Energieeffizienz mit der Zetos-Unterwassermotorentechnologie in Verbindung mit dem Thema Wasser 4.0 Mario Hübner WILO SE

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1 Energieeffizienz mit der Zetos-Unterwassermotorentechnologie in Verbindung mit dem Thema Wasser 4.0 Mario Hübner WILO SE 2. Thüringer Trinkwassertagung in Jena Februar 2018

2 2 Jena / Thüringen

3 Der neue Campus Grundsteinlegung 20. Februar 2017 in Dortmund 3

4 4 WILO SE, Werk Hof

5 Wilo 2016 WILO SE, Werk Hof 1,327.1 Millionen Umsatz in EUR 7,600 Mitarbeiter WILO SE - Dortmund Millionen EBIT in EUR 8.1 % EBIT Marge 5

6 Von E+M zu EMU / 1949 zu 2003 Zetos und weitere Baureihen

7 Unterwassermotorentechnologie im Druckmantel mit hohem Wirkungsgrad Brunnen 7 Unterwassermotorentechnologie mit hohem Wirkungsgrad Kompaktdruckerhöhungsanlagen

8 Pumpen mit Normmotor Kennfelder und Trinkwasserzulassung Förderhöhe Normpumpen WILO-CronoNorm NLG 1600 m 3 /h x 100 m Normpumpen WILO -CronoNorm-NL 650 m 3 /h x 150m Normpumpen WILO-SCP 3400 m 3 /h x 245 m Normpumpen WILO-VeroNorm-NPG 2800 m 3 /h x 140 m Neu NLG Normpumpen WILO-ZEOXFirst 200 m 3 /h x 480 m Fördermenge 8

9 Pumpenabnahme für FELA Planungs AG, Schweiz

10 Einbau Guliston in Usbekistan mit Endlich hat die Weltbank die Bauarbeiten der neuen Pumpstation in Beshbulok beendet, so dass wir endlich die Installation von den WILO Split-Case-Pumpen, Rohrleitungen und Anti-Hammer-Schiffen mit unserem FELA-Team starten können. Die SCP Pumpen sind in Usbekistan in der Ortschaft Guliston eingebaut. Wir sehen uns bald in Hof. Anmerkung: Für Herrn Kubbe, wird eine SPI-Pumpe in Hof am 25. September verfügbar sein, um diese der usbekischen Delegation zu zeigen. Einwohnern und Hauptstadt der Provinz Sirdaryo. Die Stadt liegt etwa 110 km südwestlich von Taschkent Daten von Martin Schlageter

11 SiBoost Smart Helix EXCEL ( m 3 /h) Baureihenerweiterung mit 8-Zoll Modellen Antriebstechnologie: EC Motor + Frequenzumformer Pumpengröße: von 4 bis 52m3/h Pumpenanzahl: von 2 bis 4 Motorleistung: von 1,1kW bis 7,5kW 11

12 SIBoost Smart Helix 8 ( m 3 /h) Technische Merkmale Kompaktes System Helix Pumpe ohne Kartusche Design der Smart Familie Monobloc Pumpengehäuse SC DEA Schaltgerät bis zu 4 Pumpen 22kW 8L MAG inklusive für DACH Verteilerrohr Gebördelte Flanschen 12

13 Helix V / 25 mit Motor ABB MLA kw IE 4 Motor Abnahme im Werk IE4 IE4 Im Werk Hof Bild M. Peterzelka Im Werk Hof Bild M. Peterzelka

14 Hydraulische Abnahmeprüfungen Klassen und Toleranzen DIN EN ISO 9906:2012 Normen und Abnahmen von Pumpen Mario Hübner

15 Wesentliche Unterschiede zur vorhergehenden Version 15

16 Wasserwerk Starzhausen Bilder Thomas Skarban 16

17 Wasserwerk Starzhausen Eingebaut durch den WILO EMU Anlagenbau 2 Filterstraßen bestehend aus: 2 Oxidator ( = 1500 mm, H zyl = 2,600 mm) 6,0 bar 4 Filterbehälter ( = 2300 mm, H zyl = mm) 6,0 bar, 2 Wasserkammern 1 und 2 (V nutz = = 100 m³) 2 Oxidationsluftaufbereitungsanlagen (ölfrei) (Q = m³/h, max. 1,2 bar(ü), 3,0 kw), Volumenstromgeregelt 1 Spülluftgebläse (Q = max. 374 m³/h, 600 mbar(ü), 11 kw) bauseits frequenzgeregelt 1 Spülwasserpumpe, Fabrikat: WILO, Typ: NL 65/125-5, (Q = 104 m³/h, H = 9 m, P = kw) bauseits frequenzgeregelt Hauptförderung Bilder Thomas Skarban 1 Druckstoßausgleichsbehälter (Durchmesser = 1300 mm, Hzyl = mm, 10 bar ), 1 Druckluftkompressor für Druckstoßausgleichsbehälter, (ölfrei) (Q = 4,2 m³/h, 10 bar(ü), 1,1 kw) 2 Hauptförderpumpen, Fabrikat: WILO, Typ: Helix V 5204/2-4/16/E/KS/50-2 (Q = je max. 15,0 l/s, H = 60 m, P = 15,0 kw) bauseits frequenzgeregelt 2 Hauptförderpumpen, Fabrikat: WILO, Typ: Helix V 9503/1-3/25/E/ (Q = je max. 30,0 l/s, H = 60 m, P = 30,0 kw) bauseits frequenzgeregelt 17

18 Durch moderne Pumpentechnik Kompaktdruckerhöhungsanlagen in der Pumpstation Aunham 18

19 Pumpstation Aunham wwt 10/2016 moderne Technik im Pumpwerk 19

20 Das Steuerkonzept Bei der vollautomatischen Kompaktsteuerung handelt es sich um eine flexible Steuer und Regeleinheit zur Konstant Druckregelung. Die Pumpenstufen werden druck und durchflussabhängig bei unterschiedlichen Pumpleistungen mittels Frequenzumrichter angefordert. Einhaltung eines frei gewählten Solldrucks durch ständige Anpassung der Pumpendrehzahl, unabhängig vom Vordruck, wirkungsgradoptimierte bedarfsabhängige Zu - / Abschaltung aller für den Betriebspunkt erforderlichen Pumpen 20

21 Unterwassermotorentechnologie im Druckmantel 21

22 Die Brunnenstube mit Belüftungsanlage 22

23 Optimierungsmöglichkeiten bei der Wasserversorgung: 1.) Betriebspunkt der Pumpe optimieren ( Q/H Linie Anlagenkennlinie 2.) Fördermenge / Förderhöhe reduzieren Frequenzumformer? 3.) Betriebsstunden optimieren 4.) Pumpen mit hohen hydraulischen Wirkungsgrad einsetzen Beschichtungen 5.) Hoher Motorwirkungsgrad, durch hohe Effizienzklassen, Permanentmagnetmotoren 6.) Niedrige Leistungsverluste in Kabeln angehen bei langen Kabeln (größere Kabelquerschnitte) 7.) geringere Absenkungen im Brunnen angehen 8.) Brunnenregenerierungen zum richtigen Zeitpunkt 9.) Einsatz von Glaskugeln im Ringraum des Brunnens Transmissivität 10.) Geringere Reibungsverluste in Rohrleitungen 11.) Richtige Materialien einsetzen Korrosionsbeständigkeit Beschichtungen 12.) Verockerung in der Anlage minimieren 13.) richtige Positionierung der U Pumpe im Brunnen 14.) Zubehör beachten Kühlmantel, Kabelschellen, Pumpenzentrierung 15.) Serviceintervalle einplanen 16.) Überwachung durch Datenlogger 17.) Fernüberwachung über Zentralrechner Wasser 4.0 Ziel eine energieeffizientere Wasserförderung Pumpen sollten dabei möglichst ständig laufen. 23

24 Pumpe 6 im Brunnen 5 Aufnahme Hier ist erkennbar, dass das Saugsieb der Pumpe im Bereich des Schlitzbrückenfilters sitzt 24

25 Aquifer 25

26 Energieeffizienz mit der Zetos- Unterwassermotorentechnologie 84,5 % Die neue Zetos 26

27 Neue Baureihe von WILO - Zetos K8 Trinkwasserpumpen aus massiven rostfreien Feingusswerkstoffen 27

28 CFD Auslegung 28

29 Vergleich 29

30 Marktübersicht: Technologien Unterwassermotoren 30

31 Wiederwickelbarer Stator & Permanentmagnet Rotor Ab 2015 bis 37 kw Ab 2017 bis 150 kw Am Luftspalt angeordnete Seltenerde Magneten. Die Bestückung des Läufers mit Schalenmagneten ist automatisierbar, und die Sicherung der Magnete mittels einer Bandage oder einer dünnen Edelstahlhülse ist gängige Praxis. 31

32 Wirkungsgrad der Motoren 32

33 Wilo Zetos K8 mit Permanentmagnet Motor ~ 84,5% ~ 93% Kundenvorteile Höchster Motorwirkungsgrad ( bis 93%) Variable Betriebspunkte durch Drehzahlanpassung Hoher Wirkungsgrad im Teillastbereich Steuerung und Überwachung von Druck / Menge Einstellbare Drehmomentcharakteristik für Anwendungen mit hohem Feststoffgehalt (Entwässerung, Bergbau) Best in Class Gesamtwirkungsgrad Systemwirkungsgrad Pumpe Zetos K8 Motor PM 6 FU +Filter Gesamt 84,5 % 93 % 97,5 % ~75 % x x 33

34 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Unterwassermotorpumpen + 7,7% Wasserwerksausführung NK Bereich mit wiederwickelbaren NU Motoren Asynchrontechnik gesamt Wasserwerksausführung Zetos Bereich mit Wiederwickelbaren PM Motoren Synchrontechnik 34

35 Gegenüberstellung neue Pumpe + neuer Motor NK87-4 mit Ceram CT Beschichtung Eta Pumpe 82 % + NU 801T-2/45 (37 kw) 85 % Motorwirkungsgrad Zetos 4 stufig mit Ceram CT Beschichtung Eta Pumpe 86 % + PM Motor ( 37 kw ) 90 % Systemwirkungsgrad = Motor x FU Gesamtwirkungsgrad steigt um 7,7 % Energiekosten minimieren sich um Euro / Jahr 35

36 Gegenüberstellung neue Pumpe + neuer Motor NK87-4 mit Ceram CT Beschichtung Eta Pumpe 82 % + NU 801T-2/45 (37 kw) 85 % Motorwirkungsgrad Zetos 4 stufig mit Ceram CT Beschichtung Eta Pumpe 86 % + PM Motor ( 37 kw ) 90 % Systemwirkungsgrad = Motor x FU Gesamtwirkungsgrad steigt um 7,7 % Kunde kauft neue Pumpe und neuen PM Motor Anschaffungskosten des Aggregats: mit Ceram CT Beschichtung Gesamtkosten: Euro Amortisation bei 24 Stunden Betrieb: 2 Jahre Amortisation bei 8 Stunden Betrieb: ca. 6 Jahre Mit unserem Berechnungsprogramm, können Sie Ihre Daten schnell durchrechnen. Energiekosten minimieren sich um Euro / Jahr 36

37 Energiepreise weltweit Die Preise beziehen sich laut Quelle auf die Lieferung von Kilowatt für 450 Stunden. Quelle Statista

38 Projekt ENERWAG 15./16.Juni 2016 Prof. Dr. Ing. Mathias Ernst DVGW Forschungsstelle TUHH-Außenstelle des TZW Karlsruhe TU Hamburg-Harburg, WILO, KSB, Flowserve ( Pleuger ), Hamburg Wasser, Berliner Wasserbetriebe, Siemens, Danfoss und viele andere. Mehrere Workshops. 38

39 Projekt ENERWAG 28.Juni 2017 Wasserwerk Beelitzhof, Kronprinzessinnenweg 23; Berlin (Wannsee) Prof. Dr. Ing. Mathias Ernst DVGW Forschungsstelle TUHH-Außenstelle des TZW Karlsruhe TU Hamburg-Harburg, WILO, Hamburg Wasser, Berliner Wasserbetriebe Besprechung des Projektes 39

40 Zusammenspiel 40

41 Variables Lastprofil 84,5 % - 86,5 % eta Pumpe 41

42 Parallelbetrieb von Unterwassermotorpumen 42

43 Betriebspunktermittlung am Die IST Betriebspunktermittlung erfolgte mit Hilfe der installierten Mengenmessung, Druckmessung und per Pegelmessung an allen vier Pumpen Pumpe 1 Typ ZETOS K Equip- Nr Betriebspunktvorgabe Q= 15 l/s bei 95 mws Pumpe 2 Typ ZETOS K Equip- Nr Betriebspunktvorgabe Q= 15 l/s bei 95 mws Pumpe 3 Typ ZETOS K Equip- Nr Betriebspunktvorgabe Q= 15 l/s bei 265 mws Pumpe 4 Typ NK81-14 Equip- Nr Betriebspunktvorgabe Q= 8 l/s bei 260 mws 43 Energieeffizienz in der Wasserwirtchaft mit Ausblick zu Wasser Mario Hübner

44 Wenn man solche Werte erzielen kann, sollte man das Thema angehen Sollten Sie noch ältere Maschinen aus unserem Hause im Einsatz haben wie z. B. K84, K85, K86, ( NK 86 ), K87, ( NK87 ) K 103, K 104, K 105 KU 51, K 1021, KM100, KM 150, KM 210 TWI (0)8.80, TWI (0)8.90 NR 840 und NR 850 oder andere Pumpen, kommen Sie auf die Kollegen zu, gerne erstellen wir eine Wirtschaftlichkeitsberechnung 44

45 Zetos 10 Zoll ab dem 4. Quartal 2018 lieferbar 45

46 Zeichnerische Ermittlung der Kennlinie H = f (V) bei n 2, wenn sie bei n 1 gegeben ist Dynamische Höhe (Anlagenkennlinie) Dynamische Höhe (Anlagenkennlinie) Dynamische Einsparung Statische Einsparung Statische Höhe Kleinere Brunnenabsenkung 46

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48 Anlage komplett überdacht Es ist auf der Länge von ca. 1,8 km eine Druckleitung DN150 Mat. PVC verlegt worden. Durch die derzeitige Fördermenge von Q= 28l/s entsteht eine hohe Fließgeschwindigkeit in der Druckleitung von ca. 1,7 m/s. Die Rohrleitungsverluste sind dabei sehr hoch (50,7 m). Wir empfehlen die Fördermenge auf ca. 16 l/s zu reduzieren. Es ergibt sich eine Fließgeschwindigkeit von 1,0 m/s. Der dynamische Teil kann somit deutlich reduziert werden. Es ergibt sich ein neuer Betriebspunkt von Q= 16 l/s bei 38 mws. Es kann eine kleinere Pumpenhydraulik mit deutlich weniger Leistung verwendet werden. 48

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50 Ergebnis Durch den Wechsel auf eine ZETOS K können zukünftig die Energiekosten deutlich gesenkt werden. Im Vergleich beider Motorvarianten empfehlen wir auf lange Zeit gesehen den Permanentmagnetmotor. Durch das HE-System können Sie in Zukunft die Anlage noch besser auf Ihren Bedarf hin regeln. Nach der Amortisation der Maschinen können auf die nächsten 10 Jahre gerechnet ca ,00 an Energiekosten gegenüber einem Asynchronmotor einsparen. Vergleichen wir den aktuellen Stand mit der effizientesten Variante mit Permanentmagnetmotor beträgt die Ersparnis , ,00 = ,00 / Jahr. Auf 10 Jahre betrachtet ergibt sich eine Energiekosteneinsparung von ,00. 50

51 Säulen der Energieeffizienz Energieeffizienz Hydraulik Motor Betriebsoptimierung Drehzahlregelung 51

52 Energieeffizienz Gesamtwirkungsgrad Systembetrachtung Brunnenfeld mit Brunnenmanagement System eingestellt 30 % Pumpe, PM Motor, FU 8% - 10% Pumpe 4% Pumpe mit Ceram CT bis 6% 52

53 53 Brunnenmeistertagung in Sursee vom 3. bis 13. April 2017 Mit 1100 Teilnehmern

54 Energie Wasserwirtschaft 4.0 Pumpwerke Hochwasserschutz Regenbecken Wasserwerke Kläranlagen Niederschlag Kanalnetze Brunnen 54

55 Klima Ziele nicht erreicht! Wir müssen was tun. 55 Energieeffizienz durch die neue Zetos in der Wasserversorgung in Verbindung mit Wasser 4.0

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57 Fachbericht in der wwt 2017 Prof. Manuela Wimmer und Mario Hübner 57

58 Besuch im Wasserlabor mit Ing. Büro Hunziker Betatech AG aus der Schweiz an der Hochschule Hof 58

59 Zusammenarbeit mit Waldwasser Wasserversorgung Bayerischer Wald Moos 59

60 Webbasierte Überwachung mit Echtzeit-Brunnenmanagement Live im Brunnen 60

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62 Übersicht im Programm Im Brunnen 8 läuft die neue Zetos mit PM Motor mit der Maschinennummer , rechts im Bild Aufnahme am Prüfstand Hof 62

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69 "Ohne Wasser kein Leben ohne Digitalisierung kein Überleben" mit diesem Vergleich zwischen dem kostenbaren Lebenselixier und der herausfordernden Digitalisierung der modernen Welt, wird dies in Zukunft auf einen Nenner gebracht. 69

70 Die Veränderungen, welche die digitale Transformation hervorruft, liegen nicht nur im veränderten Einsatz von Technologie. Sondern zuallererst in einer Veränderung der Unternehmenskultur Themen, denen sich die Studie SmaDiWa auch widmet. Erst in zweiter Linie stellt sich dann die Frage nach der Technologie. Oder, um es mit den Worten von Steve Jobs zu sagen: Du musst mit den Kundenerlebnissen anfangen und dich zur neuen Technologie zurückarbeiten nicht andersherum. Digitalisierung will gelernt sein. 70

71 WILO EMU Anlagenbau geht digital Kompetenz und Unterstützung seit 40 Jahren Geschäftsführer Günther Bitzenbauer Durch unseren Anlagenbau mit seinen 52 Mitarbeitern konfigurieren wir das Gesamtsystem gemeinsam mit unseren Kunden. WILO EMU Anlagenbau GmbH Hof WILO EMU Anlagenbau GmbH Roth Nicht einzelne Anlagenkomponenten, sondern das Gesamtsystem aus einer Hand. 71

72 3 D Konstruktionen in unserem eigenen Anlagenbau, wir planen für Sie 72

73 73 Wasserversorgung Langdorf - Update und Erweiterung des FlowChief- Prozessleitsystems - Wilo-Fernwartung - GPRS- und Kabel-Modemverbindungen - Überwachung der Anlagen über Fernzugriff 73

74 Systemwartung Wir kümmern uns um die Wartung folgender Dinge: Windows OPC-Server und wichtige Programme Treiberinstandhaltung und Aktualisierung Windows- und Programmupdates Daten Verwaltung der Datenbanken Bereinigung des Datenträgers Instandhaltung des RAID-Systems Einrichtung und Wartung der Datensicherung Netzwerk Einstellungen und Wartung des Internetzugangs Sicherung gegen Viren Anpassung und Wartung der Firewall FlowChief Wartung und Anpassungen der Alarmierung Instandhaltung und Individualisierung der Berichte Telefonischer und Vor-Ort-Support 74

75 Laufräder aus RF verockert 75

76 Pumpen im Einsatz \\DE-HO-FILE2\allein\huebner_M\Bilder\Referenzen\Qualiprim_SARL 76

77 Verschleißfest an der Pumpenwelle durch Wolframcarbidbeschichtung fragen Sie uns. Um die Pumpenwelle der Zetos K8 noch verschleißfester zu machen, besteht die Möglichkeit eine Wolframcarbid-Beschichtung aufzutragen. Diese wird mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren auf wenige zehntel Millimeter aufgebracht und anschließend überschliffen, sodass eine Schichtdicke von 150µm bleibt. Der Verschleiß nach dem Sandverschleißtest war mit ca. 0,5µm-3,5µm gegenüber Duplex-Stahl mit 100µm-200µm deutlich geringer. 77

78 Wirkungsgrad [%] Beachten Sie den Wirkungsgrad Erhöhter Pumpenwirkungsgrad Volumenstrom [l/s] 78

79 Bilder aus den Versuchsreihen Hier im Bereich Ceram CT mit UBA Zulassung ( KTW ) und DVGW W 270 Zulassung 79

80 Fertige Pumpe mit Ceram CP Offizielle Einführung über Sonderkonfiguration am

81 Vergleich glatte und rauhe Schaufeln glatte Oberfläche Einzelblasenkavitation keine zusammenhängenden Schicht keine Wolkenablösung raue Oberfläche Schichtkavitation Rückströmen des Re-entrant Jets wird durch Rauheit verhindert leading edge roughness instationäres Verhalten Ausbildung eines Reentrant Jets möglich Re-entrant Jet TU Darmstadt H. Groß Dr. Keil WILO SE, Werk Hof 81

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83 Produktübersicht Water Management - Reinwasser 83

84 Wilo-ePaper-Portal Wilo Watermanagement Deutschland: Österreich: 84 Schweiz:

85 Krohne Tagungen 2018 Rhein Energie Stadion Köln Weser Stadion Bremen Red Bull Arena Leipzig Audi Sportpark Ingolstadt

86 Fragen? Zu allen Wasserthemen 86 86

87 Wichtige Adressen im Überblick Ihre WILO-Verantwortlichen WILO SE Nortkirchenstr Dortmund T: F: wilo@wilo.com Dortmund.anfragen@wilo.com WILO SE, Werk Hof Heimgartenstr Hof/Saale T: F: hof.anfragen@wilo.com Uwe Princen / Thüringen / Sachsen Tel: Mobile: Uwe.Princen@wilo.com Fax: Ihr Mario Hübner und Kollegen Peter Löser / Bayern Tel: Mobile: Peter.Loeser@wilo.com Fax: Mario Hübner Sina Meschwitz Sabine Bisky