Mehr Energieeffizienz in der Abwasserentsorgung

Der Autor: Holger Stark Leiter Produktmanagement Schmutz- und Abwasser, Wilo SE

Bei der Neu- oder Ersatzbeschaffung einer Pumpe für die Abwasserentsorgung, z. B. in der Chemietechnik, wird als zentrales Entscheidungskriterium oftmals nur der Anschaffungspreis herangezogen. Dabei wird übersehen, dass dieser nur etwa 17 % der Lebenszykluskosten einer Pumpe gerechnet auf fünf Jahre ausmacht. Geringer sind nur die Entsorgungskosten mit 2 %. Spitzenreiter bei den Lebenszykluskosten sind mit 71 % die Energiekosten, ausgehend von einem durchschnittlichen kWh-Preis von 0,15 € bei einer täglichen Betriebsdauer von 10 h. Die Service- und Stillstandskosten betragen immerhin noch 10 %.

Dies sind natürlich nur Durchschnittswerte, die je nach Anwendungsbereich variieren können. So kann beispielsweise auch die Position Energiekosten je nach Art der Energieversorgung im Unternehmen unterschiedlich hoch ausfallen. Neben den gesamten Lebenszykluskosten sind meistens auch weitere Faktoren für die Kaufentscheidung ausschlaggebend, wie die Prozesssicherheit und die Austauschbarkeit der Aggregate.

Dennoch ist deutlich, dass die Energiekosten das größte Einsparpotenzial bieten, denn Pumpen verrichten oftmals über Jahre tagtäglich ihren Dienst. Die Energiekosten lassen sich dabei durch einen möglichst energieeffizienten Betrieb deutlich reduzieren. Dieser wird erreicht durch:

Erhebliche Einsparpotenziale bietet vor allem der Einsatz moderner Pumpentechnik. Hier verfügt der Dortmunder Pumpenspezialist Wilo SE über ein breites Produktspektrum von Pumpen und Aggregaten für die Abwasserentsorgung, die sich durch Langlebigkeit, Wartungsfreundlichkeit, hohe Wirkungsgrade und geringe Stromverbrauchswerte auszeichnen. Damit wird ein entscheidender Beitrag zur Senkung der Lebenszykluskosten geleistet.

Als Allrounder in der Abwasserbehandlung haben sich die Pumpen der Serie Wilo-Emu FA bewährt. Dabei handelt es sich um leistungsfähige Abwasser-Tauchmotorpumpen für die Nass- und Trockenaufstellung. Sie haben eine maximale Förderhöhe von rund 100 m oder einen Förderstrom von bis zu 2400 l/s. Die Pumpen sind modular aufgebaut. Durch ein breites Motoren- und Laufradspektrum lassen sie sich auf verschiedenste Anlagen und Fördermedien abstimmen.

Zur Verringerung der Energiekosten trägt auch eine exakte Auslegung der Pumpe bei. Nicht nur im Bestand, sondern auch in Neuanlagen finden sich immer noch deutlich überdimensionierte Pumpen. Der Effekt einer zu großzügig gewählten Leistung wird meist unterschätzt, als Folge wird über Jahre hinweg unnötig Strom verbraucht und das Aggregat unnötig belastet. Eines der wichtigsten Ziele bei der Anlagenplanung muss es daher sein, Überdimensionierungen bei der Pumpentechnik zu vermeiden. Eine bedarfsgerechte Auslegung der Pumpe ohne „Angstzuschläge“ ist zwar mit einem gewissen Planungsaufwand verbunden, rechnet sich aber für den Betreiber oft durch erhebliche Kosteneinsparungen sowie erhöhte Betriebssicherheit.

Eine bedarfsgerechte Arbeitshilfe, mit der Planern und Anwendern diese Aufgabe erleichtert wird, ist die Planungssoftware Wilo-Emu Select 3. Damit lassen sich beispielsweise Energiekostenvergleiche für unterschiedliche Pumpenmodelle durchführen. Das folgende Auslegungsbeispiel einer für den Einsatz in der Abwasserentsorgung vorgesehenen Wilo-Emu-FA-Pumpe zeigt die Vorgehensweise:

Zunächst wird der Anlagenbetriebspunkt, der sich aus den Werten für Förderhöhe und Förderstrom zusammensetzt, vorgegeben. Für den konkreten Anwendungsfall wird eine Pumpe mit einem Förderstrom von 300 l/s und einer Förderhöhe von 28 m benötigt. Zu diesen Anlagenkennwerten stehen im Sortiment der Baureihe prinzipiell drei Pumpen mit unterschiedlicher Leistung zur Verfügung. Mithilfe des Softwaretools erkennt man aber schnell, dass zwei der Pumpen zu groß dimensioniert wären.

Das zeigt neben den Pumpenkennlinien auch ein Blick auf die zu erwartenden Energiekosten, die mit einem Klick auf den entsprechenden Button aufgerufen werden können. Das sparsamste Modell Wilo-Emu FA 30.78 verursacht bei einer angenommenen jährlichen Betriebszeit von 4000 h und einem Strompreis von 0,15 €/kWh Energiekosten von 68 264 €/a. Die leistungsstärkere Wilo-Emu-FA-40.75Z- Pumpe aus derselben Baureihe wäre hingegen deutlich überdimensioniert. Ihre Energiekosten lägen um 5876 € höher als bei dem effizientesten Modell.

Dieses Beispiel zeigt, welchen wirtschaftlichen Nutzen eine exakte, bedarfsgerechte Auslegung der Pumpen bringt. Da kleinere Modelle oftmals preiswerter sind als leistungsstärkere Pumpen gleicher Bauart, fallen in vielen Fällen auch die Investitionskosten geringer aus.

Darüber hinaus hat auch die Bauform des Laufrads einen entscheidenden Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad – und damit auch auf die Energieeffizienz – der Pumpe. Das Laufrad Solid (Safe Operation Logic Impeller Design) vereint die Vorteile des hohen Wirkungsgrades von Ein- und Mehrkanalrädern mit der Zuverlässigkeit von Vortexlaufrädern. Es besitzt einerseits optimale hydraulische Eigenschaften für einen wirkungsgradoptimierten und sparsamen Betrieb, andererseits aber auch hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit, da es auch stark feststoffhaltige Abwässer problemlos fördern kann.

Mit diesem Laufrad lassen sich Volumenströme bis zu 600 l/s und Förderhöhen bis zu 60 m Hmax realisieren. Wesentliches Merkmal ist seine strömungsoptimierte Bauform, die die Anlagerung von Feststoffen verhindert. Zudem sorgen im Saugbereich eingelassene Strömungsnuten für leichte Verwirbelungen, die möglichen Anlagerungen entgegenwirken. Mit einem hydraulischen Wirkungsgrad von bis zu 81 % ermöglichen die mit dem Solid-Laufrad ausgestatteten Abwasserpumpen eine besonders energieeffiziente und wirtschaftliche Rohabwasserentsorgung. Unter dem Strich gelingt es mit dieser Laufrad-Technologie, die Lebenszykluskosten von Abwasserpumpen nochmals deutlich zu reduzieren.

Durch konsequente Umstellung auf moderne Rührwerkstechnik kann das in Altanlagen vorhandene Energieeinsparpotenzial erschlossen werden. So konnte der durchschnittliche Energieeintrag für Umwälzung in Umlaufbecken innerhalb von 15 Jahren durch strömungstechnische Optimierungen und den Einsatz moderner Tauchrührwerke von 4 bis 10 W/m3 auf 1 W/m3 und weniger reduziert werden.

Das größte Stromsparpotenzial bieten langsam laufende Tauchmotorrührwerke mit besonders stromsparenden Asynchronmotoren in Anlehnung an die neue europäische Energieeffizienzklasse IE3 für Asynchronmotoren. Vor dem Hintergrund, dass Tauchmotorrührwerke zu den größten Energieverbrauchern einer Kläranlage zählen, lassen sich hierdurch deutliche Kostenentlastungen erzielen. Nach einer vom Hersteller Wilo am Beispiel der kommunalen Abwasserentsorgung durchgeführten Wirtschaftlichkeitsberechnung konnten die jährlichen Stromkosten in vier Klärbecken mit je vier Aggregaten durch moderne Rührwerke mit optimierter Flügelgeometrie sowie mit Motoren gemäß IE3 um über 60 000 € im Vergleich zu Systemen älterer Bauart gesenkt werden. Die Amortisationszeit der Mehrkosten betrug dabei weniger als fünf Monate. Auch bei bestehenden Rührwerken ist eine Nachrüstung mit Motoren gemäß IE3 möglich. Mit den Baureihen Maxiprop (Zweiflügler) und Megaprop (Dreiflügler) stehen Tauchmotorrührwerke mit besonders strömungsoptimierter Konstruktion für minimierten Energieeinsatz zur Verfügung. Beide Baureihen sind modular aufgebaut und können dadurch bedarfsgerecht an jeden Anwendungsfall angepasst werden.

Um bei abrasiven oder korrosiven Medien die Standzeiten von Pumpen oder Rührwerken zu verlängern, bietet sich eine Beschichtung mit Wilo-Ceram an. Mit dieser hochwertigen, lösemittelfreien Zwei-Komponenten-Beschichtung können Pumpen- und Anlagenteile aus Gusseisen oder anderen Werkstoffen wirkungsvoll vor Korrosion und Abrasion geschützt werden. Beschichtete Teile weisen eine hohe Abriebfestigkeit und eine geringere Oberflächenrauigkeit auf, was sich positiv auf die Standzeit auswirkt. Dadurch reduziert sich der Wartungsaufwand, denn weniger Verschleiß bedeutet gleichzeitig weniger Kosten für Wartung und Reparatur oder Stillstand in Abtransport oder Aufbereitung.

Online-Info: www.cav.de/0211424