Energetische Verbesserung auf der ARA Langnau

Energetische Verbesserung auf der ARA Langnau
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05.04.2013 | Mit dem Umbau der Verdichterantriebe der Biologieanlage kann die ARA Langnau viel Geld einsparen. Und das obwohl der Hersteller der Verdichter davon abgeraten hat.

Ausgangslage


Die ARA Langnau reinigt das Abwasser aus der Region Langnau und fünf weiteren Gemeinden im oberen Ilfistal. In diesem Einzugsgebiet wohnen mehr als 12’000 Menschen und über 150 Betriebe sind an dieses Abwassernetz angeschlossen, was 30'000 Einwohnergleichwerten entspricht. Durch ein Netzwerk von Abwasserkanälen mit einer Länge von ca. 50 km fliesst täglich im Durchschnitt 8’000 m3 Abwasser aus Haushaltungen, Industrie und Handwerksbetrieben in die Anlage. An Regentagen wird bis zur zehnfachen Menge in den Abflusskanälen gesammelt und der ARA zugeleitet.


Die ARA Langnau besitzt sechs identische Gebläse für die Belüftung der Biologiebecken. Sie saugen sauerstoffreiche Umgebungsluft an, verdichten sie und befördern sie zu den Belüfterplatten in der Biologie. Dort können viele verschiedene Bakterien und Kleinstlebewesen den grössten Teil der gelösten organischen Verbindungen abbauen.
Die Verdichter werden von einem Drehstrommotor (Kurzschlussläufer) über einen Keilriementrieb angetrieben.


Der Antrieb (15 kW, 2-polig, BG 160) wird in einem Drehzahlbereich von 24 bis 50 Hz durch einen Frequenzumrichter reguliert. Die vom Verdichter geforderte Drehzahl von 1911 bis 3970 min-1 wird durch die übersetzung des Keilriementriebs erreicht. Die Frequenzumrichter werden durch eine SPS angesteuert, die den Prozess der Biologie überwacht. Je nach Sauerstoffbedarf werden die sechs Gebläse kaskadiert und reguliert.
 


Verbesserung


Die bestehenden Antriebe weisen rund 40‘000 Betriebsstunden auf und sind revisionsbedürftig. Da sie sowohl eine relativ grosse Leistung wie auch eine hohe Laufzeit pro Jahr aufweisen, wurde die Revision mit einer Umrüstung auf effizientere Motoren verglichen. Beim Vergleich wurde seitens des Kunden noch der Wunsch eingebracht, dass bei der Umrüstung auch gleich noch eine direkte Kupplung der Antriebe mit den Verdichtern untersucht werden soll.


Die mechanische Machbarkeit (90° Drehung des Verdichters und des Antriebs, mechanische Verbindung durch Klauenkupplung) wurde durch den Kunden abgeklärt und als positiv befunden.
Durch das Weglassen der übersetzung des Keilriementriebs wird der Antrieb neu mit 32 bis 67 Hz betrieben. Da aber bereits ein Frequenzumrichter verwendet wurde, muss nur die Parametrierung angepasst werden.
Ab 50 Hz wird der Motor im Feldschwächebetrieb gefahren. Deshalb haben wir bei der Auslegung des Antriebs vorgeschlagen, die nächst grössere Leistung in der gleichen Baugrösse einzusetzen (18.5 kW, 2-polig, BG 160, Eff1). Somit war man sich bei der Machbarkeit einig. Gemeinsam mit dem Kunden haben wir uns entschieden, eine Anlage als Pilotversuch umzurüsten. Die mechanischen Anpassungen sowie die Umprogrammierung des Frequenzumrichters wurden durch den Kunden vorgenommen. Wir lieferten einen Antrieb mit Kupplungselementen.

 

Das überzeugende Resultat

Das überzeugende Resultat
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Einsparung


Bei der Pilotanlage stellt sich nach einigen Betriebsminuten ein Motorenstrom von 25.2 A ein, während die anderen, noch nicht umgebauten Systeme mit 27.2 A laufen. Die 2.0 A Differenz erscheinen einem nicht als grosse Einsparung. Rechnet man aber die Einsparung in Franken während den 40‘000 Betriebsstunden, die die Antriebe wieder machen werden, ergibt dies folgendes Resultat pro Antrieb:

  • 2A x 400V x √3 x 0.9 x 40‘000 Std x 0.2 Fr/kWh
    = Fr. 9’976.60
     
  • Der Mehrpreis des Eff1-Antriebs mit grösserer Leistung beträgt Fr. 355.-
     
  • Die Gesamteinsparungen für alle 6 Antriebe belaufen sich somit auf
    Fr. 57‘730.- (Mehrkosten Eff1-Antrieb eingerechnet).


Fazit


Die Einsparungen beim Stromverbrauch und die verringerten Wartungskosten (kein Verschleiss des Keilriemens, geringere Lagerbelastungen beim Antrieb und Verdichter) überwiegen die geringen Mehrkosten bei der Anschaffung klar. Nun, nach knapp 2 Jahren Betrieb der Pilotanlage (ca. 8‘000 Std), wurde die Umrüstung der fünf anderen Gebläse beschlossen.


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