Kommunale Abwassertechnik: Nachhaltig & Energieeffizient

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Mit dem Vitra Design Museum des Architekten Frank Gehry hat Weil am Rhein im Bereich Architektur Maßstäbe gesetzt. Doch auch in der kommunalen Wasser- und Abwasserwirtschaft zeigt sich die Stadt im Dreiländereck innovativ. So konnte dank des Einsatzes von ABB-Frequenzumrichtern und Synchronreluktanzmotoren der Energieverbrauch um satte 15 Prozent gesenkt werden.

Gewachsenen Partnerschaft

Der Abwasserverband Wieseverband mit Sitz in Lörrach betreibt in Weil am Rhein die Kläranlage Bändlegrund. Mit der Größenklasse 5 ist sie für 290.000 Einwohnerwerte (EW) ausgelegt. Die Technik von ABB ist seit Jahren gesetzt und in der Kläranlage überall präsent. Bei ihrem Bau im Jahr 1983 wurde sie mit zahlreichen Elektrokomponenten von BBC (heute: ABB) ausgestattet wie Trafos, Schützen, Sicherungsmaterial, einfachen SPS-Steuerungen sowie regelbaren Gleichstrommotoren. 1997 erfolgte ein größerer Umbau, bei dem die SPS-Stationen erneuert und die Gleichstromantriebe durch frequenzumrichtergeregelte Motoren von ABB ersetzt wurden.

Heute sind insgesamt 47 ABB-Frequenzumrichter unterschiedlichen Alters in der Kläranlage im Einsatz. Das Spektrum umfasst Geräte der Typen ACS310, ACS580, ACS550, ACS501, ACS601, ACS800 und ACS880 sowie ACQ580. Dieser Frequenzumrichter ist mit spezifischen Funktionen speziell für den Wasser- und Abwasserbereich ausgelegt. Die Leistungen der Geräte reichen von 0,37 kW bis 500 kW. Ihr Einsatz in der Anlage reicht vom Zu- und Auslauf des Pumpwerks, Zwischenpumpwerk, Sandfanggebläse, Kammerfilterpresse (Nieder-/Hochdruck sowie Polymerstation) über das Rückführpumpwerk und die Rezirkulationspumpen bis zu den Rührwerken der Belebungsbecken.

In der Kläranlage sind 47 ABB-Frequenzumrichter im Einsatz, darunter der ACQ580, ein Frequenzumrichter speziell für Wasser- und Abwasseranwendungen. (Bildquelle: Abwasser Wieseverband)

Der Elektromeister Thomas Eckert leitet das vierköpfige Elektroteam der Kläranlage. Neben der Antriebstechnik betreut er auch die Leittechnik, bestehend aus dem Prozessleitsystem 800xA und den Controllern AC 800M und Advant 450 – ebenfalls von ABB.

Die Frequenzumrichter werden durch das Leitsystem und die Controller über digitale Ein-/Aussignale angesteuert. Die Drehzahlsteuerung geschieht durch analoge 4-20-mA-Signalübertragung. Lauf- un Störmeldungen (Sammelstörung) werden durch digitale Signale an das Leitsystem übermittelt, die Leistung und Drehzahlwerte durch analoge 4-20-mA-Signalübertragung. Bei Bedarf werden die Frequenzumrichter auch vor Ort über DI- und AI-Signale der Geräte bedient.

Am häufigsten werden folgende Funktionen der Frequenzumrichter genutzt: DC-Vormagnetisierung bei Schweranlauf der Schneckenpumpen, Minium-Drehzahlbegrenzung, Motorpotentiometer sowie interne Sicherheitsfunktionen wie maximale Stromüberwachung. Die Funktion Minimum-Drehzahlbegrenzung wird benötigt, um Motoren mittels interner Lüfterkühlung nicht extern kühlen zu müssen. Die Motorpotentiometer-Funktion kommt dann zum Tragen, wenn die Frequenzumrichter vor Ort betrieben werden müssen, beispielsweise um Wasser rasch wegzupumpen.

15 Prozent niedrigere Energiekosten: Das Thema Energieeinsparung rückt immer mehr in das Bewusstsein der Menschen, auch im industriellen Umfeld. Unser Ziel ist es, die Betriebsausgaben der Kläranlage und somit auch die Abwassergebühren so niedrig wie möglich zu halten. Außerdem leisten wir durch die Reinigung von Abwässern einen großen Beitrag zum Gewässer- und damit auch zum Umweltschutz. Die Energieeffizienz zu erhöhen und unseren indirekten CO2-Ausstoß so gering wie möglich zu halten, ist daher essenziell.

Elektromeister Thomas Eckert

Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern könnten auch ältere Motoren der Kläranlage stromsparend betrieben werden. Noch größere Einsparungen ergeben sich durch den Einsatz drehzahlgeregelter IE5-Synchronreluktanzmotoren (SynRM) von ABB. Mit der Kombination aus Frequenzumrichter ACS580 und SynRM konnten beim Betrieb des Sandfanggebläses die Energiekosten um rund 15 Prozent gesenkt werden.

Hohe Zufriedenheit

Den ABB-Frequenzumrichtern stellt Thomas Eckert ein gutes Zeugnis aus: „Sie haben sich als sehr langlebig, zuverlässig und robust herausgestellt. Wir haben zum Beispiel noch über 20 Jahre alte Geräte im Einsatz. Die Baugrößen haben sich bei den neueren Frequenzumrichtern erheblich reduziert. Ein Gerätetausch im bestehenden Schaltschrank ist dadurch kein Problem.“

An den Frequenzumrichtern gefällt ihm auch die Bedienerfreundlichkeit. Seit dem ACS600 ist das Bedienkonzept weitgehend das Gleiche geblieben. Wenn man einmal die Parametrierung verstanden hat, kommt man auch mit unterschiedlichen Produktserien klar. Die Frequenzumrichter können für unterschiedlichste Anwendungen verwendet werden und bieten dafür vielfältige Einstellungsmöglichkeiten.

Rasche Parametrierung

Positiv beurteilt der Elektromeister den Parameter-Upload auf das Display eines bestehenden Frequenzumrichters und den Download der Parameter in einen anderen Frequenzumrichter bei typengleichen Geräten. Dies kommt vor allem bei einem Gerätetausch zum Tragen. Der neue Frequenzumrichter lässt sich dadurch einfach in wenigen Minuten parametrieren – schneller als mit einer Software-Lösung. Die gleichzeitige Datensicherung der Parameter auf dem Display ist ein weiterer Vorteil.

„Ist der Frequenzumrichter einmal parametriert, läuft er auch ohne Display. Ein Display-Ausfall führt dadurch nicht zum Absturz des Gerätes“, so Thomas Eckert. „Das Display kann bei Bedarf auch abgesetzt vom Frequenzumrichter platziert werden.“

Das Handling der Geräte mit den aktuellen Displays ist sehr einfach. Die Menüführung ist intuitiv und die Parameter sowie die Anzeigemöglichkeit mehrerer Betriebsdaten lassen sich einfach ändern. Die Bedienung über lokale Tasten kann unter anderem zur Inbetriebnahme und Fehldiagnose genutzt werden.

Guter Support ist entscheidend

Das Wichtigste für Eckert sei jedoch der gute Support, den ABB durch direkte Ansprechpartner biete. Man müsse sich dadurch nicht mühsam durch eine Telefonhotline quälen. Dieser direkte Kontakt habe ihn und seinem Team in einer Notsituation schon erfolgreich weitergeholfen. Im Juni 2021 war ein ACS601 an der Schneckenpumpe des Auslaufpumpwerks ausgefallen. Bei dieser kritischen Infrastruktur war ein schneller Ersatz erforderlich. Dank direkter Lieferung eines modernen Ersatzgerätes vom Typ ACQ580 und dem raschen Einbau und Inbetriebnahme durch das Elektroteam der Kläranlage konnte die Pumpe nach einer Woche wieder in Betrieb gehen.

Wie Thomas Eckert eine kritische Situation meistern musste, schildert er im Interview.