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| Landeswasserversorgung Baden-Württemberg, Stuttgart (Deutschland) | | Effiziente Antriebe im Wasserwerk | Um ihre Grundwasser-Fassungen flexibel und effizient zugleich bewirtschaften zu können, setzt die Landeswasserversorgung Baden-Württemberg auf drehzahlveränderbare Pumpenantriebe. In einer der Fassungen sind seit November 2003 die neuen Frequenzumrichter vom Typ Sinamics G150 im Einsatz, die speziell auf Antriebsaufgaben wie Pumpen zugeschnitten sind.
Die Landeswasserversorgung in Baden-Württemberg 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 450.000m3 Wasser am Tag gefördert werden. Dies entspricht einer Menge von 5.200l/s. Zu den rund 250 Städten und Gemeinden des Versorgungsgebietes gehören neben Stuttgart unter anderem Aalen, Esslingen, Göppingen, Ludwigsburg, Schwäbisch Gmünd und Ulm.
Etwa 70% des von der Landeswasserversorgung gelieferten Trinkwassers entstammen 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% der Gesamtabgabe entstammen - zu Trinkwasser bester Qualität aufbereitet - 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 Grundwasser-Fassungen 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. Damit 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 Energieverbrauch, der bei Strömungsmaschinen wie Pumpen oder Gebläsen etwa ein Drittel der Betriebskosten verursacht.
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. Mit 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, da beim Betrieb am Umrichter die Stromspitzen beim Hochfahren und die damit verbundenen starken Momentenstöße wegfallen. 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. 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 160kW zum Einsatz. Dadurch ist in der Fassung 6 bei einer maximal möglichen Entnahmemenge von 350l/s jetzt mit beiden Pumpen kurzfristig und stufenlos jeder beliebige Wert zwischen 50 und 230l/s pro Pumpe einstellbar. Zuvor waren nur drei feste Fördermengen möglich gewesen.
Auf Anwendungen wie Pumpen zugeschnitten
Sinamics G150-Umrichter sind mit ihrer robusten, geberlosen Vektorregelung speziell auf Antriebsaufgaben ohne Netzrückspeisung zugeschnitten. Damit eignen sie sich insbesondere auch für Strömungsmaschinen wie Pumpen. Durch eine breite Palette verfügbarer Komponenten und Optionen lässt sich das Gerät in seiner Ausstattung jeweils an die kundenspezifischen Anforderungen anpassen. Ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis ist die Folge.
"Der Sinamics G150 ist wesentlich bedienerfreundlicher als bisherige Geräte", urteilt Dipl.-Ing. Martin Krasser, Planungsingenieur der Landeswasserversorgung "weil übersichtlicher und klarer in der Bedienerführung". Werkseitig auf die Antriebsaufgaben vorkonfiguriert, lassen sich die Geräte besonders einfach in Betrieb nehmen und bedienen. Durch die durchdachte, übersichtliche Bedienphilosophie muss sich der Anwender nur mit den Funktionalitäten beschäftigen, die er wirklich braucht. Sämtliche Bedien- und Inbetriebnahmefunktionen stellt das Grafikdisplay mit Klartextanzeige bereit. Im Betrieb lassen sich die Antriebsparameter wie Strom, Drehzahl-Istwert und Drehzahl-Sollwert in Balkendarstellung anzeigen - Übersicht auf einen Blick.
Leise und kompakt
Sinamics G150 ist der derzeit leiseste und kompakteste Frequenzumrichter im Standardschaltschrank. Ein Geräuschpegel von nur 69dB (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% geringer. In der Ausführung ohne Netzanschaltkomponenten - wie es bei einer zentralen Netzeinspeisung möglich ist - sind es sogar 70%. 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. Sinamics G150 ist an eine Simatic-Steuerung angeschlossen, die wiederum über Lichtwellenleiter sowohl mit der Zentral- als auch mit der Bereichswarte vernetzt ist. Somit lässt sich der Umrichter - und damit die Pumpendrehzahl bzw. Fördermenge - sowohl am Bedienpanel vor Ort als auch über die Leitwarten steuern.
Einbaugerät Sinamics G130 - Umrichter für modularen Aufbau
Umrichter, die - angepasst an Antriebsaufgaben wie Pumpen - besonders wirtschaftlich, unkompliziert, robust und einfach zu bedienen sind, gibt es auch als Einbaugeräte. Wie die Schrankgeräte Sinamics G150 sind auch die Einbaugeräte Sinamics G130 auf Antriebsaufgaben ohne Netzrückspeisung zugeschnitten. Dies sind in erster Linie Applikationen mit quadratischem Lastmoment, also Strömungsmaschinen wie Pumpen, Lüfter und Kompressoren, aber auch Konstantmomentanwendungen wie Extruder, Mixer oder Mühlen. Sinamics G130 besteht im Wesentlichen aus den beiden eigenständigen Komponenten Power Module und Control Unit. Der Aufbau dieser Module kann räumlich getrennt oder als Einheit erfolgen. Im Power Module ist ein Einbauplatz für die Control Unit vorgesehen. Sinamics G130-Einbaugeräte sind für Leistungen von 315kW bis 800kW erhältlich, höhere Leistungen sind durch Parallelschaltung möglich.
Advance 4 / 2004 | |
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