In der Wasserversorgung müssen laut Verband kommunaler Unternehmen VKU im Durchschnitt 16,6 % der Gesamtkosten für Energie aufgewendet werden. In der kommunalen Abwasserbehandlung entfallen rund 25 % des Energieverbrauchs allein auf den Kläranlagenbetrieb. Es sind in aller Regel Pumpen, die das (Ab)Wasser bewegen – sie sind für 10 % des weltweiten Gesamtverbrauchs an elektrischer Energie verantwortlich. Deshalb kommt der Ressourceneffizienz – sowohl Wasser wie auch Energie – in der kommunalen wie industriellen Wasserwirtschaft hohe Bedeutung zu. Grundfos wird dazu auf der Ifat 2020 im September in München sowohl digitale wie auch analoge Pumpen-Lösungen präsentieren.
Wassergewinnung, Wasserverteilung, Wasserwiederverwendung
Hauptmerkmal von Wasserversorgungsnetzen sind die großen Verbrauchsschwankungen, die unbedingt berücksichtigt werden müssen, wenn die Wasserverluste und Betriebskosten niedrig bleiben sollen. Das Pumpensystem ist naturgemäß auf den maximalen Bedarf auszulegen. Die meiste Zeit ist der Förderstrombedarf jedoch sehr viel geringer, so dass die Wirtschaftlichkeit einer Einzelpumpenanlage mit sinkendem Volumenstrom schnell abnimmt – ein geeignetes Druckmanagement ist gefragt. Das bedeutet: Der Systemdruck wird stets auf einem optimalen Niveau gehalten – das sichert die Versorgung der Verbraucher, vermeidet zugleich schädliche Druckspitzen (einer der häufigsten Ursachen für einen Rohrbruch sind Druckstöße!). Durch Absenken des überschüssigen Drucks um 50 % können die Leckagen um mindestens 30 % reduziert werden.
Dafür steht das Demand Driven Distribution (DDD) zur Verfügung: Diese Lösung misst den Druck im Netz mithilfe einer Reihe von Drucksensoren, die an kritischen Punkten montiert und mit einer Fernüberwachung verbunden sind. Ein selbstlernender Algorithmus in der Pumpensteuerung nutzt die gemessenen Netzdruckdaten für eine dynamische proportionale Druckregelung an der Pumpstation, die den Druck im Netz stabil hält. In weltweit rund 100 Projekten mit DDD-Einsatz ermittelte Grundfos im Durchschnitt diese Resultate: 15 % geringere Leckagen, 25 % Energieeinsparungen und 35 % weniger Rohrschäden.
Die Wiederverwendung von Wasser – beispielsweise zur Kesselspeisung, als Kühlturm-Nachspeisewasser, generell zur Reinigung und als Spülwasser – ist ein viel diskutierter Trend in der gesamten Industrie. Wird Wasser wiederverwendet, sinken entsprechend die Abwassermengen und damit die Entsorgungskosten. Im Rahmen seiner Nachhaltigkeitsstrategie hat Grundfos breite Erfahrung beim Einsparen der Frischwasserzufuhr – beispielsweise bei der Wasseraufbereitung Zudem hat das Unternehmen einfache und integrierte Lösungen für eine sichere und effiziente Wasserwiederverwendung entwickelt. Unter anderem erweist sich dabei die Umkehrosmose (RO) als ein kostengünstiges Verfahren.
Auf der Ifat wird auch die zustandsorientierte vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) als werterhaltendes Asset Management thematisiert. Mit Hilfe des ‚iSolutions Monitors‘ (GiM) kann der Betreiber den Betriebszustand von mehrstufigen Hochdruckpumpen der Baureihe CR (beispielsweise in Druckerhöhungsanlagen Hydro MPC installiert) überwachen und Prozessausfälle vermeiden. Auf der Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) identifiziert ein Multifunktions-Sensor mit intelligenter Mustererkennung frühzeitig fehlerhafte Bedingungen, die zum Ausfall der Pumpe führen können.
Um die Monitoring-Angebote zu verfeinern und auszubauen ist Grundfos eine strategische Partnerschaft mit Augury eingegangen, einem Datenanalyse-Unternehmen und Anbieter von KI-Diagnoselösungen für mechanische Anlagen. Beide Partner zeigen sich überzeugt, dass die Kombination aus KI-basierten Lösungen mit umfassendem Anwendungs-Know-how das Potenzial biete, Kunden der Wasserwirtschaft mit innovativen analogen Überwachungstechnologien und neuartigen digital-basierten Dienstleistungen überzeugende Nutzenvorteile zu offerieren – ein wichtiger Schritt insbesondere auch in Richtung einer weltweiten Digitalisierung der Wasser- und Versorgungsinfrastrukturen.
Eine konkrete Umsetzung sind ‚Grundfos Machine Health‘-Lösungen (Maschinen-Zustands-Diagnosen): GMH-Systeme überwachen mit Hilfe drahtloser batteriegespeister Sensoren Pumpen und Systeme in der Industrie und der Wasserwirtschaft. Die auf diese Weise generierten Sensor-Daten werden in die Cloud-Plattform von Grundfos übertragen; Algorithmen analysieren und identifizieren mit Hilfe der von Augury bereitgestellten weltweit größten Datenbank für akustische Maschinensignaturen geringste Vibrationen, Temperaturschwankungen und ein sich verändernder Stromverbrauch (per Überwachung des Magnetfeldes). Das frühzeitige Erkennen von Anomalien verlängert die Standzeit und verbessert die Effizienz der Pumpen. Konkret: Machine Health-Lösungen versprechen eine um 75 % höhere Produktivität, um 30 % reduzierte Wartungskosten und einen um 20 % geringeren Stromverbrauch.
Ein Schlüssel für die Optimierung der Betriebskosten der Abwasser-Infrastruktur liegt im intelligenten Betrieb des technischen Equipments. Grundfos setzt dabei auf das iSolutions-Konzept: Das sind integrierte Lösungen und flexible modulare Systeme, bestehend aus Pumpen und deren Antriebstechnik, Steuerungs- und Sicherungsmodulen sowie Mess- und Datenübertragungseinheiten. Zusammen mit in Mikroprozessoren des Antriebs hinterlegten spezifischen Algorithmen bieten iSolutions dem Anwender die gewünschte Funktionalität.
Betreiber finden auf der Online-Überwachungs- und Steuerungsplattform iSolutions-Cloud von Grundfos innerhalb der ‚Wastewater Networks‘ spezifische Angebote wie
- ‚Instandhaltung‘,
- ‚Fremdwassereintrag‘ und
- ‚Hochwasserwarnung‘
Lösungen also, um den Betrieb und die Wartung im Abwassernetz zu analysieren und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Es handelt sich um ein Optimierungsmodul für Abwasser-Infrastrukturen – es liefert Wissen über das Geschehen im Netz, reduziert Betriebszeiten und hilft dabei die Effizienz zu steigern.
Ein Beispiel: Dedicated Controls (DC) ist eine intelligente Steuerung für die Regelung und Überwachung von bis zu sechs Abwasserpumpen in einer Pumpstation. Um den niedrigsten spezifischen Energieverbrauch (kWh/m³) sicherzustellen, passt sich Dedicated Controls an die Betriebsbedingungen in spezifischen Pumpenanlagen an und ist extrem lernfähig.
Eine weitere Lösung, die auf der Ifat gezeigt wird, betrifft das Schwefelwasserstoff Problem: Anaerobe Prozesse in Kanal- und Klärsystemen verursachen mit der Freisetzung von Gasen wie Schwefelwasserstoff Geruchsprobleme und Korrosion. Grundfos bietet hier folgende Lösung: Ein Gasphasen-Logger im Schacht misst in kurzen Abständen den H2S-Level; ein Kontroll-Algorithmus steuert mit diesen Daten – korrelierend mit dem aktuellen Abwasserdurchfluss im System – den Einsatz einer Dosierpumpe zur Neutralisation des Schwefelwasserstoffs mit einer Nitratverbindung.
Für große wie kleinere Betreiber interessant ist auch diese Lösung zur Bemessung des Niveaus in einem Behälter oder Schacht: Die Niveausteuerungen des Typs LC wurden speziell für das Management kleinerer Wassermengen konzipiert, insbesondere um das Befüllen und Entleeren von/aus Behältern bzw. Abwasserschächten zu steuern.
Die Nachhaltigkeitsstrategie von Grundfos wird auf der Ifat breiten Raum einnehmen. Schon seit 2002 unterstützt das Unternehmen den UN Global Compact. Bei den von der UNO formulierten 17 Zielen für eine nachhaltige Entwicklung legt Grundfos besonderes Augenmerk auf die Punkte 6 und 13: Die Bereitstellung von sauberem Wasser und sanitären Einrichtungen sowie die Bekämpfung des Klimawandels.
Mit dem System SQFlex offeriert Grundfos Wasserversorgungs-Anlagen für die Photovoltaik ebenso wie für die Nutzung der Windenergie. Doch ist SQFlex mehr als nur eine Pumpe – es ist ein anschlussfertiges, intelligentes Komplettsystem. Ausgestattet mit einem Permanentmagnetmotor, ist SQFlex die Lösung für Anwendungen in Gebieten, wo Wasser rar und die öffentliche Energieversorgung nicht verfügbar oder wenig verlässlich ist. Der Renewable Solar Inverter (RSI) ist ein netzunabhängiger Solar-Wechselrichter, der die Gleichstromleistung des Solarmoduls in eine Wechselstromleistung für den Pumpenbetrieb umwandelt. Der RSI kann sowohl in neuen als auch in bestehenden Systemen eingesetzt werden, sofern die Motorspezifikationen kompatibel sind und er sich für den Einsatz mit einem Frequenzumrichter eignet.
