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Innovative Getriebemotorlösung ermöglicht kosteneffiziente und umweltfreundlichere Abwasserbehandlung

ProfiNet Bussystem

Die Behandlung von Wasser und Abwasser ist eine wesentliche Aufgabe, um unsere Wasserressourcen zu schützen und unsere Umweltbelastung zu reduzieren. Die Energieressourcen, die zur Durchführung solcher Behandlungsprozesse erforderlich sind, wirken sich jedoch auch auf die Umwelt aus; ganz zu schweigen von einer Auswirkung auf den Geldbeutel, da die Energiepreise weiter steigen.

Daher verfolgen viele Kläranlagen eine Kampagne zur Verbesserung der Energieeffizienz. Bauer Gear Motor hat den Energieverbrauch einer Anlage in Bayreuth optimiert und die Umweltbelastung sowie die Energiekosten mit einer innovativen Getriebemotorlösung für die Anlage der Zukunft reduziert.

Obwohl sich dieses Beispiel auf Kläranlagen bezieht, sind die Prozesse und die Ausrüstung sehr ähnlich denen, die in kommerziellen und industriellen Wasserbehandlungsanwendungen verwendet werden. So können hier auch die Vorteile in Bezug auf Effizienz, Zuverlässigkeit und Betriebskosten genutzt werden.

Die kommunale Kläranlage in Bayreuth, Deutschland, wollte die Motoren der Anlage optimieren, um die Energieeffizienz zu verbessern und die Energiekosten zu senken.

Das ursprüngliche System, das in 1999 eingebaut wurde, bestand aus mehreren 1.5 kW Direct On Line (DOL) asynchronen Induktionsmotoren, die mit 50 Hz betrieben wurden. Die Motoren wurden von Bauer Gear Motor (Typ BF50-35A / D09XLA4-TF-D) geliefert und liefen seit ihrer Installation ohne Fehler. Da ihre Energieeffizienz jedoch nicht das Niveau der neuesten Technologie erreichen konnte, wurde beschlossen, das bestehende System abzuschaffen und eine hochtechnologische Alternative zu spezifizieren.

Als ursprünglicher Ausrüstungslieferant wurde Bauer Gear Motor, ein Unternehmen der Altra Industrial Motion Corporation, gebeten, eine Lösung vorzuschlagen, die mit derselben Zuverlässigkeit und Energieeffizienz auf dem neuesten Stand bleibt. Bauer's Referenzen als führendes Unternehmen für innovative, energieeffiziente Getriebemotorlösungen machten es zum idealen Partner für das Projekt.

Harald Bezold, leitender Maschinenbediener der kommunalen Kläranlage, kommentierte:

"Wir waren mit den ursprünglichen Bauer-Lösungen zufrieden, die bei der Errichtung der Kläranlage entwickelt wurden. Nach den Betriebsjahren von 19 waren wir jedoch der Ansicht, dass intelligente Investitionen uns helfen könnten, unseren Betrieb zu verbessern.

Im Rahmen der Renovierung wussten wir, dass es wichtig ist, dass wir die Auswirkungen unserer Prozesse auf die Umwelt berücksichtigen. Unser Ziel ist es, den besten Wassermanagement-Service zu minimalen Kosten mit minimalen Auswirkungen auf unsere Umwelt zu bieten. "

Markus Kutny, Business Development Manager für Bauer, ergänzt:

"Wir haben eine Standortprüfung und Prüfung der vorhandenen Ausrüstung durchgeführt. Wir setzen einen Wechselrichter auf ein bestehendes Gerät, um das Verhalten dieser Anwendung zu messen. Mit diesen Daten konnten wir eine Berechnung für den Kunden durchführen, um die Vorteile der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) Technologie zu zeigen.

Die theoretischen Werte, Einsparungen und Verhaltensweisen wurden simuliert und dem Kunden präsentiert. Zusätzlich zu den Umwelt- und Leistungszielen konnten wir ein System entwickeln, das den neuesten Standards von Industry 4.0 entspricht. So haben wir dem Standort ein beispielloses Maß an Motorsteuerung hinzugefügt. "

Die erste Anfrage des Kunden bestand darin, die Originalmotoren durch IE3-Induktionsmotoren zu ersetzen - dies wird üblicherweise als die "energieeffiziente Standardlösung" in der Wasserindustrie angesehen. Als Ergebnis der Bauer-Bewertung der Anlagen wurde jedoch deutlich, dass die Kläranlage von der Spezifikation von PMSM mit der gleichen Frequenz 50 Hz profitieren könnte.

Der Vorteil von PMSMs war nicht nur die Energieeinsparung; Sie haben auch den Vorteil, dass der Kunde alle Getriebemotoren direkt vom Büro aus über das "ProfiNet Bussystem" steuern kann. Ein weiterer großer Vorteil war, dass die Servicetechniker mit dem intelligenten Wechselrichter-Duty- und Bus-System die Leistung der Motoren überwachen und sofort auf dem Bildschirm sehen können, wenn eine Anwendung nicht gut läuft.

Die IE3 PMSM-Technologie verbraucht weniger Energie und erfordert geringere Nennleistungen bei gleicher Drehmomentlast als vergleichbare IE3-Induktionsmotoren. Wenn das System unter Teillast läuft, hat der Asynchronmotor einen drastisch reduzierten Wirkungsgrad im Vergleich zu PMSMs unter den gleichen Bedingungen.

Genauer gesagt, Bauer hat die erforderliche Leistung für diese Anwendung gemessen und festgestellt, dass sie niedriger als die tatsächliche Motorleistung ist. Dadurch konnte die Motorgröße von der ursprünglichen 1.5 kW auf 1.1 kW bei gleicher Leistung reduziert werden.

Darüber hinaus könnte der Austausch von Induktionsmotoren mit PMSM-Alternativen, die bei 50 Hz laufen, nach der Messung des Kunden, nachdem die Anwendungen mit den neuen Motoren ausgestattet wurden, über 93.000 kW / h pro Jahr sparen. Unter der Annahme eines Energiepreises von € 0.20 kW / h bedeutet eine Reduzierung von 93.000 kW / h eine Einsparung von über € 18,600 in einem Jahr.

Ein anderer Vorschlag bestand darin, einen Inverter-Motor zu verwenden, um die Netzfrequenz zu reduzieren, ohne das Mischungsverhalten zu beeinflussen. Das Ergebnis war, dass zum Starten des Mischprozesses die Frequenz von 50-60 Hz benötigt wurde. Nachdem das Abwasser in Bewegung war und der Schlamm im Wasser suspendiert war, konnte die Geschwindigkeit auf 34 Hz reduziert werden.

Diese Reduzierung der Geschwindigkeit bei gleichem Mischergebnis und gleicher Behandlungsqualität führte zu einer Einsparung von mehr als 260.000 kW / h beim Energieverbrauch und von 52,000 bei den jährlichen Energiekosten.

Der verringerte Energieverbrauch von PMSMs im Vergleich zu Standard-Asynchronmotoren ist eine intrinsische Konsequenz ihrer Konstruktion. Während Induktionsmotoren einen elektrischen Strom im Rotor benötigen, um die Induktion zu erzeugen, die den Rotor dreht und Drehmoment erzeugt, verlassen sich PMSMs auf einen Permanentmagneten, um den Rotor zum Drehen zu bringen.

Bayreuther Kläranlage

Die Einführung von Permanentmagnet-Getriebemotoren in der gesamten Kläranlage reduzierte sowohl die Energiekosten als auch die Umweltbelastung.

Im Vergleich zu Induktionsmotoren mit ähnlicher Nennleistung bietet die PMSM-Technologie bei einigen Wasseraufbereitungsanwendungen Leistungsverbesserungen von bis zu 40%. So werden sich viele PMSM innerhalb weniger Monate amortisieren.

Als Teil des Konstruktionsprozesses mussten die Ingenieure von Bauer sicherstellen, dass die neuen Motoren in die Grundfläche der vorhandenen Motoren passen. Dies würde sicherstellen, dass die ursprünglichen Halterungen und Getriebe nicht ersetzt werden müssten - was zur Minimierung der Projektkosten beiträgt.

Da sie sich im Freien befinden, war es außerdem wichtig, dass die neuen Motoren so ausgerüstet waren, dass sie schlechtem Wetter und den allgemeinen Gefahren in einer solchen Umgebung standhalten konnten. Daher entschied sich Bauer für IP65-konforme Motoren und den dazugehörigen Wechselrichter in IP66, die Schutz vor Staubeintritt und Hochdruckwasserstrahlen aus allen Richtungen gewährleisten.

Um die Kombination von Motor und Frequenzumrichter effektiv zu gestalten, wurden einzelne direkt an den Motoren montierte Umrichter (EtaK2.0-Getriebemotoren) bevorzugt, um alle Umrichter in Reihe zu schalten. Auf diese Weise würde, wenn eine Einheit versagen würde, die anderen Getriebemotoren, die weiter funktionieren würden, nicht beeinträchtigt werden, was die Ausfallzeiten und Wartungskosten der Anlage minimieren würde.

Darüber hinaus vereinfachte die neue Lösung von Bauer das System und reduzierte die erforderliche Ausrüstung. Die im EtaK2.0 eingebauten Wechselrichter machten abgeschirmte Kabel in der Anlage überflüssig und versorgen die Motoren dezentral, sodass keine Wechselrichter in Schaltschränken benötigt werden. Auf diese Weise wurden die Wartungsaktivitäten reduziert, was zu zusätzlichen Kosteneinsparungen führte.

Der EtaK2.0 bietet außerdem zusätzliche Kommunikations- und Steuerungsmöglichkeiten. Genauer gesagt, die eingebauten Wechselrichter senden über die weit verbreitete PROFINET-Industrial-Ethernet-Standardverbindung einen konstanten Datenstrom an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Dies ermöglichte die Fernüberwachung des Zustands jeder Einheit ohne die Notwendigkeit einer physischen Inspektion.

Bayreuther Kläranlage

Anlagenbediener können alle Getriebemotoren direkt vom Büro aus über das ProfiNet-Bussystem steuern und überwachen.

Auf diese Weise könnte die Kläranlage von einem automatisierten Netzwerk profitieren und bereit sein für Industry 4.0 und das Industrial Internet of Things (IIoT). Durch die Möglichkeit höherer Steuerungsfähigkeiten können Anzeichen von Fehlern auf einfachere und schnellere Weise erkannt werden, während Wartungsaktivitäten und -kosten minimiert werden.

Harald Bezold fährt fort:

"Als wir uns den Bauingenieuren von Bauer näherten, sagten wir ihnen, dass wir den Standort zukunftssicher machen wollten, indem wir dafür sorgten, dass die Lösung auf dem neuesten Stand der Technik stand. Durch die Schaffung eines automatisierten Netzwerks sind wir nun in der Lage, die Leistungsdaten der Motoren präzise zu überwachen, um sicherzustellen, dass sie jederzeit effizient arbeiten. "

Durch die enge Zusammenarbeit mit den Ingenieuren vor Ort in der kommunalen Kläranlage in Bayreuth konnte Bauer die Anforderungen der Anwendung verstehen und seine Branchenexpertise nutzen, um eine Lösung zu liefern, die in der Umwelttechnik und industriellen Kommunikation führend ist.

Die Technologie lieferte nicht nur messbare Verbesserungen bei Energieeffizienz und Produktivität, sie wurde auch so verwaltet, dass kein Reengineering erforderlich war und die Störung auf ein Minimum reduziert wurde.

Mit diesem Projekt hat Bauer bewiesen, dass Energieeffizienzverbesserungen nicht nur die Kosten für die Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Energie von Kraftwerken in die Endanlage reduzieren, sondern auch die Betriebs- und Wartungskosten erheblich senken können.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte:

Philip Crowe
Bauer Getriebemotoren GmbH
Tel: + 49 711 3518276 Fax: + 49 711 3518456
Web: www.bauergears.com
E-Mail: [Email protected]

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