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Energiegewinnung bei der Trinkwasseraufbereitung

01 Eine der drei Wasserkammern des Hochbehälters Mönchsloh, der insgesamt 3 350 m3 Wasser fasst und das Versorgungsnetz der ZV Renninger WV-Gruppe speist

01 Eine der drei Wasserkammern des Hochbehälters Mönchsloh, der insgesamt 3 350 m3 Wasser fasst und das Versorgungsnetz der ZV Renninger WV-Gruppe speist

02 Axel Kruse von SAB vor dem Schaltschrank mit dem Frequenzumrichter ACS800-11

02 Axel Kruse von SAB vor dem Schaltschrank mit dem Frequenzumrichter ACS800-11

03 Die mit dem rückspeisefähigen Frequenzumrichter ACS800-11 erzeugte elektrische Energie wird intern zur Energieversorgung von Pumpen verwendet

03 Die mit dem rückspeisefähigen Frequenzumrichter ACS800-11 erzeugte elektrische Energie wird intern zur Energieversorgung von Pumpen verwendet

04 Die Frequenzumrichter ACS550-01 regeln die Motoren verschiedener Pumpen sowie eines Rührwerks

04 Die Frequenzumrichter ACS550-01 regeln die Motoren verschiedener Pumpen sowie eines Rührwerks

Die ZV Renninger WV­Gruppe versorgt die Städte Renningen und Rutesheim mit Wasser. In einer Turbinenapplikation im Hochbehälter Mönchsloh gewinnt seit Mitte 2016 ein rückspeisefähiger Frequenzumrichter von ABB Energie für die interne Stromversorgung von Pumpen.
Der Zweckverband Renninger Wasserversorgungsgruppe (ZV Renninger WV-Gruppe), ein Zusammenschluss der nahe Stuttgart gelegenen Städte Renningen und Rutesheim, versorgt die beiden Verbandsgemeinden jährlich mit rund 1,3 Mio. m3 Wasser. Die Trinkwasserversorgung erfolgt derzeit zu 60 % durch eigene Brunnen sowie zu 40 % durch Fremdwasser des Zweckverbandes Bodenseewasserversorgung (BWV).
Aufgrund des prognostizierten Bevölkerungswachstums sowie der industriellen Erschließungsmaßnahmen wird sich der Wasserbedarf für den Versorgungsbereich der ZV Renninger WV-Gruppe bis zum Jahr 2025 voraussichtlich um 35 % erhöhen. Des Weiteren bestand bei der Eigenwassernutzung Handlungsbedarf hinsichtlich der Aufbereitungstechnik, damit die Trinkwasserqualität auch den künftigen Anforderungen nach der Trinkwasserverordnung entspricht. Aus diesen Gründen wurden verschiedene Maßnahmen durchgeführt, die eine strukturelle Veränderung der Wasserversorgung sowie eine Verbesserung der Wasserqualität bewirken.
Hochbehälter wird modernisiert
Eine wichtige Rolle in der Trinkwasserversorgung spielt der Hochbehälter Mönchsloh (Bild 1), der heute als zentraler Hochbehälter zur Einspeisung ins Versorgungsnetz der ZV Renninger WV-Gruppe dient. Er wurde dafür technisch und baulich erweitert, unter anderem um eine dritte Wasserkammer, die seine Kapazität auf 3 350 m3 erhöht.
Im Rahmen des Modernisierungs- und Erweiterungsprojekts wurden insgesamt zehn Niederspannungsfrequenzumrichter von ABB in dem Hochbehälter eingebaut. Die Projektierung und Montage der Geräte übernahm die Firma SAB Steuerungs- und Anlagenbau, die jährlich über 1 500 Niederspannungs- und Steuerschränke fertigt. Eine weitere Kompetenz liegt im Umfeld der kommunalen Wasser- und Abwasserversorger. Dafür liefert SAB Anlagen von der Planung bis zur kompletten Montage, Software sowie SPS- und PLS-Technik.
„Als produktunabhängiger Systemlieferant berücksichtigen wir nur namhafte Hersteller. Im Bereich Frequenzumrichter haben wir in der Vergangenheit schon in diversen Projekten mit ABB zusammengearbeitet. Ein herausragendes Projekt war hier die Montage von drei 320-kW-Maschinen aus Pumpe und Generator bei der damaligen EnBW Stuttgart“, bemerkt SAB-Projektleiter Axel Kruse (Bild 2).
Energieerzeugung mit dem Umrichter
Im Hochbehälter Mönchsloh dient ein rückspeisefähiger Industrial Drive ACS800-11 von ABB mit einer Nennleistung von 37 kW zur Energierückgewinnung des Eingangsdrucks der BWV-Zuleitung (Bild 3). In der Einspeiseleitung der Bodenseewasserversorgung ist eine Turbine installiert, die den Vordruck der Bodenseewasserversorgung von circa 13 bar entspannt. Täglich erzeugt der Wasserversorger mit dem Frequenzumrichter rund 200 kWh elektrische Energie, die er intern zur Energieversorgung von Pumpen verwendet.
Die komplett ausgestattete Einheit mit Schutzart IP21 ist mit einer aktiven Einspeiseeinheit ausgestattet. Damit ist ein voller Energiefluss sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb möglich.
Turbinen mit rückspeisefähigen Niederspannungsfrequenzumrichtern bieten erheblich bessere Möglichkeiten der Energieeinsparung als konventionelle Druckreduzierarmaturen, da sie Energie aus dem Prozess zurückgewinnen. Externe Bremswiderstände sind nicht erforderlich. Das vereinfacht die Installation und reduziert die Abwärme. Dank ihres guten Netz-Oberschwingungsverhaltens sowie des einstellbaren Leistungsfaktors sind die rückspeisefähigen Frequenzumrichter auch eine günstige Alternative zur Dämpfung von Oberschwingungen und um Blindleistung zu kompensieren.
Zielgerechte Trinkwasseraufbereitung
Im Hochbehälter Mönchsloh kommen außerdem neun ABB Standard Drive ACS550-01 mit Leistungen zwischen 4 kW und 30 kW in der Wasseraufbereitung und -verteilung zum Einsatz (Bild 4). Dort regeln sie die Motoren verschiedener Pumpen sowie eines Rührwerks. Alle Geräte sind mit Profibus DP ausgestattet. Die ACS550-01 zeichnen für die kontinuierliche Einstellung der Wassermengen verantwortlich. Um die Aufbereitung des Trinkwassers zielgerecht ausführen zu können, müssen diverse Parameter bis auf eine Nachkommastelle geregelt werden. „ABB hat für das Projekt außerdem noch 20 induktive Durchflussmessgeräte aus der Flowmaster-Serie geliefert“, ergänzt A. Kruse.
Für SAB hat die Zusammenarbeit mit ABB den Vorteil, dass die Experten alle Geräte – auch den rückspeisefähigen Frequenzumrichter – aus einer Hand bekommen können. Zudem kannte die Firma die Geräte schon von anderen Anlagen. Für die Energieerzeugung hat der ACS800-11 außerdem den Vorteil, dass er entgegen der Ausschreibung alle erforderlichen Komponenten in einem Gehäuse enthält. Sowohl der Endkunde als auch das Planungsbüro haben dies akzeptiert. Inzwischen kommt der Typ ACS800-11 in mehreren Anlagen mit Fernwasserversorgung zur Energierückgewinnung zum Einsatz. (no)

Wolf-Dieter Frank ist Vertriebsingenieur Motors & Drives bei der ABB Automation Products GmbH in Ladenburg. wolf-dieter.frank@de.abb.com

Wolf-Dieter Frank ist Vertriebsingenieur Motors & Drives bei der ABB Automation Products GmbH in Ladenburg. wolf-dieter.frank@de.abb.com