4 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 12. März 2024

Schnecken­trog­pumpe im Zentral­klär­werk Kulm­bach auf IE5-An­triebs­technik um­gerüstet

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Im Zentralklärwerk Kulmbach wurde im Herbst 2022 der Antrieb einer Schneckentrogpumpe des Einlaufhebewerks gegen ein ABB-Paket aus IE5-Snychronreluktanzmotor und Frequenzumrichter ACQ580 ausgetauscht. Die neue Lösung verspricht eine deutliche Energieeinsparung bei dieser Anwendung. Die zweite Schneckentrogpumpe der Anlage wird 2024 auf die energieeffiziente ABB-Antriebstechnik umgerüstet.  

Die Stadt Kulmbach liegt im Herzen Oberfrankens, rund 20 Kilometer nördlich von Bayreuth. Ihre Stadtwerke haben unter anderem die Aufgabe, das Abwasser von 8.000 Haushalten der Großen Kreisstadt zu entsorgen. Im Jahr 2022 belief sich das Gesamtvolumen auf rund 11,6 Millionen Kubikmeter Abwasser. Das Zentralklärwerk der Stadt hat Kapazitäten für 270.000 Einwohnergleichwerte und reinigt das Abwasser als Belebungsanlage. 

Das Einlaufhebewerk des Zentralklärwerks ist der Endpunkt des örtlichen Kanalnetzes und erste Station der Kläranlage. Hier wird das ankommende Abwasser mithilfe zweier alternierend arbeitenden Schneckentrogpumpen um etwa sechs Meter gehoben. Danach durchläuft es alle Reinigungsstufen im Freigefälle, das heißt ohne weiteres Heben des Abwassers in der Kläranlage. 

Das Einlaufhebewerk der Zentralklärwerks ist die erste Station der Kläranlage.

Neuer IE5-Synchronreluktanzmotor

Bei hohem Mischwasserzufluss, etwa nach Starkregen, können maximal 1.400 Liter Abwasser pro Sekunde mit beiden Schneckentrogpumpen gefördert werden. Seit Herbst 2022 wird eine der beiden Pumpen durch einen ABB-Synchronreluktanzmotor der IEC-Wirkungsgradklasse IE5 „Ultra Premium Energy Efficiency“ angetrieben. Enrico Porzelt ist verantwortliche Elektrofachkraft für den Bereich Abwasserentsorgung der Stadtwerke Kulmbach. Er erläutert, wie es zu dem Motorentausch kam: „Der alte Frequenzumrichter eines anderen Herstellers, der den Pumpenmotor regelte, hatte bei Volllast sporadisch begonnen, auszusteigen und auf Störung zu gehen. Daher haben wir uns entschieden, den kompletten Antriebsstrang inklusive Motor zu tauschen.“  Die hohe Energieeffizienz des Synchronreluktanzmotors und seine Wirtschaftlichkeit waren bei der Wahl ausschlaggebend.

„Aufgrund der Tatsache, dass Energie immer teurer wird, Ressourcen immer knapper werden und die öffentlichen und kommunalen Interessen der Abwasserentsorgung gewahrt werden müssen, sind Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit für die Stadtwerke Kulmbach von essenzieller Bedeutung. Bei der Auslegung von Neubauten oder der Sanierung von Anlagen liegt unser Fokus immer auf einer nachhaltigen, energieeffizienten Lösung.“

Enrico Porzelt, verantwortlich für den Bereich Abwasserentsorgung der Stadtwerke Kulmbach.

Im Herbst 2022 wurde ein alter Pumpenmotor (links) gegen einen IE5-Synchronreluktanzmotor (rechts) von ABB ausgetauscht. (Bild: ABB)

Gute Erfahrung mit ABB

Für die ABB-Antriebstechnik sprach für Enrico Porzelt noch ein weiterer Grund. Während der Corona-Pandemie konnten der ABB-Branchenmanager und der ABB-Partner Max Lamb ihm bei einer Havarie in einem Abwasserpumpwerk in kürzester Zeit helfen. Dort waren bei trocken aufgestellten Abwasserpumpen innerhalb einer Woche zwei Frequenzumrichter eines Fremdherstellers kaputtgegangen. Während der Fremdhersteller eine Lieferzeit von über einem halben Jahr hatte, konnte ABB kurzfristig zwei ACQ580-Frequenzumrichter bereitstellen.  

Der ACQ580 verfügt über eingebettete Funktionen für Wasser- und Abwasseranwendungen, die zusammen mit dem Bedienpanel und Assistenten die Inbetriebnahme, Einrichtung und Motorregelung vereinfachen. Er ersetzt den alten Frequenzumrichter der Pumpe, der noch mit einem Passivfilter ausgestattet war. Der 90-Kilowatt-Synchronreluktanzmotor ersetzt den alten, wenig effizienten Asynchronmotor. Neben einer hohen Energieeffizienz zeichnen ihn eine hohe Zuverlässigkeit und geringe Wartungsanforderungen aus. „Dass wir jetzt Frequenzumrichter und Motor aus einer Hand bekommen, erleichtert uns die Auslegung der Anlage und vereinfacht die Projektierung“, erklärt Enrico Porzelt. 

Der Frequenzumrichter regelt die Drehzahl des Motors in einem Drehzahlband von 15 bis 50 Hertz. Das entspricht einer Pumpenleistung von Null bis 100 Prozent. Die zu fördernde Wassermenge ist abhängig vom Höhenstand im Becken vor den Schneckenpumpen. Steigt der Wasserpegel im Vorschacht, nimmt die Drehzahl zu, sinkt er, dann wird sie gesenkt. Wird die maximale Drehzahl erreicht und der Pegel steigt trotzdem weiter, wird die zweite Schnecke zugeschaltet. 

Ein ACQ580, ein Frequenzumrichter speziell für den Wasser- und Abwasserbereich, regelt den neuen Motor. (Bild: ABB)

Durchgängiger Betrieb bietet Einsparpotenzial

Die Schneckentrogpumpen werden im Wochenwechsel umgeschaltet, damit die Belastung und Betriebsstundenzahlen in etwa gleich sind. „Die Schnecken laufen dann rund um die Uhr und werden nur für die Wartung abgeschaltet. Durch das ABB-Antriebspaket erwarten wir ein entsprechendes Energieeinsparpotenzial infolge eines niedrigeren Stromverbrauchs“, sagt Enrico Porzelt.  

2022 betrug der elektrische Energieverbrauch des Einlaufhebewerks 335.135 Kilowattstunden. Die genauen Einsparungen durch das IE5-Antriebspaket kann er noch nicht beziffern. Der Vergleich zwischen beiden Pumpen sei schwierig, da der wöchentliche Abwasserzufluss unterschiedlich sei. Hinzu komme, dass im Dezember 2022 und Sommer 2023 das Einlaufhebewerk für Sanierungsmaßnahmen an einer Beton-Bedienbrücke abgeschaltet und vom Abwasserstrom getrennt werden musste. In dieser Zeit wurde das Abwasser durch das Abwasserpumpwerk der Kläranlage hydraulisch angehoben. 

Die Schneckentrogpumpen heben das Abwasser um etwa sechs Meter. (Bild: ABB)

Deutliche Energieeinsparung erwartet

„Da die Energiemessung der Einlaufschnecken und der Einlaufpumpen konstruktiv am gleichen Strang erfolgt, kann die reelle Energieeinsparung durch die neue Antriebslösung von ABB noch nicht abschließend bestimmt werden. Ich gehe von einer Energieeinsparung von sieben bis zehn Prozent aus“, so Enrico Porzelt. Er leitet seine Einschätzung aus ausgewerteten Betriebsdaten und den vom ACQ580 bereitgestellten Motordaten ab. 

Am Frequenzumrichter nutzt Enrico Porzelt die Funktion für die Motorüberwachung, um die Temperatur der Wicklungen zu überwachen. Er schätzt an ihm außerdem die Möglichkeit eines zweiten Regelkreises für einen Vor-Ort-Handbetrieb mit Null bis 100 Prozent Sollwertvorgabe über ein Potentiometer. Die einfache Handhabung des ACQ580 ist ein weiterer Pluspunkt. Das Gerät sei selbsterklärend und intuitiv zu bedienen.  

2024 soll der Antriebsstrang der zweiten Schneckentrogpumpe ebenfalls ausgetauscht werden. Ein ABB-Antriebspaket aus IE5-Synchronreluktanzmotor und ACQ580 liegt im Zentralklärwerk Kulmbach bereits für den Umbau bereit. 

 

Titelbild: Stadtwerke Kulmbach, alle anderen ABB