|
|
| Erlanger Stadtwerke AG, Erlangen (Deutschland) | | Geregelter Umlauf für heiße Ware | Im Heizkraftwerk (HKW) der Erlanger Stadtwerke AG (ESTW) regeln seit über einem Jahr Geräte der neuen Frequenzumrichtergeneration Sinamics über die Pumpendrehzahl die Fördermengen in der Fernwärmeversorgung.Zum Einsatz kommt dabei eine Baureihe, die speziell auf Antriebsaufgaben wie Pumpen zugeschnitten ist. Dadurch lassen sich die Vorteile des drehzahlvariablen Betriebs mit Frequenzumrichtern besonders effektiv nutzen: schnelle und exakte Fördermengenregelung, schonender Betrieb durch sanften An- und Auslauf sowie geringer Energiebedarf.
Im HKW der ESTW wird nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt. Kühltürme benötigt ein solches Kraftwerk nicht. Stattdessen wird der in den Kesseln erzeugte Dampf über Dampfturbinen mit nachgeschalteten Heizkondensatoren geführt, die die Wärmeenergie des Abdampfes an ein Wassernetz als Heizmedium übertragen. Die so gewonnene Heizenergie steht privaten Haushalten, Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen, wie Schulen oder Verwaltungsgebäuden, zur Verfügung. Dies steigert die Primärenergieausnutzung bei der Erzeugung der Produkte Wärme und Strom erheblich. In Erlangen kommen inzwischen etwa 20% der benötigten Heizenergie aus dem HKW der ESTW. Als Heizmedium wird bis zu 130°C heißes Wasser über ein insgesamt 60 km langes Rohrleitungsnetz im Kreislauf zu den rund 600 Übergabestationen gepumpt. Über diese Übergabestationen können die Fernwärmekunden ihren Wärmebedarf für Heizung und Brauchwarmwasser decken.
Schwankender Bedarf
Der Wärmebedarf der Fernwärmekunden ist dabei nicht konstant sondern schwankt in Abhängigkeit von der witterungsbedingten Außentemperatur und dem Wochentag erheblich. Maximale Werte werden an kalten Wintertagen während der Woche erreicht. Der Heizbedarf ist wegen der niedrigen Außentemperaturen hoch. Alle Schulen, Universitäten, Bürogebäude und Fabriken sind geöffnet und benötigen Heizenergie. An einem heißen Augustwochenende hingegen wird nur ein Bruchteil dieser Maximalwerte erreicht. Die Heizungen sind abgeschaltet, es wird nur Wärme für Brauchwarmwasser benötigt. Öffentliche Gebäude und Fabriken sind geschlossen, viele Einwohner der Stadt im Urlaub. Auch innerhalb eines Tages sind die Schwankungen oft erheblich. Den aktuellen Bedarf ermittelt das Leitsystem Teleperm anhand mehrer Messstationen, die die Außentemperatur, die Temperaturdifferenz von Heizwasservor- und Rücklauf sowie die Heizwasserfördermenge erfassen. Aus diesen Werten lässt sich der momentane Wärmeverbrauch ermitteln. Bei Bedarfsänderungen passt das System die Heizwassertemperatur und die Fördermengen entsprechend an, wobei die Heizwassertemperatur über die Brennleistung eingestellt wird. Damit sich auch die Fördermenge schnell, exakt und effizient anpassen lässt, rüsteten die Stadtwerke Erlangen bereits in den 80er Jahren die Pumpenmotoren mit Frequenzumrichtern für drehzahlvariablen Betrieb aus.
Exakt und effizient
Mit variabler Motordrehzahl lassen sich die Fördermengen wesentlich schneller und exakter den aktuellen Bedürfnissen anpassen, als durch einem Festdrehzahlmotor mit mechanischer Regelung, beispielsweise einer Drossel. Abgesehen von der genaueren Fördermengenregelung bringt der drehzahlvariable Betrieb weitere Vorteile. So schont der sanfte An- und Auslauf die Mechanik des gesamten Antriebsstranges, verringert den Verschleiß, reduziert den Wartungsaufwand und erhöht die Lebensdauer der Komponenten. Auch Druckwellen im Rohrleitungssystem treten hier nicht auf. Ein wichtiges Argument für den drehzahlvariablen Betrieb ist der deutlich geringere Energiebedarf: Im Gegensatz zu Festdrehzahlmotoren, die immer mit voller Drehzahl laufen, lässt sich bei drehzahlgeregelten Antriebssystemen mit Frequenzumrichtern die Leistung stets genau den aktuellen betrieblichen Erfordernissen anpassen. Je nach Anlagenkennlinie kann die dadurch bedingte Energieersparnis - insbesondere bei Strömungsmaschinen wie Lüftern oder Pumpen - bis zu 50% betragen.
Förderkapazität verdoppelt
Die Frequenzumrichter der ersten Generation, von Mitte der 80er Jahre an in Betrieb, waren Geräte vom Typ Simovert A. Im Jahr 2004 wurden im Rahmen einer Modernisierung die beiden Pumpstationen eines Fernwärmekreislaufs - eine für den Vorlauf zum Verbraucher, eine für den Rücklauf vom Verbraucher - komplett ausgetauscht und ihre maximale Förderkapazität von je 750 m³ pro Stunde auf je 1500 m³ pro Stunde verdoppelt. Damit ist auch bei wachsender Nachfrage immer eine optimale Fernwärmeversorgung gewährleistet.
Die Antriebssysteme für die beiden neuen Pumpstationen stammen, wie die Vorgängeranlagen, die etwa 20 Jahre zuverlässig ihren Dienst getan haben, von Siemens. Die robusten N-compact Niederspannungsmotoren haben eine Leistung von jeweils 385 kW. Das Regeln der Motordrehzahl übernimmt jetzt die neue Siemens-Umrichtergeneration Sinamics, die unter anderem bei gleicher Leistung deutlich kleiner sind und einen besseren Leistungsfaktor aufweisen.
Bei dem Sinamics-Konzept haben alle Ausprägungen - für sämtliche Leistungs- und Spannungsklassen sowie Performance-Stufen und Anwendungen - eine technologische Basis. Allen gemeinsam sind unter anderem die einheitliche und einfache Projektierung, Inbetriebnahme und Bedienung.
Auf Antriebsaufgaben an Pumpen zugeschnitten
Für die Pumpstationen war Sinamics G150 eindeutig die geeignetste Wahl. Die Sinamics G150 sind speziell auf Antriebsaufgaben ohne Netzrückspeisung zugeschnitten, beispielsweise Strömungsmaschinen wie Pumpen, Lüfter oder Kompressoren. Dem entsprechen unkompliziert ist der Aufbau. Das wiederum macht die Geräte robust und zuverlässig. Im Servicefall lassen sich die Module mit wenigen Handgriffen austauschen. Werkseitig auf die speziellen Antriebsaufgaben vorkonfiguriert lassen sich die Geräte außerdem besonders einfach in Betrieb nehmen und bedienen. . Durch die durchdachte, übersichtliche Bedienphilosophie muss sich der Kunde nur mit den Funktionalitäten beschäftigen, die er wirklich braucht. Die unkomplizierten und einfachen Bedien- und Inbetriebnahmefunktionen stellt das Graphikdisplay mit Klartextanzeige bereit. Durch eine breite Palette verfügbarer Komponenten und Optionen lässt sich die bewusst einfach gehaltene Gerätereihe trotzdem in ihrer Ausstattung jeweils an die kundenspezifischen Anforderungen anpassen.
In den Erlanger Stadtwerken erfolgt die Bedienung über das vorhandene Leitsystem Teleperm direkt von der zentralen Leitwarte aus. Das Leitsystem wertet die Druckdifferenz im Netz aus und leitet daraus die aktuell erforderliche Fördermenge ab. Sie liegt - je nach aktuellem Bedarf - zwischen 400 und 1500 m³ pro Stunde. Diese Vorgabe gibt das Leitsystem an Sinamics G150 weiter und dieser passt die Drehzahl des Pumpenmotors entsprechend an. Seit ihrer Inbetriebnahme im Frühherbst 2004 laufen die Sinamics G150 reibungslos.
erschienen in: BWK Das Energe Fachmagazin 3/06 |
|
|
|
