Bestehende Anlage verbessern Auf Center Pivot und/oder Linears umbauen Kombination aus Verbesserung und Umbau

Transkript

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2 EINLEITUNG: WIE KANN VERBESSERT WERDEN? Bestehende Anlage verbessern Auf Center Pivot und/oder Linears umbauen Kombination aus Verbesserung und Umbau

3 EINLEITUNG: ZIELE VON VERBESSERUNGEN Energiekosten senken Wassernutzung verbessern Weniger Arbeit mit der Beregnung Mehr Ertrag Umwelt entlasten

4 HYDRAULIK UND ENERGIE Wichtige Zusammenhänge Rohrdurchmesser und Fließgeschwindigkeit Fließgeschwindigkeit und Druckverlust Druckverlust und Energie Wirkungsgrad und Energie

5 FLIEßGESCHWINDIGKEIT UND DRUCKVERLUST Grundregel: Widerstände steigen im Quadrat zur Geschwindigkeit!

6 VW Polo 85 PS Höchstgeschwindigkeit 177 km/h

7 Gumpert Apollo 650 PS Höchstgeschwindigkeit: gut 2 x 177 km/h (Nach Herstellerangabe: 360 km/h)

8 PRAXISBEISPIEL: ROHRDURCHMESSER UND FLIEßGESCHWINDIGKEIT Volumenstrom: 55m³/h PVC- Druckrohre nach EN PN10 DN200 = 0,46m/s DN160 = 0,98m/s DN125 = 1,46m/s DN110 = 1,89m/s 200x7,7mm 160x6,2mm 125x4,8mm 110x4,2mm

9 PRAXISBEISPIEL: FLIEßGESCHWINDIGKEIT UND DRUCKVERLUST Volumenstrom: 55m³/h PVC- Druckrohre nach EN PN m Rohrstrecke DN200 = 0,09 DN160 = 0,48 DN125 = 1,92 DN110 = 3,68 bar Druckverlust bar Druckverlust bar Druckverlust bar Druckverlust

10 DRUCKVERLUST UND LEISTUNG Zusammenhänge Der Zusammenhang zwischen Druck und Leistung ist direkt proportional. Doppelter Druck benötigt doppelte Leistung. Wenn 12 bar 50 kw benötigen, dann benötigen 6 bar 25 kw.

11 PRAXISBEISPIEL: DRUCKVERLUST UND LEISTUNG Volumenstrom: 55m³/h PVC- Druckrohre nach EN PN m Rohrstrecke 72% Wirkungsgrad der Elektromotor- Pumpe DN200 = 0,20 kw 4 Alternativen: DN200, DN160, DN125, DN110 DN160 = 1,13 kw DN125 = 4,40 kw DN110 = 8,40 kw

12 Volumenstrom:55m³/h PRAXISBEISPIEL: LEISTUNG UND ENERGIE PVC- Druckrohre nach EN PN m Rohrstrecke 72% Wirkungsgrad der Elektromotor- Pumpe Bh/Jahr DN200 = 200 kw*h/a DN160 = kw*h/a DN125 = kw*h/a DN110 = kw*h/a

13 Volumenstrom: 55m³/h PRAXISBEISPIEL: ENERGIE UND ENERGIEKOSTEN PVC- Druckrohre nach EN PN10, 1.000m Rohrstrecke 72% Wirkungsgrad der Elektromotor- Pumpe Bh/Jahr 0,20 /kw*h DN200 = 40 /Jahr DN160 = 226 /Jahr DN125 = 880 /Jahr DN110 = /Jahr

14 EXKURS: ENERGIE UND CO2- EMISSIONEN Elektroenergie Steinkohle- Kraftwerk 0,9 kg CO2/kW*h (typischer Wert) DN200 = 0,18 DN160 = 1.01 DN125 = 3.96 DN110 = 7.56 t CO2/Jahr t CO2/Jahr t CO2/Jahr t CO2/Jahr

15 VERBESSERUNGSMÖGLICHKEITEN Erzeugung eines Ringschlusses Parallelleitung legen Hat etwa gleiche Auswirkungen

16 PRAXISBEISPIEL: VERBESSERUNGSMÖGLICHKEITEN Volumenstrom: 55m³/h 1.000m Rohrstrecke vorhanden 1.000m Parallelleitung neu verlegen Fließgeschwindigkeit Druckverlust Energieverlust Energiekosten Ersparnis m/s bar kw*h/a /a /a DN 110 (EN ) DN 110 (EN ) alt 1,9 3, neu 0,95 0,

17 VERBESSERUNGSMÖGLICHKEITEN Vereinfachte betriebswirtschaftliche Betrachtung Zinssatz für Eigen/Fremdkapital = 5% pa Ersparnis: /a vertretbare Investition für Senkung Energiekosten:

18 VERBESSERUNGSMÖGLICHKEITEN Vereinfachte betriebswirtschaftliche Betrachtung Preis/m Rohr DN110: 4,- Preis Rohr verlegen: 6,- /m vertretbare Investition: Tatsächliche Investition:

19 GEHEIME CHAMPIONS DER ENERGIEVERSCHWENDUNG STEIGLEITUNG IM BRUNNEN Kontrollieren, ob Durchmesser zum Volumenstrom passt! Gefunden bei einem Projekt: ca. 7m/s

20 1.3 BEREGNUNGSMASCHINE Rohrdimension: Volumenstrom: Fließgeschw.: Druckverlust Rohr: Druckverlust Turbine: Druckverlust ges.: Leistung f. Druckverl.: Energiemenge/Jahr: 450m x 90 x 7mm 45m³/h 2,8m/s 5,0 bar 1,2 bar 6,2 bar 12 kw kw*h Energiekosten Druckverlust: /Jahr Rohrdimension: Volumenstrom: Fließgeschw.: Druckverlust Rohr: Druckverlust Turbine: Druckverlust ges.: Leistung f. Druckverl.: Energiemenge/Jahr: 450m x 125 x 9,3mm 45m³/h 1,4m/s 0,9 bar 0,5 bar 1,4 bar 2,7 kw kw*h Energiekosten Druckverlust: 540 /Jahr

21 1.3 BEREGNUNGSMASCHINE Ersparnis Energiekosten: Zinssatz: vertretbare Investition: /Jahr 5 % pa

22 ANBAUPLÄNE UND EINSATZSTEUERUNG So nicht! m DN m³/h 2,4 5, m/s bar kw*h/a /a Fließgeschwindigkeit Druckverlust Energieverlust Kosten für Energieverlust

23 ANBAUPLÄNE UND EINSATZSTEUERUNG m DN m³/h 1,2 1, m/s bar kw*h/a /a /a m DN m³/h Fließgeschwindigkeit Druckverlust Energieverlust Kosten für Energieverlust Ersparnis durch Änderung der Anbaupläne

24 WECHSEL BEREGNUNGSMASCHINEN- SYSTEM Bei der Frage, was brächte die Umstellung auf Pivots? Sollte die vorhandene Erschließung der Flächen überdacht werden.

25 SCHEMA: ENERGIEVERWENDUNG TROMMEL- BEREGNUNGSMASCHINE

26 SCHEMA: ENERGIEVERWENDUNG ERSATZ TROMMEL GEGEN CENTER PIVOT

27 SCHEMA: ENERGIEVERWENDUNG: NEUER CENTER PIVOT, NEUER BRUNNEN, GENERATOR In diesem Beispiel gerechnet: 265 m Pivotlänge 22,1 Ha beregnete Fläche 1,9 m³/h*ha Hydromodul 42 m³/h Volumenstrom Senninger I Wob Regner 0,7 bar Düsendruck 0,1 bar Druckverlust im Pivot 1,6 bar Eingangsdruck (unten) kein Endregner Einschränkungen: -Keine geodätischen Höhenunterschiede angenommen -Frühjahrs- und Sommerberegnung -Alternativ: Verziehen auf 2. Aufstellung

28 SCHEMA: ENERGIEVERWENDUNG: NEUER CENTER PIVOT, NEUER BRUNNEN, GENERATOR Weitere Kenndaten dieser Projektierung: (geringfügig idealisiert!) 80% Energieersparnis gegenüber Trommel 4 kw Sehr kleine Pumpe bei 42 m³/h ,für den Pivot, inkl. Transport und Montage 85% CU (Güte der Wasserverteilung) 100% (nahezu!) Betriebssicherheit 2 Std/Jahr Arbeitsbedarf (schätzungsweise)

29 SCHEMA: ENERGIEVERWENDUNG: NEUER CENTER PIVOT, NEUER BRUNNEN, GENERATOR Näherungsweise wirtschaftliche und ökologische Kenndaten dieser Projektierung: Trommelmaschine Betriebsstunden h/a Aufwand Leistung kw 26,3 Aufwand Energie kw*h/a CO2- Emission t/a 23,7 Energiepreis /kw*h 0,20 Energiekosten /a Center Pivot , ,8 0,

30 UMRÜSTUNG AUF LINEARS? Prüfen Sie konsequent bis in die Details, bevor Sie sich gegen Pivots und für Linears entscheiden! Bei Linears ist der Lack ab! Beim Einsatz von Linears statt Pivots geht eine Reihe von Pivot- Vorteilen verloren: Der Linear- Volumenstrom muss höher sein als beim Pivot (Einsatzzeit <24 Std/Tag) Ein langer und damit komfortabler Schleppschlauch verursacht Druckverlust. Ihre Felder sind nicht rechteckig! Mit Pivots erreichen Sie nicht 100% der Fläche, mit Linears aber auch nicht! Linears sind deutlich teurer als Center Pivots. Linears sind störempfindlicher als Pivots. Linears sind hinsichtlich Geländesteigungen enge Grenzen gesetzt. Pivots können sehr große Steigungen problemlos bewältigen. 8. Linears benötigen i. d. R. einen Generator (Tanken, Diesel- Diebstahl, Wartung) 9. Pivots sind fast störungsresistent. Linears nicht!

31 UMRÜSTUNG AUF LINEARS ODER PIVOTS?

32 ENERGIETRÄGER Strom 0,20 /kw*h Preis der Energieeinheit Heizöl 3,0 0,72 0,24? kw*h/l /l /kw*h /kw*h näherungsweise Energieausbeute Preis Preis der Energieeinheit weitere Kosten des Stromerzeugers Diesel 3,0 1,1 0,37? kw*h/l /l /kw*h /kw*h näherungsweise Energieausbeute Preis Preis der Energieeinheit weitere Kosten des Stromerzeugers

33 PUMPEN Mögliche Ursachen für unnötige Verluste Pumpen- Wirkungsgrad nicht Stand der Technik Motor- Wirkungsgrad nicht Stand der Technik Pumpenkabel zu klein dimensioniert Tatsächlicher Betriebspunkt liegt nicht im Optimum Verschleiß Kein Frequenzumformer trotz wechselnder Lastfälle

34 PUMPEN- WIRKUNGSGRAD Stand der Technik: -Wirkungsgrad 78 bis 82% abhängig von:leistung Stufenzahl Nicht Stand der Technik: Wirkungsgrad: < 70%

35 PUMPENMOTOR- WIRKUNGSGRAD Stand der Technik: -Pumpenmotor: ca. 86%

36 PUMPENKABEL UND LEISTUNGSVERLUST

37 PRAXISBEISPIEL: AUSWIRKUNG VERBESSERUNG PUMPEN- UND MOTORWIRKUNGSGRAD Annahme: folgendes ist nicht Stand der Technik bzw. inkorrekt dimensioniert: -Pumpenmotor -Pumpe -Kabel Es wird 20% mehr Energie aufgewendet als notwendig. Leistungsaufnahme Betriebsstunden Energiemenge Energiepreis Energiekosten kw h/a kw*h/a /kw*h /a alt , neu ,

38 VERÄNDERUNG BETRIEBSPUNKT UND PUMPENWIRKUNGSGRAD Ursprünglicher Betriebspunkt: Wirkungsgrad: 110m³/h, 130m 82% Veränderter Betriebspunkt: Realer Wirkungsgrad: Zusätzlich Verlust durch zu viel Druck! 55m³/h, 156m 65%

39 PUMPEN- DREHZAHL, VOLUMENSTROM UND DRUCK Frequenzumformer: -Reguliert die Pumpendrehzahl -Anpassung an den optimalen Betriebspunkt - Wirkt wie Gashebel am Diesel- Pumpaggregat

40 PUMPEN- DREHZAHL UND WIRKUNGSGRAD Eine Veränderung der Drehzahl hat keinen Einfluss auf den Wirkungsgrad.

41 PUMPEN- DREHZAHL UND LEISTUNGSBEDARF Eine Verminderung der Drehzahl bringt eine erhebliche Reduzierung des Leistungsbedarfs.

42 WASSER 2 Kriterien: 1. Qualität der Wasserverteilung = Genauigkeit 2. Wasserverluste bei der Ausbringung Bisher war die Regenkanone ohne Alternative. Seit einiger Zeit wird zunehmend über Pivots als Ersatz für TrommelBeregnungsmaschinen nachgedacht. Was bringen Pivots hinsichtlich der o. g. Punkte?

43 WASSER UND VERTEILUNGSGENAUIGKEIT Christiansen- Zahl der Verteilgenauigkeit (CU) Sagt aus, zu welchem Grad die theoretische Verteilgenauigkeit von 100% erreicht wird. CU Trommel- Beregnungsmaschine (20 km/h Wind) 60% CU Center Pivot (20 km/h Wind) 85-88%

44 Kein schönes Bild!

45 ZUSAMMENHANG DÜSENDRUCK UND WASSERVERLUSTE Der Wasserstrahl besteht aus einem Tropfengemisch: - Feine Tropfen - Mittlere Tropfen - Grobe Tropfen. Mit zunehmendem Druck verschiebt sich das Tropfengemisch hin zu kleineren Tropfen. Diese sind zunehmend gefährdet: - Abwehung - Verdunstung. Unnötig hoher Druck verursacht: - Wasserverluste - Energieverluste.

46 WASSERVERLUSTE MINIMIEREN I WOB

47 ARBEIT Trommel- Beregnungsmaschine: - Extreme Arbeitsbelastung - Probleme sind hier bekannt Center Pivot: - Nahezu keine Arbeit - Extrem zuverlässig, fast keine Störungen - Wählen Sie den simpelsten Pivot ohne Eckensysteme! - Fernsteuerung verfügbar (Betriebszustände ändern, Kontrollen, Störungsmeldungen empfangen) - Fernsteuerung von jedem Punkt mit Internetanschluss, weltweit! - Schafft neue Freiräume für den Betreiber! Linears: - Arbeitsintensiv (Schlauch, Tanken, Leerfahrten steuern, Kontrollen) - Entstehung von Freiräumen für den Betreiber fraglich

48 FERNSTEUERUNG- UND KONTROLLE VON PIVOTS

49 ARBEIT Ab wie viel Hektar lohnt die Umstellung auf Pivot? Die Umstellung auf Pivots bringt neue Freiräume. Sicher auch eine Frage der Work- Live- Balance!

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