Durch welche Komponente kann man die Effizienz in der Wasserversorgung steigern? 1. Thüringer Trinkwassertagung - 07.

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1 Durch welche Komponente kann man die Effizienz in der Wasserversorgung steigern? 1. Thüringer Trinkwassertagung April Jena

2 Jena 2

3 WILO SE, Werk Hof

4 Jahresrückblick ,1 Millionen Umsatz in Euro Mitarbeiter im Jahresdurchschnitt 9 Millionen Verkaufte Pumpen 121,2 Millionen EBIT in Euro 9,2 % EBIT-Marge 106,4 Millionen Investitionen in Euro 4

5 Das neue Prüffeld 5

6 6

7 Klimawandel: Ein neuer Bericht zeigt erschreckende Veränderungen auf Dürren globalen Ausmasses, gefolgt von verheerenden Überschwemmungen das befürchten Forscher im Zuge des Klimawandels. Die Erholung hin zu einem ausgeglichenen Klima ist nach den derzeitigen Szenarien eher unwahrscheinlich. Die Welt steht am Wendepunkt 7

8 Bevölkerung [Mio.] Verteilung städtische-ländliche Bevölkerung Seit dem Jahr 2009 wohnt die Mehrzahl der Menschen auf der Welt in städtischen Ballungsgebieten Ländliche Bevölkerung Städtische Bevölkerung Jahr 8 8

9 Trinkwasserversorgung Q max. m³/h Unterwasser - motorpumpen Vertical Turbine Splitcase-Pumpen Normpumpen Helix Hochdruck- Kreiselpumpen H max. m

10 Brunnen 10

11 Was müssen wir bedenken? Zu wenig Wasser um die Feststoffe in den zu großen Kanälen zu transportieren. Verstopfungsgefahr Wir regenerieren nicht mehr die Brunnen in dem Umfang wie es notwendig wäre. Die Pumpen und Motoren arbeiten nicht mehr in den optimalen Betriebspunkten Gesamtsystembetrachtung Ziel: Energieeffizientere Wasserförderung! 11

12 Die Massive Ausführung in vielen Sonderwerkstoffen 12

13 84,5 % Die neue Zetos 13

14 Hocheffizienzsystem Zetos mit Asynchron - und Permanentmagnetmotoren, synchrontechnik

15 Newsletter zu PM-Motoren nagement/produkte/hightechfuer-hoechsteansprueche/#accordion-item-1 15

16 Neue Baureihe von WILO - Zetos am Beispiel K Trinkwasserpumpen aus massiven rostfreien Feingusswerkstoffen Bis 18 Stufen Bis 600 m Förderhöhe Standardwerkstoff Sonderwerkstoff Duplex Welle aus Duplexwerkstoff Mit Permanentmagnetmotoren bis 37 kw Motorleistung im 8 Zoll Bereich bis 150 kw Motorleistung im 9 Zoll Bereich bis 220 kw 16

17 Neue Baureihe von WILO - Zetos K8 50/70/100/130 Trinkwasserpumpen aus massiven rostfreien Feingusswerkstoffen Zetos 8 Zetos 8 Zetos 8 Zetos 8 50 m 3 /h 70 m 3 /h 100 m 3 /h 130 m 3 /h Fördermenge lieferbar lieferbar lieferbar lieferbar Markt 5 mm 5 mm 5 mm 5 mm PG 2-3 mm 2-3 mm 2-3 mm 2-3 mm Schaufel :19

18 Konstruktion 18

19 Zetos K :19

20 Thomas Müller Senior Research Engineer WILO SE Dortmund Robert Sorge Hydraulic und Engineering, Design WILO SE, Werk Hof CFD-Simulationen Ausarbeitung und Entwicklung von H. Müller und H. Sorge Zetos K8 Hocheffizienzpumpe - und wie haben wir den hohen Wirkungsgrad geschafft?

21 CFD-Gitter: Sehr feine Auflösung, um Strömung in der Grenzschicht korrekt zu berechnen 21

22 Ausarbeitung dazu: Erklärung im Vortrag 22

23 Neue Baureihe von WILO - Zetos K8 50/70/100/130 23

24 Einbau der Pumpe - 28 Juli

25 Asynchronmotor NU

26 Wiederwickelbarer Stator & Permanentmagnet Rotor Am Spalt 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. 26

27 Wirkungsgrad verbesserter Motor-Wirkungsgrad bei exzellentem Teillastverhalten verbesserter SYSTEM-Wirkungsgrad 27

28 Hocheffizienzsystem

29 Das Motorensystem Motorbaureihe (hocheffizient/pm-technologie) HES High Efficient System System inklusive: Motor / Filter / FU 5 Motorgrößen: 7,5kW / 11 kw / 18,5kW / 30 kw / 37kW Kombination mit Hydrauliken mit hohem Wirkungsgrad: Zetos K8, NK 86/87, TWI 6/8 29

30 Permanentmagnetmotoren von WILO 6 Zoll - Motor 6 Zoll Motor 6 Zoll Motor Sept ,5 kw 9,3-18,5 kw kw % eta Motor 8 Zoll - Motor 8 Zoll - Motor 8 Zoll - Motor Januar kw kw kw % Systemwirkungsgrad bis 37 kw = eta Motor x eta FU Es wurde ein FU Wirkungsgrad von 97,8 % gemessen Somit wird der jeweilige Motorwirkungsgrad momentan bis 37 kw jeweils mit 97,8 % für den FU multipliziert. 30 Die Energieeffiziente Wasserförderung - Mario Hübner

31 Wirkungsgrad der Motoren 31

32 6 High Efficiency System P N [kw] 4,0 5,5 Motor 7,5 NU 511-4/7 9,3 11 NU 511-4/ Für Schalttafeleinbau FU IP21 & Filter IP00 Für Wandmontage FU IP66 und Filter IP54 du/dt Filter Sinus Filter du/dt Filter Sinus Filter * * * * * * * 18,5 NU 511-4/ * NU 511-4/ * * 37 NU 511-4/ * * * Keine Lagerware * * Ab 120 m Kabellänge Sinus Filter notwendig - bis 1800 m Kabellänge möglich Spannungsverlust berücksichtigen 32

33 Motor Design 304SS / 316SS / 904 L 33

34 AISI 904 L 34

35 Aggregat mit Wasserführungsmantel Kann die geforderte minimale Kühlmittelgeschwindigkeit nicht erreicht werden (z.b. wenn die Filterstrecke des Brunnens oberhalb des Motors liegt oder bei Brunnen mit großem Durchmesser) Sicherstellen, dass das Kühlrohr den kompletten Motor und das Saugsieb der Pumpe umschließt. Motor wird zwangsgekühlt. 35

36 Energetische Betrachtung 36

37 Energetische Betrachtung - Man sollte versuchen eine fördermengenmäßig kleinere Pumpe einzusetzen - Eine energetisch bessere Hydraulik - Einen energetisch besseren Motor eventuell PM - Motor - Einen optimalen FU - Einen größeren Kabelquerschnitt verwenden - Die Pumpe möglichst viele Stunden pumpen lassen. Ziel günstigere Betriebskosten, lassen Sie es uns durchrechnen 37

38 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Unterwassermotorpumpen + 7,7% Wasserwerksausführung NK Bereich mit wiederwickelbaren NU Motoren Asynchrontechnik gesamt Wasserwerksausführung Zetos Bereich mit Wiederwickelbaren PM Motoren Synchrontechnik 38 Die Energieeffiziente Wasserförderung - Mario Hübner :19

39 Gegenüberstellung 1 Stufe neue Pumpe 38,3 l/s x 69 m 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 % + obigen Motor Gesamtwirkungsgrad steigt um 3,4 % Energiekosten minimieren sich um Euro / Jahr 39

40 Gegenüberstellung 1 Stufe neue Pumpe 38,3 l/s x 69 m 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 % + obigen Motor Gesamtwirkungsgrad steigt um 3,4 % Kunde kauft neue Pumpe und behält den vorhandenen Motor bei Anschaffungskosten: Pumpe und Ceram CT - Beschichtung Gesamtkosten: Euro Amortisation bei 24 Stunden Betrieb: 1,3 Jahre Amortisation bei 8 Stunden Betrieb: ca. 4 Jahre Bei dieser Berechnung war die alte Maschine bereits beschichtet Energiekosten minimieren sich um Euro / Jahr 40

41 Gegenüberstellung 2 Stufe 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 41

42 Gegenüberstellung 2 Stufe 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 :19

43 Vergleichsdaten unserer Pumpen im System Alte Technik mit neuer Technik vergleichen 8 Zoll - Hocheffizienzpumpe Zetos K8 Permanentmagnetmotoren Synchrontechnik mit FU Asynchronmotoren 43

44 Baukastensystem - Hocheffizienz 8 Zoll - Hocheffizienzpumpe Zetos K8 Ceram Teflon gegen Verockerungen Ceram CT - Wirkungsgradsteigerung Wirtschaftlichkeits betrachtung und Amortisationszeit Permanentmagnetmotoren Synchrontechnik mit FU Hoher Wirkungsgrad Asynchronmotoren Standardwirkungsgrad 44

45 Wirtschaftlichkeitsberechnung MOTOR (Drehstromsynchronmotor mit Permanentmagnet Rotor) Trinkwasser (ACS) zugelassener Unterwassermotor nach "NEMA Standard" in Nassläufertechnologie. In Drehstromausführung (4polig / 100Hz) mit wiederwickelbarem Stator zum ausschließlich direkten Betrieb an mitgelieferten Frequenzumrichter und Filter. 45

46 Vergleich 46

47 Abnahme am 30. Oktober 2015 in Hof Gesamtwirkungsgrad 75,1 % Pumpenwirkungsgrad 83,6 % Systemwirkungsgrad 89,8 % 47

48 Abnahme in Hof Zetos K mit Motor NU 511 4/37 37 kw Synchrontechnik bei 2900 U/min 25 l/s auf 95 m mit 75,1 % Gesamtwirkungsgrad 48 Besonderheit 500 Kabel bis zum Frequenzumformer

49 Unterwassermotorentechnologie trocken aufgestellt. Fachartikel über diese Anlage demnächst in der wwt veröffentlicht. Das neue Pumpwerk Siechen I & II in Cham steht für eine hochwertige und nachhaltige Wasserversorgung Michael Reißnecker IB Reißnecker & Eberhart und Mario Hübner WILO SE 49

50 Wilo-COR Helix EXCEL Ein- oder mehrstufige vertikale Wellenpumpe Projektbezogene Lösungen Hoher hydraulischer Wirkungsgrad Betriebssicher 50

51 Pumpen mit Normmotor Kennfelder und Trinkwasserzulassung Förderhöhe Normpumpen WILO-CronoNorm 1600 m 3 /h x 100 m Neu NLG 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 51

52 Energiekonzept Basel 52

53 Systemkennlinie Zentrale West 53

54 54

55 Betriebspunkt der Maschinen Hoher Wirkungsgrad durch Ceram CT NPG 250/ /4-109-ACS-IE4-W Ceram CT Fördermedium Wasser 100 % Förderstrom l/s Förderhöhe 54.2 m Leistungsaufnahme der Pumpe im Betriebspunkt P kw Pumpenwirkungsgrad im Betriebspunkt 81.1 % Druckstutzen DN 250 / PN 16 Saugstutzen DN 300 PN 16 NPG 300/ /4-109-ACS-IE4-W Ceram CT Fördermedium Wasser 100 % Förderstrom l/s Förderhöhe 56.5 m 85,8 % 87,5 % Leistungsaufnahme der Pumpe im Betriebspunkt P kw Pumpenwirkungsgrad im Betriebspunkt 84.3 % Druckstutzen DN 300 / PN 16 Saugstutzen DN 350 PN 16 86,7 89,9% 55

56 Betriebspunkt der Maschinen Hoher Wirkungsgrad durch Ceram CT NPG 250/ /4-109-ACS-IE4-W Ceram CT Fördermedium Wasser 100 % Förderstrom l/s Förderhöhe 54.2 m Leistungsaufnahme der Pumpe im Betriebspunkt P kw Pumpenwirkungsgrad im Betriebspunkt 81.1 % Druckstutzen DN 250 / PN 16 Saugstutzen DN 300 PN 16 NPG 300/ /4-109-ACS-IE4-W Ceram CT Fördermedium Wasser 100 % Förderstrom l/s Förderhöhe 56.5 m Leistungsaufnahme der Pumpe im Betriebspunkt P kw Pumpenwirkungsgrad im Betriebspunkt 84.3 % Druckstutzen DN 300 / PN 16 Saugstutzen DN 350 PN 16 Abnahme in der Anlage Martin Schlageter EMB Pumpen AG 56

57 57

58 58

59 Beim Kunden Verikalfilterbrunnen 1-4 Ausbau der Pumpe verursachte 4,5 Stunden Montagezeit gesamt. 59

60 Laufräder aus RF verockert 60 Hochschule Hof - Mario Hübner 05. Juni 2014

61 Ceram-Teflon Beschichtung Pumpe KD 13

62 Rohteile Die Teile der KD 13 wurden vorbereitet 62

63 Beschichtete Teile Die Teile nach der Beschichtung am

64 Laufrad 12 6,8 64

65 Fertige Pumpe 65

66 66

67 05. September 2016 HoWaFach TU Dresden 67

68 Verabschiedung Wir bedanken uns bei Ihnen für Ihr Interesse und wünschen Ihnen noch einen schönen Tag. Ihr Uwe Princen, Peter Löser, Reinhard Döhla, Mario Hübner, Sina Meschwitz und Kollegen 68

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