Im Wasserwerk Ammerbuch-Poltringen des Zweckverbands Ammertal-Schönbuchgruppe (ASG) treiben IE5-Antriebspakete Kompressoren in der Carix-Anlage zur Wasserenthärtung an. Für den schwäbischen Wasserversorger ist die sehr energieeffiziente Antriebslösung ein wichtiger Baustein für sein Energiemanagement.
Kalkhaltiges, hartes Wasser ist nicht gesundheitsschädlich, kann aber ziemlich lästig sein. Beim Antrocknen kann es auf den Armaturen von Küche und Bad Flecken hinterlassen und im Wasserkocher werden Kalkausfällungen sichtbar. Als hart gilt Wasser ab 14 Grad deutscher Härte.
Der Zweckverband Ammertal-Schönbuchgruppe (ASG), dessen Verbandsgebiet südwestlich von Stuttgart liegt, bezieht sein mit 28 bis 32 Grad deutscher Härte sehr hartes Rohwasser aus zwölf Tiefbrunnen. Vor der Trinkwasserabgabe an die Verbraucher mit mittlerem Härtebereich erfolgt im Wasserwerk Poltringen eine zentrale Enthärtung. Das Rohwasser aus den Tiefbrunnen wird in einem Rohwasserbehälter gespeichert. Von dort aus wird es in die Carix-Anlage (Enthärtungsanlage) gepumpt, wo der Härtegrad des Wassers auf maximal 13,5 deutscher Härte gesenkt wird.
In der Carix-Anlage können stündlich bis zu 600 Kubikmeter Wasser enthärtet werden. Das entspricht einer maximalen Tagesleistung von 14.400 Kubikmetern, der durchschnittlichen täglichen Wasserabgabe des Wasserwerks an Eigenwasser.
Synchronreluktanzmotoren für Eluat-Kompressoren
In der Carix-Anlage wird das Rohwasser mittels Ionenaustauschverfahren enthärtet. Sind die Ionenaustauscher gesättigt, durchlaufen sie einen Reinigungsprozess, für den Kohlensäure benötigt wird. Ungenutzte gasförmige Kohlensäure wird im Rückgewinnungsprozess verdichtet und in den CO2-Tank zurückgeführt. Seit dem Jahr 2016 befinden sich sogenannte Eluat-Kompressoren im Einsatz, die durch IE5-Synchronreluktanzmotoren von ABB angetrieben werden. ABB Industrial Drives ACS880-01 regeln die 55 Kilowatt starken Motoren.
Jochen Rausch ist bei dem Zweckverband für die Planung der Elektrotechnik und für das Energiemanagement verantwortlich. Er erklärt: „Wir haben relativ viele Maschinen im Einsatz, deshalb ist Strom für uns ein bedeutender Produktionsfaktor. Die ASG hat im Jahr 2012 ein Energiemanagementsystem eingeführt, das entsprechend der DIN EN ISO 50001 zertifiziert ist. Von 10 Millionen Kilowattstunden im Jahr 2013 sind wir mittlerweile bei 6,8 Millionen Kilowattstunden Jahresverbrauch angelangt. Die ABB-Antriebspakete sind ein Baustein in unserem Bemühen, den Energieverbrauch weiter zu senken.“
Sehr gute Erfahrungen mit den Antriebspaketen
Die Wasserenthärtung in der Carix-Anlage ist zweistraßig aufgebaut, mit je einem Eluat-Kompressor pro Straße. Aus Redundanzgründen gibt es noch einen dritten Kompressor, der im Bedarfsfall die beiden Straßen bedienen kann. Die Kompressoren laufen in der Summe circa 15 bis 18 Stunden pro Tag, unterteilt in Abschnitte von jeweils vier bis fünf Stunden. Ist der Reinigungsprozess abgearbeitet, gehen die Kompressoren in Wartestellung, bis wieder ein Ionenaustauscher gereinigt werden muss.
ASG gehört zu den frühen Anwendern der Synchronreluktanzmotoren von ABB. Jochen Rausch stellt den Antriebspaketen nach vier Jahren Laufzeit ein gutes Zeugnis aus: „Die Motoren und Frequenzumrichter harmonieren sehr gut. Trotz der häufigen An- und Abfahrphasen gab es bei den Motoren noch keine Lagerprobleme oder Ausfälle.“
Neben dem Super-Premium-Wirkungsgrad ist ihm die geringe Abwärme der Motoren wichtig, die eine Kühlanlage im Maschinenraum nicht erforderlich macht. Da aufgrund der Rotorgeometrie in einem Synchronreluktanzmotor keine Rotorströme auftreten, entfallen die Rotorverluste komplett, die bei einem Asynchronmotor bis zu 40 Prozent des Gesamtverlustes ausmachen können. Mit den geringeren Verlusten verbunden ist auch eine geringere Wärmeabgabe des Motors. Bei den alten Motoren sei aufgrund der Abwärme im Sommer die Raumtemperatur sehr hoch gewesen, mit der Folge, dass sich die Kompressoren nur schwer runterkühlen ließen.
Die kompakte Bauform der Motoren ist für Jochen Rausch ein weiterer Vorteil. Da die Maschinen in der Anlage auf vorgefertigten Untergestellen montiert sind, ist der Konstruktionsaufwand für die Gestelle und Maschinenfundamente geringer.
Einen Vergleich mit den Vorgängermotoren hinsichtlich einer Energieeinsparung lässt sich laut Jochen Rausch kaum ziehen, da die früheren Motoren mehr als doppelt so viel Leistung hatten wie die jetzigen Synchronreluktanzmotoren. Zudem sei die Kompressortechnik eine andere gewesen. Nimmt man herkömmliche Asynchronmotoren im Wasserwerk zum Vergleich, schätzt er die Energieeinsparung durch die IE5-Synchronreluktanzmotoren auf bis zu einem Drittel.
Wichtige Funktionen der Frequenzumrichter
Da je nach Prozessstand und Reinigungsvorgang der Anfall an Kohlensäure variiert, müssen die ACS880-01 über einen großen Regelbereich verfügen. Von Bedeutung ist außerdem eine reibungslose Sollwert-Regelung, da den Geräten die Sollwerte über das Leitsystem vorgeben werden. Eine weitere wichtige Funktion der Geräte ist die Drehzahlausblendung, da es in der Carix-Anlage früher Probleme mit Resonanzfrequenzen gab. Diese können die an die Kompressoren angeschlossenen Rohrleitungssysteme stark beanspruchen. Die Funktion Drehzahlausblendung der Frequenzumrichter wird für Anwendungen genutzt, bei denen bestimmte Motordrehzahlen oder Drehzahlbereiche wegen mechanischer Schwingungsprobleme vermieden werden müssen. Sie verhindert, dass der Sollwert für längere Zeit in einem kritischen Drehzahlbereich pendelt.
An den Frequenzumrichtern von ABB stellt Jochen Rausch die hohe Bedienerfreundlichkeit heraus: „Der Servicemonteur kann schnell über den USB-Anschluss die Frequenzumrichter auslesen. Positiv finde ich auch das mehrsprachige Display, das leicht verständlich ist. Es ist zudem abnehmbar und kann im Bedarfsfall einfach ausgetauscht werden.“
Über die Ammertal-Schönbuchgruppe (ASG)
Aus der Wassernot der Städte und Gemeinden nördlich des Naturparks Schönbuch heraus wurde am 20. Januar 1926 der Zweckverband Ammertal-Schönbuchgruppe (ASG) für die Wasserversorgung gegründet. Heute versorgt die ASG mit nahezu 75.000 m³ Behältervolumen rund 125.000 Menschen in der Region Böblingen, Tübingen und Rottenburg mit Trinkwasser. Aktuell hat der Wasserversorger 14 Verbandsmitglieder. Die momentane Wasserabgabe liegt bei 6,8 bis 7 Millionen Kubikmetern pro Jahr. Ihr Wasser bezieht die ASG zu 65 Prozent aus eigenen Brunnen und zu 35 Prozent über den Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung.
Boris Vaihinger
Branchenmanager Wasser & Abwasser
ABB Automation Products GmbH
Bilder:
Bild 1: In der Carix-Anlage des Wasserwerks Ammerbuch-Poltringen wird das Eigenwasser der ASG zentral enthärtet (Quelle: ABB).
Bild 2: Die hocheffizienten IE5-Synchronreluktanzmotoren der Eluat-Kompressoren bieten aus Sicht der Betreiber wichtige Vorteile (Quelle: ABB).
