Busanbindung von Frequenzumrichtern steigert die Energie- und Betriebseffizienz

Die TIG Group zeichnet seit einiger Zeit den Wirkungsgrad der Reinwasserpumpen in den Wasserwerken auf. Die Experten berechnen über den Reinwasserdruck und den Durchfluss die mechanische Leistung und über die Profibusverbindung mit den Frequenzumformern lesen sie den elektrischen Leistungsverbrauch. Das Verhältnis zwischen elektrischer und mechanischer Leistung ergibt anschließend den Wirkungsgrad. Im Detail speichert das Unternehmen jede Minute den Zeitstempel, den Wirkungsgrad in Prozent, den Reinwasserdurchfluss, den Reinwasserdruck, die elektrische Leistung, die mechanische Leistung und den Status aller vier Reinwasserpumpen.

Der Anwender der Analyseoberfläche wählt nun bei jeder der vier Pumpen, ob der dargestellte Datenbereich auf Zeiten, in denen die Pumpe lief, beschränkt werden soll, auf Zeiten in der die Pumpe nicht lief oder beides. Somit ist die Filterung angezeigter Daten auf ganz bestimmte Pumpenkombinationen und der Vergleich verschiedener Kombinationen möglich. Auf diesem Weg ist es einfach, zu erkennen, ob zum Beispiel ein Betrieb mit zwei kleinen Pumpen oder einer mit einer großen Pumpe im gleichen Betriebspunkt die effizientere Möglichkeit bietet.

Nach der Installation lassen sich die gewünschten Erkenntnisse sehr einfach ablesen, was es dem Kunden möglich macht, die Anlage kostenoptimiert zu betreiben.

Das zweite Wasserwerk wurde ebenfalls mit der erforderlichen Busanbindung der Frequenzumrichter ausgestattet. Da nun eine Datenhaltung für beide Wasserwerke vorliegt, kann auch das Zusammenspiel beider Wasserwerke optimiert werden.

Zunächst hat Kai-Uwe Baumgarten die Daten auf die Zeitpunkte gefiltert, in der nur die Reinwasserpumpe 1 lief, damit er die Kennlinie nur dieser Pumpe erhält (Bild 3). Das Verfahren wurde anschließend für die Reinwasserpumpe 2 und Reinwasserpumpe 4 durchgeführt. Die resultierenden Trendlinien für diese drei baugleichen kleinen Pumpen wurden noch mit einem automatisch berechneten Polygon versehen und dann übereinander gelegt. Diese Trends sind im Bild alle drei in blau dargestellt. Da zu einem Durchfluss unter Umständen mehrere Werte gespeichert wurden, wird im Trend der maximale und der minimale Wirkungsgrad dargestellt.

Im Anschluss wurde das Verfahren mit den Pumpenkombinationen 1+2, 2+4 und 1+4 durchgeführt. Die resultierenden Wirkungsgradkennlinien sind im Trend grün dargestellt. Zuletzt filterte er die Daten in der dritten Stufe mit der großen Reinwasserpumpe 3, gekennzeichnet mit der roten Trendkurve.

Folgende Erkenntnisse lassen sich jetzt aus dem Bild herleiten:

Die Messwerte für den Wirkungsgrad sind je nach Durchfluss recht stabil und reproduzierbar. Auch für die Reinwasserpumpen 1,2 und 4 sind die Ergebnisse relativ identisch, sodass die Pumpen gleichgesetzt werden können. Das bedeutet auch, dass anhand der Trendkurve eventuelle Veränderungen im Laufe der Zeit gut dargestellt werden können, da durch das Übereinanderliegen ein Vergleich mit älteren Wirkungsgradkennlinien möglich ist.

Es ist jetzt schon offensichtlich, dass es sinnvoller ist, die 3. Reinwasserpumpe an Stelle von zwei kleinen Reinwasserpumpen laufen zu lassen, da der Wirkungsgrad der 3. Reinwasserpumpe über circa 200 m³/h deutlich besser ist, als der von zwei kleineren Pumpen. Tatsächlich ist sogar zu prüfen, ob der Einschaltpunkt der 3. Reinwasserpumpe nicht sogar reduziert werden sollte, um im Bereich von 200 m³/h bis 300 m³/h weniger Energie zu verbrauchen. Derzeit wird wohl erst bei etwa 300 m³/h umgeschaltet. Weitere Tests, in denen der Umschaltpunkt weiter heruntergenommen wird, werden das Verhalten der Reinwasserpumpe 3 in diesem Bereich aufzeichnen. (Bild: pinkes Oval rechts)

Zweite Auffälligkeit ist, dass im Bereich unter 70 m³/h der Wirkungsgrad der kleinen Reinwasserpumpen komplett zusammenbricht. Hier ist zu überlegen, ob man das Werk in diesem Durchflussbereich nicht komplett ausschalten sollte und das Werk Peiner Weg stattdessen übernimmt. Hierzu wurden auch die in Peiner Weg aufgezeichneten Wirkungsgraddaten ausgewertet, um eine sinnvolle Betriebsweise festzulegen.

Im Ergebnis lässt sich sagen, dass der Wirkungsgrad der kleinen Pumpen grundsätzlich recht gering ist. Optimierungspotential besteht im Bereich unter 70 m³/h und im Bereich zwischen 200 m³/h und 300 m³/h bei der Umschaltung zur Reinwasserpumpe 3. „Mit der zusätzlich durchgeführten Auswertung der Zeiten in den jeweiligen Betriebspunkten lässt sich jetzt sogar das mögliche Einsparpotential genau benennen und gegebenenfalls auch die Amortisierungszeit für neue Investitionen berechnen“, erklärt Kai-Uwe Baumgarten.