Fachbeitrag von Ulrich Omlor
Mit neuen IE5-Synchronreluktanzmotor-Paketen für die Netzpumpen im Wasserwerk I „Parkinsel“ stellt der Ludwigshafener Energie- und Wasserversorger TWL die Versorgung der Stadt Ludwigshafen mit Trinkwasser weiter sicher. Ausschlaggebend für die Kaufentscheidung war neben der Zuverlässigkeit dieser Lösung die Beratung durch ABB hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz.
Im Wasserwerk I „Parkinsel“ der Technischen Werke Ludwigshafen am Rhein (TWL) befördern zwei Pumpen mit einer elektrischen Leistung von 200 Kilowatt und 90 Kilowatt das Leitungswasser ins Versorgungsnetz der Stadt Ludwigshafen. Ein weiteres Pumpenpaar mit gleicher Leistung wird als Backup im Standby-Betrieb vorgehalten. TWL hat sich im Jahr 2020 dazu entschieden, die in die Jahre gekommenen Netzpumpen inklusive der Motoren und Frequenzumrichter durch moderne Technik zu ersetzen.
Bei der neuen Antriebstechnik für die Netzpumpen hat sich TWL für eine Lösung von ABB Motion entschieden, die aus vier Antriebspaketen mit IE5-Synchronreluktanzmotoren (SynRM) und Frequenzumrichtern ACS880-01 besteht. Michael Herrmann, TWL-Projektleiter für die elektrotechnische Ausrüstung der Wasserwerke, sagt: „Die Energieeffizienzberatung durch den Service- und Endkundenvertrieb von ABB Motion war für die TWL ein wesentlicher Faktor für die Investition in die ABB-SynRM-Technologie.“
Um das Energieeinsparpotenzial beziffern zu können und dem Kunden eine realistische Entscheidungsgrundlage zu geben, hatte ABB die Effizienzdaten der bestehenden Antriebspakete erfasst und die Effizienz mit denen von ABB-SynRM-Paketen verglichen. Als Basis für die Berechnung der Einsparungen dienten Fördermengenprofile aus den Vorjahren. Hierbei wurde jeder einzelne Arbeitspunkt der Fördermengen hinsichtlich des Energieverbrauchs betrachtet.
Rasche Amortisation dank Super-Premium-Effizienz
Die Auswertung ergab deutliche Energieeinsparmöglichkeiten mithilfe der SynRM-Pakete mit Super-Premium-Effizienz. So kann TWL, bezogen auf die Betrachtung der Fördermengenprofile aus den Vorjahren, mit dieser Lösung eine Einsparung von 11.556 kWh jährlich erwarten. Ein Antriebspaket, bestehend aus einem 200-Kilowatt- sowie einem 90-Kilowatt-SynRM und den dazugehörigen Frequenzumrichtern, amortisiert sich demnach nach 2,3 Betriebsjahren. Nimmt man noch die Backup-Lösung hinzu, beträgt die Amortisationszeit für die hocheffizienten Antriebspakete 4,6 Jahre für alle vier Pumpen.
Die Hochwirkungsgradpakete bestehen jeweils aus einem IE5-Synchronreluktanzmotor und einem Frequenzumrichter, die aufeinander abgestimmt sind und beide nach den aktuell geltenden Normen den höchsten Wirkungsgrad aufweisen. Die Abstimmung ermöglicht bei allen Anwendungen ein gutes Regelverhalten und eine einfache Inbetriebnahme.
Durch das Konstruktionsprinzip des SynRM wird bei dem Rotor auf Wicklungen oder Magnete verzichtet. Er besteht lediglich aus Blechpaketen aus Elektrostahl, die das Rotorpaket bilden. In Gegensatz zu einem Asynchronmotor fließt im Rotor eines Synchronreluktanzmotors kein Induktionsstrom und somit gibt es auch keine Verluste. Das macht den SynRM so effizient.
Neben der Super-Premium-Effizienz weisen die Motoren einen guten Teillast-Wirkungsgrad auf. Aufgrund von Schwankungen bei der Wasserabnahme im Tagesverlauf ist dieser Punkt für Wasserwerke ein weiterer wichtiger Aspekt. SynRM haben gegenüber Asynchronmotoren außerdem den weiteren Vorteil, dass sie leiser laufen. Darüber hinaus zeichnen sie sich über eine geringe Wärmeentwicklung aus, was bei der Anwendung in einem Wasserwerk ebenfalls von Vorteil ist. Aufgrund der dort herrschenden niedrigeren Umgebungstemperaturen fällt dadurch weniger Feuchtigkeit an.
Bei den ACS880-01 handelt es sich um kompakte Frequenzumrichter für die Wandmontage. Die Geräte sind mit allen wesentlichen Funktionen ausgestattet und können mit der direkten Drehmomentregelung (DTC) Motoren präzise regeln. Dank umfassender Konnektivität und einer Vielzahl interner und externer Optionen sind diese Frequenzumrichter sehr flexibel. Der Einsatz der ACS880-01 hilft nicht nur, mithilfe der Drehzahlregelung Energie zu sparen, sondern trägt auch zur Steigerung der Prozessleistung bei, denn der drehzahlgeregelte Antrieb kann die Fördermenge beziehungsweise den Druck der Pumpen unmittelbar an die Prozessanforderungen anpassen.
Der Field-Service von ABB hat das erste SynRM-Antriebspaket im November 2020 im Wasserwerk I „Parkinsel“ in Betrieb genommen. Anfang März dieses Jahres folgte die Inbetriebnahme des zweiten Pakets. TWL steht damit jetzt eine weitere technische Lösung zur Verfügung, die den Versorger in Sachen Versorgungssicherheit unterstützt. Rainer Hoffelder, Gruppenleiter bei TWL und ebenfalls mit dem Projekt befasst, stellt den ABB-Antriebspaketen noch in einem anderen Punkt ein gutes Zeugnis aus: „Das Geräuschniveau in der Maschinenhalle ist nach dem Umbau deutlich niedriger. Das freut unsere Belegschaft im Wasserwerk I „Parkinsel“ und auch die Anwohner in der Nachbarschaft.“
Hohe Bedeutung des Grundwassers
Das Grundwasser hat für die nachhaltige öffentliche Trinkwasserversorgung von Ludwighafen eine hohe Bedeutung. In der zweitgrößten rheinland-pfälzischen Stadt erfolgt diese ausschließlich aus Grundwasser aus dem Oberrheingraben, einem der größten Grundwasserspeicher Mitteleuropas. Zuständig für die öffentliche Wasserversorgung sind die TWL.
Zwei Wasserwerke versorgen die Region Ludwigshafen zu je 50 Prozent mit Trinkwasser. Eines davon, das Wasserwerk I „Parkinsel“, fördert aus Tiefbrunnen jährlich rund 6,5 Millionen Kubikmeter Rohwasser und bereitet es zu Trinkwasser auf. Insgesamt können auf der Parkinsel 15.000 Kubikmeter Wasser in Trinkwasserbehältern gespeichert werden. Von dort wird das Wasser über eine Pumpstation mithilfe von Kreiselpumpen mit einer maximalen Netzeinspeisung von 3.400 Kubikmeter pro Stunde in das Versorgungsnetz eingespeist.
