Innovative Anwendungen von Turbinen im Fernleitungsnetz der Landeswasserversorgung

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1 76 LW-Schriftenreihe 215 Beitrag 7 Innovative Anwendungen von Turbinen im Fernleitungsnetz der Landeswasserversorgung Prof. Dr.-Ing. Frieder Haakh, Dipl.-Ing. (FH) Günther Störzer Kurzfassung Mit 2 Pumpturbinen, einem Turbinensatz mit 3 Pumpen als Turbinen (PATs) und einer Kaplan-Rohrturbine hat die Landeswasserversorgung Neuland bei der im Prinzip altbekannten Energierückgewinnung mittels Trinkwasserturbinen in Fernwassernetzen beschritten. Bedingt durch die Entwicklungen auf dem Strommarkt und der geschaffenen Möglichkeit, mittels eigenem Energiekabel eigenerzeugten Strom zu den Pumpen zu transportieren, erweitert sich das Spektrum wirtschaftlicher Lösungen beträchtlich, auch für innovative Anwendungen. Die Pumpturbinen verbinden die Aufgabe eines Notversorgungsbetriebs ökonomisch sinnvoll mit der Energieeffizienzsteigerung durch Trinkwasserturbinen. Das Beispiel der Stromgewinnungsanlage Egart zeigt, wie eine Turbinengruppe aus 3 Turbinen, die in Kombination 5 virtuelle Maschinen bilden, betriebstechnisch auch bei stark schwankenden Durchfluss- und Druckverhältnissen sicher betrieben werden kann. Große Durchsätze bei vergleichsweise geringen Fallhöhen sind der Betriebsbereich der neuen Kaplan-Rohrturbine im Wasserwerk Langenau. Mit den neuen Trinkwasserturbinen rückt die LW ihrem Ziel, den spezifischen Netto-Energiebedarf mittelfristig auf,5 kwh/m³ zu senken, wieder ein Stück näher. Summary With 2 pumps, nomally used for energy recovering in the water main pipe system, a set of 3 drinking water turbines and a Kaplan-tubular unit, the Landeswasserversorgung stepped to virgin soil within the well known principle of energy recovery in water-transportation systems. Due to the development of the electricity market and the new possibilities of the LW by an own transportation cable to get the recovered energy from the drinking water turbines to the puming station, the spectrum of cost effective solutions increased considerably, including innovative applications. So, the pumping-turbines combine the aspects of emergency supply economically with those of increasing energy efficiency. The example of the 3 turbines at the Egart water reservoir shows, how a system of 3 turbines which build in combination 5 virtual machines run stable even under unfavorable conditions like a widespread discharge or pressure head. High discharges with low pressure heads define the operating range of the Kaplan tubular unit at the Langenau waterworks. By the new drinking water turbines, the Landeswasserversorgung approaches a further step to the goal, to lower the specific energy requirement to.5 kwh/m³. 1 Einleitung Sind beim Transport von Wasser große Höhenunterschiede oder durch lange Transportwege entsprechend hohe Reibungsverluste zu überwinden, so erfordert dies einen hohen Pumpenergieeinsatz. Dabei kann theoretisch mit einer Kilowattstunde 1 Kubikmeter Wasser 368 Meter hoch gehoben werden, unter Berücksichtigung der technischen Wirkungsgrade etwa 3 m. Daher ist insbesondere die Fernwasserversorgung energieintensiv, da in der Regel Einzugsgebietsgrenzen, die meist in Mittelgebirgslage verlaufen, für den überregionalen Wasserausgleich zu überwinden sind. Diese auf der Druckleitungsseite eingesetzte Pumpenergie steht dann bis auf die Reibungsverlustenergie in den Scheitelbehältern zur Verfügung. Die Idee, einen möglichst großen Teil davon auf Fallleitungsseite, wieder zurückzugewinnen, ist daher fast so alt, wie die Fernwasserversorgung selbst. Bedingt durch die drastischen Stromkostenanstiege der vergangenen Jahre (Bild 1), insbesondere auch durch den Wegfall der Privilegierung der Wasserversorgung als energieintensive Branche beim EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz 212) sind hier auch innovative Lösungen wirtschaftlich geworden. Damit lässt sich die Energieeffizienz in Fernwassersystemen weiter verbessern.

2 77 T /a 1. GWh/a 9 9. EEG in T Stromsteuer in T ,4 Strombezug in T Gesamtkosten int Strombezug EVU ,1 68,1 67,1 64, ,8 65,7 62,2 59,2 57,6 57,2 6,5 57, 57, , ,8 48, Bild 1: Entwicklung der Strombezugskosten sowie Strombezug vom EVU 2 Die Bedeutung von Trinkwasserturbinen bei der Landeswasserversorgung Bei der Landeswasserversorgung (LW) wurde bereits 1928 beim Behälter Rechberg die erste Trinkwasserturbine in Betrieb genommen [1, 2]. Heute kann die LW von ca. 38 GWh Pumpenergie der Förderwerke rund 15 GWh (ca. 4 %) mittels Trinkwasserturbinen zurückgewinnen (Bild 2). Der Ausbau der Stromgewinnungsanlagen vollzog sich dabei in dem Maße, wie durch ansteigende Energiekosten neue Anlagen wirtschaftlich wurden. Dies betrifft auch die jüngst in Betrieb gegangenen Pumpturbinen in Aufhausen und Geislingen, einen gekoppelt betriebenen Maschinensatz rückwärts laufender Serienpumpen (PAT, Pumpen als Turbine) im Behälter Egart und eine doppelt geregelte Kaplan-Rohrturbine im Ablauf der neuen Grundwasserfilteranlage im Wasserwerk Langenau. Mit den neuen Trinkwasserturbinen soll die Energieeffizienz der LW weiter verbessert werden. Die wesentlichen Kennzahlen hierzu stellen sich wie folgt dar: Bei einer Wasserabgabe im Jahr 213 in Höhe von 87,432 Mio. m³/a [4] und einem Gesamtenergiebedarf von 63,844 GWh/a beträgt der spezifische Bruttoenergiebedarf bei der LW,732 kwh/m³. Die Energieerzeugung beträgt 14,891 GWh bzw.,17 kwh/m³, so dass sich der spezifische Nettoenergiebedarf zu,562 kwh/m³ bestimmt. D. h. 23,29 % der bei der LW eingesetzten Energie können zurückgewonnen werden, so dass sich der Nettoenergiebedarf im Jahr 213 auf 48,953 GWh bemisst. Gegenwärtig betreibt die LW 36 Trinkwasserturbinen an Pumpen Langenau Förderung Egauwasserwerk Vorpumpwerke Aufbereitung Rohwasserpumpwerk DEAs Aufbereitung Egauwasserwerk Betriebsgebäude/Labor sonst. Netz; Betriebsstellen, Gebäude Kfz-Kraftstoffe Bruttoenergiebedarf: MWh/Jahr Heizenergie Trinkwasserturbinen Bild 2: Die Energiebilanz der Landeswasserversorgung im Jahr 213

3 78 LW-Schriftenreihe 215 Beitrag 7 Ellwangen Ludwigsburg Stuttgart Esslingen BH Schönbühl BH Rotenberg BH Thomashardt BH Probst BH Breech Schwäbisch Gmünd Göppingen SBH Osterbuch BH Rechberg Aalen Heidenheim SBH Aufhausen Bild 3: Standorte der Stromgewinnungsanlagen im LW-Netz WW VPW RWP BH/SBH Kirchheim LW-Leitung Fremdleitung BH Brucken Wasserwerk Vorpumpwerk Rohwasserpumpwerk Behälter/Scheitelbehälter Stromgewinnungsanlage Wasserschutzgebiete Landesgrenze km BH Egart BH Hahnweide BH Nonnenbrunnen BH Asch BH Wolfscherre SBH Heuberg BH Schopflenberg BH Boller Sattel WW Mühlhausen BH Horn Geislingen Blaubeuren Ulm SBH Amstetten Langenau VPW Burgberg WW Langenau VPW Schotthof RWP Leipheim Egau-Wasserwerk Wittislingen Gundelfingen VPW Niederstotzingen Anlage Turbinenart Inbetriebnahme Generatorleistung [kw] Max. Durchsatz [m 3 /s] Nutzbare Höhe [m] ø Jahreserzeugung 3 [Mio. kwh] ø Höhe* ø Durchfluss 213 [m]*[m 3 /s] Aufhausen Oberlenningen Geislingen Schönbühl (FL 3) Schönbühl (FL 1+2) Breech (FL 1+2, Z.GPL) Fellbach (FL 3) Francis-Turbine Francis-Turbine Francis-Turbine Francis-Turbine 7 Serienpumpen 2 Serienpumpen 8 Serienpumpen 3 Serienpumpen x 45 1 x 16 2 x 22 8 x 9 3 x 37 1,,44,16,18 2,,922 1,8 7 x,1 1 x,33 2 x,1 8 x,15 3 x, ,82,19 6,17 2,72 1,1 1,72,34 27,6 4,7 94,4 36,2 21,9 25,6 4,4 Rotenberg (BWV) Rommelshausen (FL 2) Mühlhausen 2 Serienpumpen x 22 45,3 2 x,11, ,11,19,19 2,3 3,3 4,7 Tabelle 1: Kenndaten der LW-Stromgewinnungsanlagen Ried Egart Summe Francis-Turbine 2 Serienpumpen x ,45,7 2 x,2 8, ,14,15 14,65 8,3 7,9 241,4 12 Standorten (Bild 3, Tabelle 1) mit einer durchschnittlichen Jahresstromerzeugung von 14,65 GWh bei einer installierten Generatorleistung von kw. Das strategische Ziel der Energieeffizienzsteigerung wurde bei der Landeswasserversorgung bereits 28 im Zuge des Effizienzsteigerungsprogramms SPRINTER festgelegt. Seither wird bei jedem Projekt auch die energiewirtschaftliche Konsequenz bereits beim Planungsprozess untersucht. Dies führte dazu, dass für das Notversorgungskonzept Rückwärtsversorgung vom Leitungssystem 1/2 Richtung Amstetten und von den Druckleitungen 1/2 und 2a Richtung Aufhausen die erforderlichen Pumpen als Pumpturbinen ausgelegt wurden. Damit gelang es auch, den Betriebsbereich der vorhandenen Francis-Spiralturbine für kleinere Durchsätze optimal zu ergänzen. Beim Projekt Grundwasserfilteranlage (g siehe Beitrag 4 in diesem Heft) wurde erkannt, dass es wirtschaftlich ist, zwischen dem Ablauf vor dem Filtratbehälter eine Rohrturbine zu installieren. Für die Übergabestellen zur LW (ausschließlich von der Bodensee-Wasserversorgung) ist es sinnvoll, den Vordruck zu nutzen. Neben der bestehenden Turbinenanlage im Behälter Rotenberg betrifft dies auch die Übergabestelle beim Behälter Nonnenbrunnen mit einer SGA im Behälter Egart. Auf diese konkreten Fallbeispiele soll nun näher eingegangen werden.

4 79 3 Fallbeispiele innovativer Anwendungen von Trinkwasserturbinen 3.1 Pumpturbinen Die Pumpturbine Aufhausen Für den Betriebsfall Ausfall Egauwasserwerk ist es notwendig, den Behälter Aufhausen (I = 21. m³, H = 613 m ünn) aus den Druckleitungen 1 und 2 rückwärts über eine Pumpe zu befüllen, damit alle Abnehmer der Egauleitung bis zum Endpunkt der Zubringerleitung Untere Egau abgesichert sind (Bild 4). Diese Pumpe wurde so konzipiert und in die Kupplung Aufhausen integriert, dass sie im Pumpbetrieb die erforderliche Versorgung sicherstellt und im normalem Betrieb der Egauleitung in das Druckleitungssystem 1/2 bei geringen Einspeisemengen als Turbine verwendet werden kann. Dies folgt der Erfahrung, wonach alle Maschinen, die für eine Notversorgung benötigt werden, möglichst regelmäßig betrieben werden müssen. Bild 4: Das hydraulische System der Stromgewinnungsanlage Aufhausen Fall- / Förderhöhe [m], Wirkungsgrad [%] 14 Turbinenbetrieb Pumpbetrieb Turbinenbetrieb: Q = 157 L/s H = 65 m P el = 79 kw = 75,8 % 12 1 Pumpbetrieb: Q = 12 L/s H = 7 m P el = 139 kw = 5,28 % Leistung P [kw] Durchfluss Q [Liter/s] Bild 5: Kennlinien für den Turbinen- und den Pumpbetrieb der Stromgewinnungsanlage Aufhausen Die Pumpturbine ist als doppelflutige, axial geteilte Strömungsmaschine gebaut. Diese Bauform ist für die vorliegende Förderaufgabe optimal, der charakteristische Kennwert spezifische Drehzahl n q berechnet sich aus Drehzahl, Förderstrom und nutzbare Fallhöhe zu n q = n Q,5 / H,75 = 3.1,157,5 / 65,75 = 52,1. Aus Bild 4 geht hervor, dass diese Strömungsmaschine obwohl als Pumpe vom Hersteller entwickelt, im Turbinenbetrieb einen sehr viel höheren Wirkungsgradverlauf aufweist als im Pumpbetrieb.

5 8 LW-Schriftenreihe 215 Beitrag 7 Bild 6: Das hydraulische System der Stromgewinnungsanlage Geislingen Die Pumpturbine Geislingen Bild 7: Die Pumpturbine Geislingen Am Standort der Stromgewinnungsanlage Geislingen wurde - analog zu Aufhausen - für den Betriebsfall Ausfall der Druckleitung 3 mit einer Pumpturbine die Möglichkeit geschaffen, rückwärts aus dem Leitungssystem 1/2 in den Behälter Amstetten (589,7 m ünn; I = 5. m³) über die Querspange Breech Asang zu fördern (Bild 6). Auch hier wurde die Notwendigkeit der Notversorgung mit einer betrieblichen Verbesserung verknüpft: Die Pumpturbine (Bild 7) versorgt im Turbinenbetrieb die Druckerhöhungspumpe in Amstetten über ein eigenes Energiekabel mit Strom und wurde daher für den Turbinenbetrieb passend zum Leistungsbedarf als Druckerhöhungsanlage ausgelegt. Im Notversorgungsbetrieb kann durch die Maschine in Pumpfunktion die Versorgung der Abnehmer an der ZL Laichinger Alb sichergestellt werden, obwohl die Pumpe zur Vermeidung von schädlichen Druckstößen angedrosselt werden muss. Mit n g,p = 1.492,19,5 / 1,75 = 2,56 und ƞ P =,394 im Pumpbetrieb bzw. n qt = 1.5,912,5 9,75 = 49 und ƞ T =,869 im Turbinenbetrieb platziert sich die Maschine mit ihrem Turbinenbetriebspunkt optimal (Bild 8). Für die Notversorgung wurde die Entscheidung getroffen, dass hier der Wirkungsgrad nachrangig ist. Fall- / Förderhöhe [m], Wirkungsgrad [%] 14 Turbinenbetrieb Pumpbetrieb 12 Leistung P [kw] Bild 8: Kennlinien für den Turbinen- und Pumpbetrieb der Stromgewinnungsanlage Geislingen Turbinenbetrieb: Q = 922 L/s H = 9 m Pel= 587 kw eta = 82, Pumpbetrieb: Q = 4 L/s H = 93 m Pel= 55 kw eta = 72,2 % Durchfluss Q [Liter/s] Die Turbinengruppe im Behälter Egart Absolutes Neuland wurde mit der Turbinengruppe im Behälter Egart betreten, galt es doch, eine Stromgewinnungsanlage mit Trinkwasserturbinen in ein System einzubauen, das keine quasistationären Randbedingungen (z. B. Turbine vor Einlauf im Behälter), dafür aber extreme Durchflussschwankungen und sehr geringe Speichermöglichkeiten aufweist. Um die sehr ungünstige Dauerlinie (vgl. Bild 9) in den Griff zu bekommen, wurde vor der Aus-

6 81 legung testweise eine Drossel in das System eingebaut, um das Abnahmeverhalten und damit die Durchflüsse zu vergleichmäßigen. Dadurch wurden lediglich die Befüllzeiten der Behälter der Verbandsmitglieder verlängert, ohne die Versorgung im Spitzenbedarfsfall oder gar die Bezugsmöglichkeiten einzuschränken. Aufgrund der Überlagerung unterschiedlichster Abnahmen an den zahlreichen Abnahmestellen längs der Leitung ergibt sich dennoch für die Anlagenkennlinie ein ausgeprägter Streubereich (Bild 1) mit,2 < Q <,11 m³/s und 96 < h f < 14 m. Für die Auslegung der Turbinengruppe wurde anschließend aus den Betriebspunkten eine gemittelte Anlagenkennlinie sowie eine obere und untere Einhüllende bestimmt (Bild 1). Für die Auswahl der Trinkwasserturbinen stand nun von vorneherein fest, dass nur mit mehreren Maschinen der große Betriebsbereich abgedeckt werden kann. Eine wichtige Überlegung für die Auslegung war die Betrachtung des Parallelbetriebs. So können z. B. mit 2 kleineren Turbinen T 1 und mit einer größeren Turbine T 2 insgesamt 5 Betriebspunkte abgebildet werden. Diese sind T 1 (Solobetrieb), T 1+1 (Parallelbetrieb kleine Maschinen), T 2 (große Maschine), T 1+2 (kleine + große Maschine) und T (2 kleine und große Maschinen). Um zu einem energieoptimalen Maschinensatz zu kommen, wurden die Maschinendaten (anhand der Herstellerkennlinien bzw. -daten) mit der Rohrkennlinie und der Dauerlinie kombiniert und für die jeweiligen Maschinensätze die maximale Jahresarbeit gesucht. Das Ergebnis ist im Bild 11 dargestellt. Dadurch, dass die SGA Egart in ein Versorgungssystem ohne nennenswertes Speichervolumen eingebaut wurde, ergeben sich große Bandbreiten für P und h f, was für die Regelung der Anlage eine Herausforderung darstellt. So muss über geeignete Regelgrößen der jeweils optimale Maschinensatz ausgewählt werden. Hier ist aufgrund der guten Messbarkeit bei enger Streubreite die Leistung P die geeignetste Größe (vgl. Bild 14). Die Anlage ist seit 212 in Betrieb und erzeugt pro Jahr etwa 29. kwh. Q [L/s ] h f [mws ] 15, 14, 13, 12, 11, 1, 9, h T h 1 h 2 h Mittel Tage im Jahr [ d/a ] Bild 9: Die Ausgangsdauerlinie und die modifizierte Bereitstellungsdauerlinie für den SGA-Standort Egart,,2,4,6,8,1,12 Q [ m³/s ] Bild 1: Die Anlagenkennlinie am SGA-Standort Egart weist eine große Streubreite auf. Nutzbare Fallhöhe H [m], Leistung P [kw], Wirkungsgrad [%] Solobetrieb ATU21 oder ATU31 Parallelbetrieb ATU21 und ATU31 Solobetrieb ATU11 Parallelbetrieb ATU11 und ATU21 oder ATU31 Parallelbetrieb aller drei Turbinen Anlagenkennlinie ohne Unterwegsabgabe Anlagenkennlinie mit Unterwegsabgabe L/s 2 L/s 4 L/s 6 L/s 8 L/s 1 L/s 12 L/s 14 L/s Durchfluss Q Bild 11: Betriebspunkte des ausgewählten Maschinensatzes der SGA Egart

7 82 LW-Schriftenreihe 215 Beitrag 7 Bild 12: Das hydraulische System der Stromgewinnungsanlage im Behälter Egart Stunden am Tag [h/d] 24 erf. Speichervolumen [m³] Tagesarbeit [kwh/d] 24 T 1+1 T 2 T T Tagesarbeit T S erf S max 4 4 Bild 13: Betriebsdiagramm, Betriebsstunden, erforderliches Speichervolumen und erzeugte Tagesarbeit in Abhängigkeit von der Tagesbereitstellung Tagesbereitstellung [m³/d] P [kw] T T T 2 5 T T Bild 14: Betriebsbereiche der Turbinen bzw. Turbinenkombinationen für die P-h f -Ebene 1, 11, 12, 13, 14, 15, h f [mws]

8 83 Bild 15: Das hydraulische System der Fitratturbine (Kaplan-Rohrturbine) im Schieberhaus im Wasserwerk Langenau 3.3 Die Kaplan-Rohrturbine im Wasserwerk Langenau Im Hinblick auf die sich weiter verschlechternde Grundwasserqualität, insbesondere der unbefriedigenden Entwicklung bei organischen Spurenstoffen im Rohwasser, hat die Landeswasserversorgung entschieden, dass für alle Rohwässer eine Vollaufbereitung, d. h. Filtration, Adsorption und Desinfektion vorgehalten wird. Hierzu wurde von September 21 bis März 214 die Grundwasserfilteranlage im bestehenden Flockergebäude errichtet (siehe Beitrag 4). Von der Hydraulik besteht zwischen dem Ablauf der Filteranlage und dem Filtratbehälter eine Druckhöhendifferenz von 4,5 1, m WS (Bild 16), was bei einem Durchsatz von 6 12 L/s einem theoretischen Potenzial von ca. 26,5-1 kw bzw. einer Jahresarbeit von kwh entspricht. Um dieses Potenzial zu nutzen, wurde in die Ablaufleitung der Grundwasserfilteranlage im Schieberhaus die Filtratturbine eingebaut. Dies ist eine doppelt regelbare Kaplan-Rohrturbine, ein Turbinentyp, der bei der Landeswasserversorgung erstmals zum Einsatz kommt. Die doppelte Regelbarkeit besteht darin, dass der Zustrom und damit der Eintrittswinkel und die Eintrittsgeschwindigkeit über den Leitapparat gesteuert werden und weiterhin über die Schaufelstellung das im Kontrollvolumen abgegebene Impulsmoment beeinflusst werden kann [5, 6]. Das Bild 16 zeigt die Kennlinien beziehungsweise den Betriebsbereich für hf, ƞ und p. Wirkungsgrad [%] Leistung [kw] 2 nutzbare Fallhöhe [mws] 1, 9, 18 8, 16 7, 14 6, 12 5, 1 4, 8 3, 6 2, 4 1, 2, 4 5 Bild 16: Kennlinien der Kaplan-Rohrturbine im Schieberhaus im Wasserwerk Langenau (Betriebsdaten Januar - Juli 215) 6 7 Durchfluss [L/s] Bild 17: Kaplan-Rohrturbine ( Filtratturbine ) im Schieberhaus im Wasserwerk Langenau

9 84 LW-Schriftenreihe 215 Beitrag 7 4 Fazit und Ausblick Mit den vorgestellten Fallbeispielen hat die Landeswasserversorgung Neuland betreten. Sowohl in Aufhausen als auch in Geislingen wurde das Notversorgungskonzept mit dem Energierückgewinnungskonzept verbunden und durch die Pumpturbinen eine sehr wirtschaftliche und technisch sinnvolle Lösung umgesetzt. Ein wesentlicher Aspekt dabei war: Nur Maschinen, die regelmäßig laufen, funktionieren im Notversorgungsfall. Durch die Kombination konnte somit auf Maschinen, die nur herumstehen, verzichtet werden. Absolutes Neuland war die regelungstechnische Auslegung für die SGA Egart. 3 Turbinen, die 5 virtuelle Maschinen bilden, in einem stabilen Betrieb zu fahren, erfordert einige grundsätzliche Lösungen bei der Regelung von Trinkwasserturbinen in Transportnetzen mit weiten Durchfluss- und Druckbereichen. In den Wasserwerken findet man häufig große Durchflüsse, aber meist nur geringe Fallhöhen. Genau dies ist der Anwendungsfall für Kaplan- oder Ossberger-Turbinen. Mit einer doppelt-regelbaren Kaplan-Rohrturbine im Ablauf der neuen Grundwasserfilteranlage im Wasserwerk Langenau wurde hier ebenfalls Neuland betreten. Insgesamt werden die neuen Maschinen pro Jahr ca. 2,695 Mio. kwh erzeugen und mit 1,8 Mio. kwh pro Jahr bestehende Anlagen entlasten und bisher mit schlechtem Wirkungsgrad abgedeckte Betriebsbereiche bedienen und ca.,845 Mio. kwh zusätzlich Energie rückgewinnen. Und welche Perspektiven bestehen? Bedingt durch den Wegfall der Privilegierung der Wasserversorgung nach EEG muss die Landeswasserversorgung seit dem Jahr 213 die volle EEG-Umlage bezahlen, die Stromkosten sind damit innerhalb eines Jahres um 25,6 % auf zunächst über 8 Mio. /a und bedingt durch den Strombezug 214 sogar auf 9 Mio. hochgeschnellt. Die LW begegnet dieser Entwicklung durch 2 Handlungsfelder: 1. die konsequente Verbesserung der Energieeffizienz 2. die konsequente Eigennutzung des selbsterzeugten Stroms aus Trinkwasserturbinen Durch das Energietransportkabel (ETK) und die damit eröffnete Möglichkeit, ( eigenen ) Turbinenstrom zum Verbrauchsschwerpunkt, dem Förderwerk im Wasserwerk Langenau zu transportieren, haben sich die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für Trinkwasserturbinen, deren erzeugter Strom an den Standorten Schönbühl, Breech, Geislingen und Amstetten in das Energietransportkabel eingespeist werden kann, deutlich verbessert. Dies resultiert aus der Differenz zwischen den Stromerlösen aus Turbinenstrom (214: ca. e s = 3 3,5 Cent/kWh) und den Stromkosten in Langenau (214: ca. k s = 16 Cent/kWh). Im Zusammenwirken von neuen, innovativen Lösungen für Trinkwasserturbinen im Fernleitungsnetz und dem Energietransportkabel kann die Landeswasserversorgung ihre Energieeffizienz weiter verbessern. So liegt gegenwärtig der spezifische Gesamtenergiebedarf (elektrische Energie, Heizenergie, Kfz-Kraftstoffe) bei,5712 kwh/m³ abgegebenem Trinkwasser. Es besteht das langfristige Ziel, diesen Wert auf <,5 kwh/m³ zu senken. Ein realistisches Szenario besteht darin, den Energieaufwand um weitere 3 % zu senken (um 1,944 Mio. kwh) und zusätzlich 4,3 Mio. kwh an Energie zurückzugewinnen oder durch andere regenerative Energie (z. B. Windrad entlang ETK-Trasse) zu erschließen.

10 85 Standort Geislingen Aufhausen Egart Langenau Bezeichnung ATU21 ATU21 ATU31 ATU11 ATU21 ATU31 ATU2412 Bauart PaT PaT PaT PaT PaT PaT Kaplan (doppelt geregelt) Fabrikat KSB KSB KSB KSB KSB KSB SFL-Wasserkraftanlagen Typ Omega Omega Omega Multitec A 125/4 Multitec A 1/8 Multitec 1/8 SR-DL 6/4 Baujahr Durchfluss Nennpunkt 922 L/s 157 L/s 444 L/s 69 L/s 22 L/s 22 L/s 925 L/s Bereich 625 < Q 975 L/s 111 < Q 167 L/s 312 < Q 489 L/s 42 < Q 72 L/s 12, < Q 23,6 L/s 12, < Q 23,6 L/s 55 < Q 1.15 L/s Betrieb Q = f(h nutz ) Q = f(h nutz ) Q = f(h nutz ) Q = f(h nutz ) Q = f(h nutz ) Q = f(h nutz ) Q = f(leitapparat) Fallhöhe Nennpunkt 9 m 65 m 65 m 13 m 135 m 135 m 6,5 m Bereich 59,1 < H 97,7 m 59,1 < H 76,16 m 34,14 < H 77,6 m 71, < H 138, m 63, < H 145 m 63, < H 145 m 4,25 < H 7,5 m Wirkungsgrad Turbine Nennpunkt 85,3 % 78,7 % 86,3 % 77, % 71, % 71, % 9, % Bereich 64,6 < eta 86, % 48,3 < eta 8, % 67,8 < eta 83,7 % 52, < eta 77, % 47, < eta 7, % 47, < eta 7, % 84, < eta 9, % Wirkungsgrad Generator Nennpunkt 97, % 95,4 % 96,2 % 95,4 % 92,55 % 92,55 % 92,5 % Bereich 95,5 < eta 97, % 89,53 < eta 95,3% 91,13 < eta 96,24% 89,53 < eta 95,3 % 89, < eta 92,67 % 89, < eta 92,67 % 91,24 < eta 92,67 % Abgegebene elektrische Leistung Nennpunkt 587 kw 79 kw 235 kw 65 kw 19,9 kw 19,9 kw 53 kw Bereich 223,32 < P el 794,43 kw 23,19 < P el 94,86 kw 55,2 < P el 297,17 kw 14,4 < P el 72,58 kw 3,56 < P el 24,9 kw 3,56 < P el 24,9 kw 27,47 < P el 69,38 kw Spezifische Arbeit Nennpunkt,1768 kwh/m³,1438 kwh/m³,14682 kwh/m³,26119 kwh/m³,25126 kwh/m³,25126 kwh/m³,1592 kwh/m³ Bereich,99< A spez,2263 kwh/m³,58< A spez,1575 kwh/m³,49< A spez,1688 kwh/m³,95< A spez,28 kwh/m³,824< A spez,284 kwh/m³,824< A spez,284 kwh/m³,97< A spez,166 kwh/m³ Weitere Angaben Jahresarbeit kwh/a kwh/a kwh/a kwh/a 99.5 kwh/a 99.5 kwh/a kwh/a Betriebsstunden 3. h/a 5 h/a 1 h/a 6.7 h/a 5. h/a 5. h/a 8.76 h/a Besonderheiten Turbine kann auch als Notpumpe verwendet werden. Notpumpe, kann auch als Turbine verwendet werden. Gestaffelter Parallelbetrieb entsprechend dem Bedarf der nachgeschalteten Fremdbehälter. Vordruckregelung Literatur Tabelle 2: Kenndaten der neuen Trinkwasserturbinen [1] Zweckverband Landeswasserversorgung: Weitere Möglichkeiten zur Energiege winnung im Fallleitungsnetz der Landeswasserversorgung; LW-Bericht ; Eigenverlag, unveröffentlicht [2] Zweckverband Landeswasserversorgung: 75 Jahre Landeswasserversorgung ; Zweckverband Landeswasserversorgung, Schützenstraße 4, 7182 Stuttgart, Eigenverlag Stuttgart 1987 [3] Zweckverband Landeswasserversorgung : Landeswasserversorgung 1 Jahre Trinkwasser für Baden-Württemberg ; Zweckverband Landeswasserversorgung, Schützenstraße 4, 7182 Stuttgart, Eigenverlag Stuttgart 212 [4] Zweckverband Landeswasserversorgung: Bericht über die mengenabhängigen Kosten der Trinkwasserbereitstellung und zur Fortentwicklung der Energieeffizi enz im Betriebsjahr 213; LW-Bericht 214-6; Eigenverlag, unveröffentlicht [5] Heninger, L., H. Schweickert: Viktor Kaplan und seine Turbine bei Voith; Wasserwirtschaft, Heft 6/214, S [6] Bauer, Ch., Gössinger, S.: Die Entwicklung der Kaplan-Turbine; Wasserwirtschaft 214, Nr. 6, S [7] Haakh, F.: Hydraulische Aspekte zur Wirtschaftlichkeit von Pumpen, Turbinen und Rohrleitungen in der Wassergewinnung; HUSS-Medien GmbH; Oldenbourg- Industrieverlag München 8] Plath, M., Wichmann, K.: Abschlussbericht über das F&E-Forschungsvorgaben Energieeffizienz / Energieeinsparung in der Wasserversorgung, DVGW - Forschungsstelle TUHH, August 21