Druck intelligent verteilt

Technik

Energieeffizienz - ABB hat ein integriertes Wassermanagement-System entwickelt, das Versorgern Energieeinsparungen von bis zu 20% ermöglicht. Wichtig ist die Priorisierung.

16. März 2011

Wasser ist ein knappes Gut – zumindest weltweit gesehen. Das die Vorhaltung von Trinkwasser auch ein hohes Maß an Energie und Logistik erfordert, weiß der Verbraucher meist nicht.

»Die Wasserreservoirs zu füllen und den Wasserdruck aufrecht zu halten ist extrem energieaufwendig. Es ist daher wichtig, diese Druckverteilung effizient zu planen«, so Alexander Horch vom ABB-Forschungszentrum in Ladenburg. Der Optimierer beschäftigte sich im Rahmen eines Forschungsprojekts mit Wassermanagement.

Pumpen richtig eingesetzt

Transport und Verteilung des Trinkwassers erfordern eine Vielzahl an energieintensiven Pumpensystemen. Ungünstige Pumpenarbeitspunkte oder die den Pumpen nachgelagerte Drosselung des erzeugten Pumpendrucks durch Druckregelventile können zu unnötig hohem Energieverbrauch führen.

Auch sorgen festgelegte, auf simplen Regeln beruhende Pumpenfahrpläne für unnötig hohe Drücke im gesamten Wasserversorgungsnetz. Hohe Drücke wiederum führen zu höheren Leckageraten – und damit zu höheren Wasserverlusten, die unter Energieaufwand wieder ausgeglichen werden müssen.

So verzeichnen Wasserversorger in Industrieländern Leckage-Verluste von durchschnittlich 15% und in Entwicklungsländern von durchschnittlich 35% der transportierten Wassermenge. Diese sind meist auf veraltete und löchrige Rohrleitungsnetze zurückzuführen. Ein weiterer Aspekt ist zu bedenken: »Man sollte den Druck nicht dahin bewegen, wo große Leckagen sind«, so Horch. »Schließlich möchte ich nicht mit teurer Energie das Wasser eigentlich nur in den Boden drücken.«

Leckagen lokalisieren

Bei dem mehrjährigen Forschungs- und Entwicklungsprojekt, in das sieben Universitäten und zwei britische Wasserversorger eingebunden waren, entwickelten die Wissenschaftler ein ganzheitliches integriertes Wassermanagement-System.

Zu einem solchem System gehört nicht nur, alle wichtigen Informationen auf einer Plattform zusammenzuführen. Neben dem Leckage-Management müssen auch Pumpen, Ventile und Reservoirs energieeffizient organisiert oder die Instandhaltung des Netzes geplant werden.

Beim Leckagemanagement muss der Versorger diese Verlustzonen relativ genau lokalisieren, bevor er ein Wartungsteam losschickt. Neben Druckabfall oder Anomalien in der Durchflussrate geben auch Kundenanrufe Hinweise auf ein Problem. Vorher ist zu entscheiden, welches der Löcher am besten zuerst instand zu setzen ist. Dazu sind mehrere Aspekte zu bewerten: Wie hoch ist der Wasserverlust, wo sind viele Kunden betroffen, wie wahrscheinlich ist an dem Punkt eine Leckage? So könne auch ein Großeinsatz der Feuerwehr den Wasserdruck zum Abfallen bringen, erläutert Horch.

Stromtarife einbezogen

Damit der Anlagenfahrer diese Entscheidungen treffen kann, braucht er Informationen, die den Zustand des Netzes anzeigen. »Das geht heute auch schon. Aber es gibt sieben verschiedene Systeme auf sieben verschiedenen Bildschirmen mit sieben verschiedenen Bedien-Philosophien, die alle ein Stück der Information zeigen – bestenfalls«, sieht Horch die Problematik. »Der Mann vor den Bildschirmen muss das dann irgendwie zusammenbringen.«

Das entwickelte System führe nun eben diese Informationen auf einer Plattform zusammen. »Das geht mit sehr wenig Messtechnik, wir ersetzen diese Messtechnik durch ein Modell. Die Physik ist sehr gut bekannt. Und das erlaubt uns typischerweise eine gute Modellierung.« Auch das sei nicht neu. Aber es ermögliche nun »sozusagen eine Rangfolge der Wartungsmaßnahmen aufzustellen«.

Die Lösung koordiniert außerdem automatisiert die im gesamten Versorgungsnetz verteilten Pumpen und Ventile, basierend auf aktuellen und zukünftigen Wasserverbrauchsdaten, Informationen über Wasserspeicher-Füllstände, mögliche Fördermengen von Wasserquellen, Druckpegel, Pumpenenergie-Effizienzkurven und Stromtarife.

Intelligent koordiniert

»Daraus ergibt sich ein Energieeinsparpotenzial von bis zu 20 Prozent der bisher benötigten Energie und eine Reduktion der Leckageflüsse von bis zu zehn Prozent«, teilt ABB mit.

Das Unternehmen erläutert die Einsparmöglichkeit im Bereich Wasser am Beispiel der Stadt Mannheim. Nehme man etwa einen Wasserversorger, der ein Versorgungsgebiet mit zwölf Millionen Menschen versorgen muss und dieses weist eine Leckagerate von mehr als 20% auf: Das System ermögliche ihm, durch Erkennung und -ortung sowie dynamische Druckanpassung die vorhandenen Leckagen soweit zu reduzieren, dass mit dem eingesparten Wasser eine Stadt von der Größe Mannheims mit 320.000 Einwohnern versorgt werden könnte.

Die erzielte Energieeinsparung durch verringerte Leckage und intelligente Koordination von Pumpen in der Wasserproduktion und im Wassertransport von bis zu 30Mio.kWh/a entspreche dann in etwa dem elektrischen Energiebedarf einer mittleren Kleinstadt mit 20.000 Einwohnern.

Erschienen in Ausgabe: 02/2011