Wasser spielt in unserem Leben eine zentrale Rolle. Denn ohne sauberes Wasser können Menschen nicht überleben und unterschiedlichste Industrieprozesse nicht durchgeführt werden. Geht es darum, den zunehmenden Bedarf einer wachsenden Weltbevölkerung und der Industrie zu decken, steht die Wasser- und Abwasserwirtschaft im Mittelpunkt. Eine effektive Abwasseraufbereitung wiederum ist unerlässlich, um einen nachhaltigen Wasserkreislauf sicherzustellen.
Die Ressource Wasser ist jedoch mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden. Angesichts der aktuellen Emissionsziele und des wachsenden Drucks auf Wassertarife, die häufig nicht kostendeckend sind, muss der Energieverbrauch dringend reduziert werden. Das heißt: Ineffiziente Prozesse wie die mechanische Durchflussregelung und der Einsatz überdimensionierter Ausrüstung müssen angegangen werden. Non-Revenue Water – Wasser, das ins Leitungsnetz eingespeist, aber nicht genutzt wird – infolge von Leckagen stellt ebenfalls eine große Herausforderung dar. Denn Leckagen verbrauchen neben Wasser auch Energie, da Wasser aufbereitet und transportiert wird, das nie beim Verbraucher ankommt. Die folgenden sechs Schritte sind ein guter Start, um die Energieeffizienz im Wassersektor zu verbessern.
1. Ausgangsbasis festlegen
Um die Energieeffizienz von Wasser- und Abwasseranlagen zu steigern, müssen zuerst präzise, zeitgenaue Energieverbrauchsdaten gesammelt werden, die als Ausgangsbasis für den künftigen Betrieb dienen. Dazu müssen die Ressourcen analysiert werden, die der Produktion einer Anlage entsprechen – beispielsweise Millionen Gallonen pro Tag (MGD) oder der behandelte biochemische Sauerstoffbedarf (BSB). Zusammen mit Aufsichts-, Betriebs- und Wartungspersonal können diese Daten validiert und aufschlussreiche Einblicke in Energieverbrauchsmuster, mögliche Energiesparmaßnahmen und etwaige Hindernisse gewonnen werden. Eine umfassende Begehung zur Bewertung von Größe, Kapazität und Zustand wichtiger Anlagen erhöht die Genauigkeit und hilft, eine belastbare Grundlage für künftige Vergleiche zu schaffen.
2. Einsparpotenziale quantifizieren
Wasserentnahme und Wassertransport sind in einer Trinkwasseranlage besonders energieintensiv. Die Optimierung dieses Prozesses erfolgt hauptsächlich über den Einsatz effizienter Pumpensysteme und Gebläse. Mit einer stufenweisen Verbesserung wie der Installation moderner Pumpentechnologien oder dem Einsatz von Frequenzumrichtern und hocheffizienten Motoren können Energieeinsparungen von drei bis 30 Prozent oder mehr erzielt werden. So kann die Umstellung auf neueste Technologien wie den IE5-Synchronreluktanzmotor (SynRM) von ABB, kombiniert mit einem Frequenzumrichter, die Energieeffizienz erheblich steigern. Von großer Bedeutung sind auch die Umsetzung von Best-Practice-Verfahren wie Energieüberwachung, das Abschalten nicht benötigter Ausrüstung und eine verbesserte Wartung. Wer die wesentlichen Vorteile von Frequenzumrichtern wie dem ACQ580 für die Wasser- und Abwasserwirtschaft mit seinen integrierten Funktionen wie Mehrpumpenregelung, Pumpenpriorität oder Druckerhöhung vor der Abschaltung (Sleep Boost) kennt, kann Effizienz und Gewinn deutlich steigern.
3. Chancen ermitteln und priorisieren
Die Ermittlung systemspezifischer Energiesparpotenziale sollte mit der Erstellung eines detaillierten Plans zur Bewertung der Anlage beginnen, einschließlich einer kompletten Begehung und der gezielten Identifikation der Anwendungen. Mit Hilfe dieser Bewertung können die Anwendungen mit der höchsten Investitionsrendite priorisiert werden.
Unternehmen im Wasser- und Abwassersektor müssen zudem ein kompetentes Team zusammenstellen, das die Chancen analysiert und einen maßgeschneiderten Aktionsplan erstellt. Effizienzverbesserungen können durch Änderungen an der Ausrüstung und auch an betrieblichen Verfahren erzielt werden, wobei jede Änderung auf eine Verringerung des Energieverbrauchs oder Energiebedarfs der Anlage abzielt. Fehlt es intern am nötigen Know-how, können Experten von Unternehmen wie ABB helfen, indem sie eine Prioritätenliste und einen Umsetzungsplan empfehlen.
4. Verbesserungen umsetzen
Ein detaillierter Plan zur Durchführung der Änderungen sollte alle Beteiligten einbeziehen. Projektbezogene Zeitvorgaben, Budgetzuweisungen und das Aufgabenmanagement müssen koordiniert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Dieser Projektfahrplan sollte mögliche Änderungen an bestehenden Prozessen oder Zeitplänen aufzeigen und auf eventuelle Betriebsunterbrechungen hinweisen. Der Nutzen der Änderungen muss mit energiebezogenen Messgrößen dargestellt werden, die auf relevante Leistungskennzahlen (KPI) abgestimmt sein sollten. Indem die Erträge anhand der Leistungskennzahlen gemessen werden, lassen sich die einzuhaltende Richtung und Effizienz des Projekts validieren.
5. Fortschritte überwachen und darüber berichten
Überwachung und Berichterstattung sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass die erzielten Verbesserungen von Dauer sind. Nach der Installation sollten Unternehmen sich auf die zuvor festgelegten Kennzahlen und Leistungsmessgrößen fokussieren, darunter der Installationsstand, die Auswirkungen auf Energienutzung, Betrieb, Produktivität und Prozessleistung der Anlage sowie das Mitarbeiterengagement. Teilen Sie diese Erkenntnisse mit den relevanten Akteuren, einschließlich aller am Energieplan beteiligten Personen sowie des Betriebs- und Wartungspersonals. Denken Sie daran: Die Nachverfolgung und Berichterstattung ist für den Erfolg des Energieeffizienzplans von entscheidender Bedeutung.
6. Den Plan fortlaufend verbessern
Wenn Änderungen zur Verbesserung der Anlageneffizienz vorgenommen wurden, sollte man sich damit nicht zufriedengeben. Der Plan zur Einsparung von Energie muss vielmehr kontinuierlich überprüft werden, um nachhaltige Verbesserungen sicherzustellen. Im Laufe der zielorientierten Umsetzung des Plans werden Lehren aus Erfolgen und Misserfolgen gezogen, und Unternehmen müssen ihre Strategien entsprechend anpassen. Der Energieeffizienzplan muss auch an neue Industrienormen und wirtschaftliche oder gesetzliche Rahmenbedingungen angepasst werden, was weitere Änderungen erforderlich machen kann. Dieser sich wiederholende Prozess wird alle Beteiligten daran erinnern, dass der Weg in eine effizientere Zukunft kein einmaliger Vorgang ist, sondern sich stetig fortsetzt.
Energieintensive Prozesse ins Visier nehmen
Pumpsysteme an Seen und Flüssen sowie Anlagen zur Grundwasserentnahme sind für eine ausreichende Trinkwasserversorgung unerlässlich – und klare Kandidaten für Effizienzverbesserungen. Der Durchfluss kann beispielsweise statt mit traditionellen Drosselklappen mit Frequenzumrichtern geregelt werden, die eine Anpassung der Motordrehzahl an die tatsächlich benötigte Leistung ermöglichen. Pumpen können dann mit ihrem maximalen Wirkungsgrad (Best Efficiency Point, BEP) laufen. Das reduziert die Betriebskosten und verringert gleichzeitig die Umweltauswirkungen einer Trinkwasseranlage.
In Vietnams Distrikt Kim Dong etwa ist der Zugang zu sauberem Wasser vor dem Hintergrund des rasanten Wirtschaftswachstums eine zunehmende Herausforderung. Die neu errichtete Oberflächenwasser-Aufbereitungsanlage von Kim Dong, die mit Frequenzumrichtern von ABB betrieben wird, geht dieses Problem an. Durch die Verwendung von 28 ABB-Frequenzumrichtern ACQ580 für die Wasser- und Abwasserbranche konnte die Anlage ihre Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Festdrehzahl-Steuerungssystemen um 20 bis 30 Prozent steigern.
Des Weiteren wurden universell einsetzbare Frequenzumrichter des Typs ACS310 und weitere Produkte von ABB installiert, um die Leistung der Anlage zu verbessern. Die Initiative soll nicht nur eine zuverlässige und effiziente Wasserversorgung der Region sicherstellen, sondern unterstützt auch das Ziel Vietnams, bis 2030 die flächendeckende Trinkwasserversorgung der gesamten Bevölkerung sicherzustellen.
In Abwasseranlagen gehen rund 53 Prozent des Energiebedarfs auf das Konto von Belüftungsprozessen. Dafür gibt es mehrere Gründe, beispielsweise eine schwankende Auslastung der Aufbereitungsanlage und unterschiedliche Zeitskalen, was eine Optimierung der Anlage zum Zeitpunkt der Installation schwierig macht.
Gerade bei diesem energieintensiven Prozess können Frequenzumrichter jedoch viel bewirken. Sie können die übermäßige Nutzung von Pumpen und Belüftungssystemen, die sich an schwankende Belastungen anpassen, verringern und durch die direkte Regelung der Motordrehzahl und des Gehalts an gelöstem Sauerstoff Energieeinsparungen von bis zu 70 Prozent erzielen.
In Dänemark hat Knabstrup Vandværk, das über 500 Verbraucher und die Nordvestsjælland Water Community mit Wasser versorgt, erfolgreich ABB-Frequenzumrichter ACQ580 in seine Wasser- und Abwasseranlagen integriert und damit Energieeinsparungen und einen stabilen Wasserdruck erzielt. Die Frequenzumrichter haben den Betrieb von fünf Wasserpumpen optimiert, was den Energieverbrauch um 20 Prozent gesenkt und den Verschleiß der Wasserverteilungsinfrastruktur gemindert hat.
Das Ergebnis war neben Kostensenkungen auch der Schutz der Wasserversorgung vor Verunreinigungen. Die einfache Einrichtung dank Bluetooth-Konnektivität und intelligente Mehrpumpenregelungs-Funktionen der ACQ580-Umrichter ermöglichen zudem ein nahtloses Management und gewährleisten einen gleichmäßigen, effizienten Wasserfluss.
Auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft
Die hier beschriebenen sechs zentralen Schritte können die Wasser- und Abwasserwirtschaft in eine nachhaltigere und kosteneffiziente Zukunft führen. Zuerst muss eine Ausgangsbasis für die Energienutzung ermittelt werden, die als Grundlage für die Erstellung eines Energieplans dient. Dieser Plan sollte mögliche Verbesserungsbereiche aufzeigen und Strategien für die Integration von wasser- und abwasserspezifischen Frequenzumrichtern in bestehende Prozesse skizzieren. Mit diesen Änderungen lassen sich schnell beträchtliche Energieeinsparungen erzielen.
In einer von ökologischem und finanziellem Druck geprägten Zeit ist eines klar: Die Verbesserung der Energieeffizienz ist nicht nur von Vorteil, sondern Voraussetzung für die Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit von Wasser- und Abwasseranlagen.
