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09 | 2016

Special

Special Wasserkreisläufe & Pumpen Effiziente Technik für eine Reduzierung des Kläranlagen-Energiebedarfs Kläranlagen haben einen großen Energiebedarf, der sich auch bei den Emissionen niederschlägt. Trotzdem werden derzeit zu wenig nachhaltige Komponenten eingesetzt. Durch Investitionen in effizientere Beckenbelüftungssysteme, wie den Robuschi- Robox-energy-Schraubenverdichtern der Gardner Denver Deutschland GmbH, Bückeburg, lässt sich der Energieverbrauch senken und die CO 2 -Bilanz verbessern. Durch effiziente Beckenbelüftungssysteme können Kläranlagen ihren Energiebedarf senken. Die europäischen Kläranlagen verbrauchen jährlich etwa 15 000 GWh und damit rund 1 % der Energieproduktion des Kontinents. Um diesen Wert zu reduzieren, haben sich neun Hochschulen und Unternehmen aus Spanien, Deutschland, Italien und Großbritannien zu dem Forschungsprojekt Enerwater zusammengeschlossen. Ihr Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen, standardisierten Methode zur Beurteilung und Verbesserung der Energieeffizienz von Kläranlagen. Mit der Entwicklung von Verdichtern für die besonders energieaufwendige Belüftung der biologischen Reinigungsstufe leistet Gardner Denver dazu einen Beitrag. Den Ingenieuren des Unternehmens ist es gelungen, den hohen Energieaufwand von Kläranlagen weiter zu reduzieren. Auf der Umwelttechnikmesse IFAT in München wurden die neuen energiesparenden Robuschi-Roboxenergy-Schraubenverdichter vorgestellt (Bild 1). Mit ihnen ist es möglich, deutliche Energieeinsparungen im Vergleich zu den in Kläranlagen weit verbreiteten Drehkolbengebläsen zu erzie- len. Der Direktantrieb des Verdichterblocks mit Permanentmagnetmotor reduziert den Energieverbrauch um bis zu 30 %. Weitere 30 % Einsparpotenzial können durch den Einsatz der „Smart Process Control“-Steuerung erschlossen werden. Energiesparpotenzial für Kläranlagen Kläranlagenbetreiber in Kommunen und Industrie gehören mit zu den größten Energieverbrauchern, und mehr als 40 % ihres Gesamtenergiebedarfs entfallen auf die Belüftungsbecken. Dort gibt es ein großes Potenzial für Kostensenkung und Effizienzsteigerung, das sich mit der Robox-energy-Technik erschließen lässt. Die Baureihe nutzt die Möglichkeiten der getriebelosen, direkten Antriebstechnik mit Permanentmagnetmotoren. Der Vorteil dieser Synchronmotoren ist ihre gute Regelbarkeit innerhalb eines großen Drehzahlbereiches bei gleichbleibend hohem Wirkungsgrad. Der geringere Stromverbrauch dieser Elektromotoren – besser als IE4 – und die steuerungstechnische Einbindung in das Gesamtsystem der Kläranlage führt zu energetischen Vorteilen im Vergleich zu den in diesem Bereich bisher eingesetzten Gebläsen mit herkömmlichen Drehstrom-Asynchronmotoren, die über Getriebe die Verdichterschrauben antreiben (Bild 2). Dass der Antrieb des ölfrei arbeitenden Schraubenverdichterblocks direkt, also riemen- und getriebelos, durch die Permanentmagnetmotor-Technologie (Bild 3) erfolgt, hat einen doppelten Effekt: Zum einen erlaubt das Verhältnis zwischen Fördermenge und Druck, das die Rotoren erzeugen, einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad von niedrigen bis zu hohen Drehzahlen, zum anderen deckt der neue Antrieb den großen Drehzahlbereich effizient ab. Der schwankende Luftmengenbedarf in den Klärbecken – auch bei geringen Volumenströmen – kann so entsprechend genau gesteuert werden. Die Regeleinheit des Antriebs, ein Frequenzumrichter, ist im integrierten und klimatisierten Elektroschaltschrank untergebracht. Neben den genannten 30 % bietet der Schraubenverdichter weitere Energie- 24 UmweltMagazin September 2016

RessourceneffiWasserkreisläufe & PumpennSpecial Bild 2: Vergleich der Gesamtbetriebskosten über zehn Jahre. Bild 1: Mit den Robox-energy-Schrauben - verdichtern kann der Energiebedarf für die Belüftung der Belebungsbecken von Kläranlagen reduziert werden. einsparpotenziale. Die Steuerung „Smart Process Control“ senkt den Energiebedarf in der Praxis nochmals um rund 20 bis 30 %, indem sie sicherstellt, dass stets nur so viel Druck- oder Blasluft zur Verfügung gestellt wird, wie erforderlich ist. Erreicht wird dies durch die Analyse der im Aufbereitungsprozess gewonnenen Sauerstoffdaten durch die intelligente Verbindung mit der Prozesssteuerung der Kläranlage. Ein weiterer Vorteil ist die kompakte Bauform. Im Vergleich zur Baureihe Robox Screw mit herkömmlichem Antrieb wurde der Platzbedarf um rund ein Drittel reduziert. Das ist ein wichtiger Faktor bei der Ausrüstung vorhandener Klärwerke und anderer Anlagen mit energiesparender Kompressoren- und Gebläsetechnik. Die Schraubenverdichter werden über eine Bedieneinheit mit Touch Screen gesteuert. Die Menüführung ist intuitiv, und die Parametrierung erfolgt über Ethernet oder Internet. Damit sind auch die Voraussetzungen für Online- Bild 3: Der Antrieb des Schraubenverdichterblocks erfolgt riemen- und getriebelos durch Permanentmagnetmotoren. Bilder: Gardner Denver, Produktbereich Robuschi Ferndiagnose und kontinuierliche Anlagenüberwachung gegeben. Kommunikatives System In mehreren europäischen Pilotprojekten erwies sich die steuerungstechnische Flexibilität als Vorteil. So wurde beispielsweise in einer Kläranlage der Gemeinden Rubiera und Scandiano in der Provinz Emilia / Italien, die von der Iren Group betrieben wird, das System auf die implementierte Betriebslogik ausgerichtet und der Robox Typ WS 85 für die spezifischen Arbeitsbedingungen kalibriert. Die Antriebs- und Steuerungstechnik des neuen Robuschi-Verdichters zeigte direkt die notwendige Flexibilität im Betrieb für einen schwankenden Bedarf zwischen 600 und 3 000 m 3 /h. Sie kommuniziert problemlos mit der übergeordneten SPS der Gesamtanlage. So können die Prozessparameter stets bedarfsgerecht angepasst werden. Zudem analysiert der Verdichter über die „Smart Process Control“ die direkt aus dem Prozess ermittelten Sauerstoffdaten und wendet sie so an, dass stets die erforderliche Menge Druckluft für die Belebtbecken erzeugt und geliefert wird. Die Reihe umfasst vier Baugrößen. Die Anlagen mit Motorleistungen von 34, 50, 84 und 135 kW erreichen ein Fördervolumen von 1 030 bis 4 250 m 3 /h in einem Druckbereich von 250 bis 1 000 mbar(g). Die energetischen Vorteile können zum Erfolg des Enerwater- Forschungsprojekts beitragen. Frank Kagelmacher, Gardner Denver Deutschland GmbH, Bückeburg, frank.kagelmacher@gardnerdenver.com

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