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| MVV Energie AG; Mannheim (Deutschland) | | Mehr Effizienz für Wasserwerke | Im ZWK Wasserwerk Schwetzinger Hardt, das im Rahmen eines Betriebsführungsvertrages von der MVV Energie AG (MVV) Mannheim betrieben wird, laufen seit etwa einem Jahr robuste Drehstrom Asynchronmotoren und Frequenzumrichter der neuesten Generation. Im Betrieb spart diese Kombination sowohl Wartungskosten als auch Energie und schont gleichzeitig die Pumpenmechanik. Die Umrichter sind dabei in übergreifendes Automatisierungs- und Leitsystem eingebunden, das alle Wasserwerke des MVV verknüpft. Mit diesem System lassen sich alle Prozesse der Wasserversorgung von überall her steuern und überwachen.
Das Wasserwerk Schwetzinger Hardt versorgt mit einem Werksteil die Gemeinden Schwetzingen und Ketsch, insgesamt etwa 37.000 Einwohner. Im Jahr 2003 hat das Wasserwerk etwa 3,6 Millionen Kubikmetern Wasser an die Gemeinden Schwetzingen und Ketsch abgegeben, in den vorangegangenen Jahren lag der Wert ähnlich hoch. Innerhalb der Jahre schwankt der Fördermenge in Abhängigkeit vor allem von Jahreszeit, Wochentag und Tageszeit erheblich. So liegt der Bedarf nachts beispielsweise nur bei 80 m³ pro Stunde, an einem heißen Sommernachmittag dagegen bei 1250 m³ pro Stunde. Teile des in eigenen Brunnen gewonnen Wassers werden - über andere Pumpensysteme -- auch an die Städte Mannheim und Heidelberg abgegeben (ca. 7,5 Mio. m³/a).
Um auch auf kurzfristige Schwankungen schnell und exakt reagieren und so eine optimale Wasserversorgung gewährleisten zu können, setzte die MVV schon früh auf drehzahlvariable Antriebstechnik. Neben der hohen Regelgenauigkeit bei der Fördermenge hat drehzahlvariable Antriebstechnik gegenüber Festdrehzahlmotoren mit mechanischen Regelkonzepten wie beispielsweise einer Drosselklappe weitere Vorteile: Energieersparnis und geringer Verschleiß der Pumpenmechanik. 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. Je nach Anlagenkennlinie kann die dadurch bedingte Energieersparnis bis zu 50% betragen. Gleichzeitig fallen die für den Anlauf von Festdrehzahlmotoren typischen Stromspitzen und die damit verbundenen starken Momentenstöße weg. Der sanfte An- und Auslauf entlastet die Mechanik des gesamten Antriebsstranges und die Rohrleitungsnetze?? und erhöht deren Lebensdauer.
Drehzahlvariable Drehstromantriebe sparen Wartungskosten und Energie
Wegen dieser Vorteile des drehzahlvariablen Betriebs stattete die MVV schon 1972 ihre Pumpenanlagen mit drehzahlvariabler Antriebstechnik aus, damals mit Gleichstromantrieben. Als nun altersbedingt ein Austausch der kompletten Pumpensysteme inklusive Antriebstechnik notwendig wurde, entschied sich die MVV für ein wartungsarmes drehzahlvariables Drehstromantriebssystem mit den neuen Frequenzumrichtern Sinamics G150. Diese Umstellung brachte neben dem reduzierten Wartungsaufwand auch eine Energieersparnis von 10 Prozent. "Wir sparen im Jahr etwa 60000 KWh an elektrischer Energie mit dieser Technik" beziffert Uwe Erny, Projektleiter für das Thema Wasserversorgung beim MVV den Effekt der technischen Umstellung. Dies ist auch vor dem Hintergrund zu sehen, dass die drehzahlveränderbaren Gleichstromantriebe von der Energiebilanz schon wesentlich effizienter waren als Festdrehzahlantriebe mit Drosselregelung.
In der neuen Pumpenanlage laufen insgesamt 3 Pumpen mit drehzahlvariablen Drehstromantrieben. Zwei kleine Pumpen mit jeweils einem 160-kW-Antrieb und eine große Pumpe mit einem 315-kW-Antrieb. Bei geringem Wasserbedarf laufen nur die beiden kleinen Pumpen und passen sich durch die variable Drehzahl ständig dem schwankenden Wasserbedarf von Schwetzingen und Ketsch an. Übersteigt der Bedarf 550 m³ schaltet sich die große Pumpe ein, während die kleinen Pumpen aussteigen. Die große Pumpe deckt mit den unterschiedlichen Drehzahlen den Bereich zwischen 550 m³ und 1200 m³ ab. Übersteigt der Bedarf, beispielsweise an sehr heißen Sommertagen, kurzzeitig 1200 m³ schaltet sich eine der beiden kleineren Pumpen wieder zu und erhöht die maximal mögliche Fördermenge auf 1500 m³. Seit dem vor etwa einem Jahr die neue Anlage in Betrieb genommen wurde, wurden als höchster Wert 1250 m³ erreicht.
Funktionen sind auf die Antriebsaufgabe zugeschnitten
Die für das Regeln der Motordrehzahl zuständigen Frequenzumrichter Sinamics G150 sind in ihren Funktionalitäten speziell auf Antriebsaufgaben ohne Netzrückspeisung zugeschnitten, wie sie beispielsweise bei Strömungsmaschinen wie Pumpen, Lüfter oder Kompressoren auftreten. Bei derartigen Antriebsaufgaben genügt unter anderem eine geberlose Vektorregelung, auf einen zusätzlichen Drehzahlistwertgeber kann verzichtet werden. Die Reduktion der Funktionalitäten auf das erforderliche Maß ermöglicht einen zuverlässigen, robusten und kompakten Frequenzumrichter, der ein gutes Preis-Leistungsverhältnis hat und sich leicht bedienen lässt.
"Besonders beeindruckt hat mich die klare und übersichtliche Struktur" sagt Erny. Dieser "einfache" Aufbau macht das Gerät robust und zuverlässig. Im Servicefall lassen sich die Module mit wenigen Handgriffen austauschen. Auch das Parametrieren und Bedienen ist durch den "abgespeckten" Funktionsumfang deutlich einfacher geworden. Die unkomplizierten und einfachen Bedien- und Inbetriebnahmefunktionen stellt das Graphikdisplay mit Klartextanzeige bereit. Bei der Inbetriebnahme machen die selbsterklärenden Texte zusätzliche Handbücher überflüssig. Im Betrieb lassen sich die Antriebsparameter Strom, Drehzahl-Istwert und Drehzahl-Sollwert in Balkendarstellung anzeigen.
Die Bedienung des Umrichters kann am Gerät selbst oder über eine zentrale Leitwarte erfolgen. Im Wasserwerk Schwetzingen erfolgt die Bedienung über das Leitsystem, wobei bei dem Systemkonzept eine direkte Bedienung gar nicht notwendig ist. Alle Vorgänge sind hier automatisiert. Das System misst ständig den Wasserdruck im Rohrleitungsnetz. Bei Änderungen des Wasserdrucks, hervorgerufen durch nachlassenden oder ansteigenden Verbrauch reagiert das System sofort und passt über die Frequenzumrichter die Drehzahl und damit die Fördermenge an. Die Ansteuerung des Frequenzumrichters erfolgt über Profibus durch eine SPS Simatic S7die wiederum ihren Steuerbefehl vom Leitsystem erhält, das ständig den Wasserbedarf anhand des Systemdrucks ermittelt.
Leitsystem ermöglicht autarken Wasserwerksbetrieb
Das Leitsystem basiert auf dem Simatic HMI (human machine interface) WinCC zur Prozessvisualisierung. Mit WinCC lässt sich die komplette Anlage unter Windows 2000 und XP bedienen und beobachten. Für die MVV hat Siemens Mannheim mit so genannten "Add-ons" das WinCC-System an die spezifischen Anforderungen der Mannheimer Wasserwerke angepasst, das Zusammenspiel von WinCC und dem Simatic-S7-Automatisierungssystem anlagenspezifisch optimiert. Dieser MVV-Standard entstand in enger Abstimmung mit dem Kunden. Dabei wurde eine standortübergreifende Gesamtlösung entwickelt, die alle drei Wasserwerke - Käfertal, Rheinau und Schwetzinger Hardt - über LAN vernetzt. Mit dieser Lösung arbeiten die Wasserwerke jetzt vollkommen autark. Alle Messwerte und Meldungen werden vollautomatisch protokolliert und archiviert.
Die Sinamics G150 Geräte und die dazugehörigen robusten Siemens-Niederspannungsmotoren fügen sich als "Hände des Systems" nahtlos in die Automatisierungslandschaft des MVV-Standards von Siemens Mannheim ein. Neben Ihrer klaren Struktur, Zuverlässigkeit und einfache Bedienbarkeit überzeugen sie durch ihren kompakten Aufbau - sie haben 50 % weniger Stellfläche als herkömmliche Geräte gleicher Leistung - und ihren geringen Geräuschpegel von nur 69 dB (A) bei vollem Betrieb. "Im Schaltraum ist es jetzt so leise dass man sich unterhalten kann" sagt Uwe Erny.
Die Sinamics G150 Frequenzumrichter im Wasserwerk Schwetzingen laufen jetzt seit einem halben Jahr reibungslos. Fünf weitere Umrichter dieser Baureihe sind inzwischen im Fernwärmenetz der MVV im Einsatz.
erschienen in: Wasserwirtschaft 5/06 |
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