Energieautarke Automatisierung dezentraler Wasserreservoirs

Transkript

1 Energieautarke Automatisierung dezentraler Wasserreservoirs Vergleich alternativer Konzepte für reale Anwendungen in der Abwasserbehandlung Festo AG & Co. KG Dipl. Ing. (FH) Alexander Riek Leiter Angebotscenter Prozessautomatisierung

2 Festo ein unabhängiges Familienunternehmen Think global, act local Automation und Didactic Fabrik- und Prozessautomatisierung Über Kunden Rund Mitarbeiter Nachhaltige Aus- und Weiterbildung Festo facts Umsatz (Konzern): 2,1 Mrd. EUR (2011) Mitarbeiter in 176 Ländern Rund Katalog-Produkte Patente weltweit 8,5 % F+E-Anteil vom Umsatz Innovation beginnt in den Köpfen (Lernunternehmen) 1,5 % vom Umsatz für Aus- und Weiterbildung

3 Produktivität beginnt mit Training Komponenten Lösungen durch Systeme und Services Steigerung der Effizienz Anlagen und Systeme Training und Consulting Lösungen durch Lernsysteme und Mitarbeiter und Organisation Automation Didactic Festo Lieferant von Lösungen für Automatisierung und Training

4 Aufgabe eines Regenüberlaufbeckens (RÜB) Entlastungsbauwerke in Misch-Klär-Systemen (Schmutzwasser- und Regenwasserabfluss werden zusammengeführt) Entlastung des Kanalnetzes durch Zwischenspeicherung von Mischwasser Direkte Ableitung in Kläranlage würde große Kanäle erfordern RÜB an geeigneten Standorten ermöglicht eine wirtschaftlich vertretbare Kanaldimensionierung Entlastungsbauwerke befinden sich oftmals in Gebieten Anbindung an die elektrische Energieversorgung 4

5 Aufbau eines Regenüberlaufbeckens (RÜB) Vorgeschalteter Geschiebeschacht zur Abscheidung mineralischer Grobstoffe Beckenkörper mit zulaufseitigem Beckenüberlauf und ablaufseitigem Drosselbauwerk (Drosselschacht) Regelung des Beckenabflusses zur Kläranlage über Drosselschieber Umgehung der Drossel durch Notauslassschieber möglich Spülen der Kanäle durch Schwallspülung möglich (Spülschieber) Rückmeldungen von Durchfluss- und Füllstandssensoren beeinflussen dabei den Steuerungsprozess bei automatisieren Anlagen Zulauf FIC RÜB Notauslassschieber Zum Klärwerk Abflussdrosselschieber Beckenüberlauf 5

6 Konzept einer autarken dezentralen Automatisierungslösung Wasserreservoirs oftmals ohne Anbindung an das Energieversorgungsnetz Automatisierung benötigt elektrische Energie Hohe Investitionskosten für die Errichtung einer Freileitung (Niederspannung) Energieautarke Automatisierungslösung durch Nutzung alternativer (regenerativer) Energieformen a) Photovoltaik (Solarenergie) b) Windkraft c) Wasserkraft d) Brennstoffzelle Alternative Energieformen Umwandlung Umwandlung Applikation Vor-Ort Steuerung des Prozesses möglich Zugriffsmöglichkeit von einer entfernten Leitwarte Energiespeicher Überwachung der Funktion und Verfügbarkeit aus der Ferne 6

7 Auslegung und Dimensionierung einer energieautarken Lösung Für die Auslegung energieautarker Anlagen sind bestimmte Randbedingungen erforderlich: 1.standortspezifische Daten z. B. Sonneneinstrahlung, Ausrichtung, Abschattungen 2.Erfassung des Verbraucherprofils Art, Betriebsdauer und Betriebszeitraum aller Lasten 3.Festlegung der geforderten Autonomiezeit Quelle: Deutscher Wetterdienst Jedes Inselsystem erfordert eine Individuelle Planung. Auslegung mit Photovoltaik als Energiequelle bevorzugt (vorhandene Einstrahlungsdaten ermöglichen relativ sichere Energieprognosen) 7

8 Umsetzung einer energieautarken Automatisierungslösung Energieerzeugung des Systems über Photovoltaikanlage Energiespeicherung über Laderegler im Batteriesystem elektrischen Versorgung aller Komponenten aus dem Batteriesystem Kompressor zur Drucklufterzeugung Druckluftspeicher als Energiespeicher und Notversorgung (Fail-Safe-Funktion) Steuerung und Überwachung des Gesamtsystems über eine in die Ventilinsel integrierte programmierbare Steuerung Fernzugriff via UMTS-/GPRS- Netz Antrieb der Armaturen durch pneumatische Linearantriebe 8

9 Pilotanlage Energieautarke Automatisierung eines Drosselschachts In Zusammenarbeit mit dem Abwasserverband Weißach und Oberes Saalbachtal wurde eine energieautarke Automatisierungslösung ausgearbeitet Dem Abwasserverband sind 22 Stadt- und Ortsteile zugeordnet Abwasser, sowie Regenwasser dieser 22 Kommunen wird in die zugehörige Kläranlage geleitet 39 Regenrückhaltebecken (RRB) / Regenüberlaufbecken (RÜB) halten große Niederschlagsmengen zurück und schützen die Kanalisation vor Überlastung Über Schieberventile wird der zurückgehaltene Inhalt zeitversetzt und kontrolliert ins Kanalnetz eingespeist. Bundesweit sind mehrere tausend RRB und RÜB im Einsatz 9

10 Statusinformationen des Systems - Applikationsinformation der Steuerung Zustandswerte Antriebe Systemspannung 27,6 V Ladezustand SOC 90 % Druckzustand 6,5 bar Kompressor Ein Aus Laststrom 0,6 A Ladestrom 2 A Modulstrom 6 A Notumlaufschieber Drosselschieber Temperatur 15 C ZU AUF ZU AUF 10

11 Statusinformationen des Systems - Aktueller Energiefluss Photovoltaikanlage 10,7 W Steuerung / Sensorik Laderegler 311,4 W 0 W 38,9 W Kompressor Ein Aus Druckluftsystem Akkusystem 339,6 W 11

12 Statusinformationen des Systems Tagesverlauf Energien/ Ströme 12

13 Ausblick und weitere Anwendungsfelder Energieautarke Konzepte ermöglichen die Automatisierung entlegener Applikationen Klare Definition der Rahmenbedingungen erlauben eine effiziente Auslegung Evtl. Kosten für die Anbindung an das öffentliche Stromnetz können entfallen Weitere Informationen über realisierte Installation geben wir gerne an unserem Messestand in Halle 26 Weitere Anwendungsmöglichkeiten: Bereiche mit dezentralen Anwendungen, welche häufig manuell kontrolliert werden. Applikationen, welche eine kontrollierte/ systematische Bewirtschaftung erfordern. Anwendung an entlegenen Orten ohne Anbindung an das Stromnetz. 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Besuchen Sie uns in Halle 26, Stand B23 14