. Je nach Anlagenkennlinie kann die Energieersparnis zwischen 30 und 50 % betragen. Ein wichtiger Beitrag zur Reduktion der Betriebskosten ist auch der geringere Verschleiß der mechanischen Komponenten des Pumpensystems. Vor allem fallen beim Betrieb am Umrichter die Stromspitzen beim Hochfahren und die damit verbundenen starken Momentenstöße weg. Der sanfte An- und Auslauf entlastet die Mechanik des gesamten Antriebsstranges und erhöht dessen Lebensdauer.
Aufgrund der technischen und wirtschaftlichen Vorteile legte die Landeswasserversorgung auch bei der Modernisierung der Fassung 6 die neuen Pumpensysteme drehzahlveränderbar aus.
Dadurch ist in der Fassung 6 bei einer maximal möglichen Entnahmemenge von 350 l/s jetzt mit beiden Pumpen kurzfristig und stufenlos jeder beliebige Wert zwischen 50 l/s und 230 l/s pro Pumpe einstellbar. Zuvor waren nur drei feste Fördermengen möglich gewesen.
Die drehzahlvariablen Antriebssysteme für die neuen Pumpen der Fassung 6 lieferte Siemens. Zwei robuste und zuverlässige 132-kW-Niederspannungsmotoren vom Typ 1LG4 treiben die Pumpen an. Als Frequenzumrichter zum Regeln der Motordrehzahl kommen Sinamics G150 mit einer Leistung von 160 kW zum Einsatz.
Auf Pumpenapplikationen optimiert
Sinamics-G150-Umrichter sind speziell auf Strömungsmaschinen, beispielsweise Pumpen, zugeschnitten. Also auf Anwendungen mit quadratischem Lastmomentverlauf.
Diese Anwendungen verwenden die Vektorregelung zur Optimierung der Motoransteuerung und somit zur Minimierung der Motorverluste. Sie benötigen jedoch weder Drehzahlrückführung noch hochdynamisches Regelverhalten, und auch keine hohen Überlastreserven. Der Sinamics G150 ist auf dieses Anforderungsprofil hin konstruiert und ist dementsprechend ausgesprochen unkompliziert und robust . Auch sein Funktionsumfang ist auf die Antriebsaufgaben bei Strömungsmaschinen hin optimiert. Das Resultat: Er ist zuverlässig im Betrieb, wartungsarm, einfach in der Bedienung und wirtschaftlich in der Anschaffung.
Nur die notwendigen Funktionen
"Pumpen wie in unserer Anlage laufen nur im ersten Quadranten" so Dipl.-Ing. Martin Krasser, Planungsingenieur der Landeswasserversorgung. "Bisher mussten wir Frequenzumrichter in unseren Pumpanlagen einsetzen, die unnötigerweise den Mehrquadrantenbetrieb beherrschten und auch sonst etliche Funktionen hatten, die wir für die Pumpenantriebe zwar nicht brauchen, aber bezahlen mussten. Mit dem Sinamics G150, der keine solchen überflüssigen Funktionen hat, ist das Preis-Leistungsverhältnis deutlich besser." Auch ist der Sinamics G150 "wesentlich bedienerfreundlicher als bisherige Geräte," wie Dipl.-Ing. Krasser sagt "und übersichtlicher und klarer in der Bedienerführung." Sämtliche Bedien- und Inbetriebnahmefunktionen stellt das Graphikdisplay mit Klartextanzeige bereit. Im Betrieb lassen sich die Antriebsparameter Strom, Drehzahl-Istwert und Drehzahl-Sollwert in Balkendarstellung anzeigen - Übersicht auf einen Blick.
Leise und kompakt
Der Sinamics G150 ist der derzeit leiseste und kompakteste Frequenzumrichter im Standardschaltschrank. Ein Geräuschpegel von nur 69 dB (A) bei vollem Betrieb macht zusätzliche Schallschutzmaßnahmen bei Planung und Installation überflüssig. Die Stellfläche bei den Sinamics G150-Schaltschränken inklusive Netzanschaltkomponenten ist gegenüber herkömmlichen Umrichtergeräten um ca. 50 Prozent geringer, in der Ausführung ohne Netzanschaltkomponenten - wie es bei einer zentralen Netzeinspeisung möglich ist - sind es sogar 70 Prozent.
Abgesehen von der Lieferung der Motoren und der Sinamics-G150- Umrichter, die aufgrund ihrer Eigenschaften inzwischen in Wasserwerken rund um den Globus laufen, übernahm Siemens bei der Landeswasserversorgung auch die Installation und Inbetriebnahme der drehzahlvariablen Antriebssysteme sowie deren Einbindung in das übergeordnete Leitsystem. Der Sinamics G150 ist an eine SPS Simatic-S5 angeschlossen, die wiederum über Lichtwellenleiter sowohl mit der Zentral- als auch mit der Bereichswarte verknüpft ist. Somit lässt sich der Umrichter - und damit die Pumpendrehzahl bzw. Fördermenge - sowohl am Bedienpanel vor Ort als auch über die Leitwarten steuern.
erschienen in: wlb - wasser luft boden, Ausgabe 6/04 | |
|
|
|
