Energieeffizienter Betrieb von Brunnengruppen

Thomas Voltz1, Michel Monse1, Thomas Grischek1
1 Lehrgebiet Wasserwesen, HTW Dresden

P 16.7 in Trinkwasser und Wasserversorgung

Die Fernwasserversorgung Sdier bei Bautzen versorgt Teile der Oberlausitz, darunter die Städte Bautzen und Löbau, mit Trinkwasser über zwei große Fernleitungen mit mehreren Druckstufen. Die Rohwasserfassung Spreewiese, die in der Nähe der Spree befindet, liefert Grundwasser aus Vertikalfilterbrunnen. Die Kapazität des Systems wurde im Laufe der Zeit reduziert, so dass viele Brunnen inzwischen außer Betrieb genommen wurden und heute nur noch 15 Brunnen betrieben werden. Diese sind in drei Staffeln aufgeteilt, wobei 6, 5 bzw. 4 Brunnen über Sammelleitungen zusammengefasst sind. Um den aktuell benötigten Durchfluss von 400 bis 500 m³/h bereitzustellen, müssen 4 oder 5 Brunnen parallel laufen. Aktuell werden die Brunnen nach dem klassischen Betriebsstundenausgleich betrieben, d. h. es werden immer die 4 bzw. 5 Brunnen betrieben, die am Anfang des nächsten Schaltzyklus´ den geringsten Wert auf dem Betriebsstundenzähler aufweisen. Dies erfolgt somit ohne Berücksichtigung der hydraulischen Kopplung der Brunnen untereinander und der Energieeffizienz der einzelnen Brunnen. Dies ist typisch in der Praxis der Trinkwasserversorgung und birgt großes Verbesserungspotential, indem die optimale Kombination der Einzelbrunnen genutzt wird, um eine hohe Energieeffizienz zu erreichen.

Um abschätzen zu können, ob sich eine vertiefte hydraulische Analyse lohnt, wurde ein statistischer Ansatz entwickelt, um die Energieeffizienz unterschiedlicher Brunnenkombina-tionen zu erfassen. Aufgrund des guten Datenbestandes der FWV Sdier mussten keine zusätzlichen Messungen durchgeführt werden. Daten aus dem Prozessleitsystem zum Durchfluss, Druck und Wasserstand der Brunnen sowie der Messschächte (Knoten der Sammelleitungen) wurden in Excel importiert. Energieverbrauchsdaten werden als 15-Minuten-Werte kostenlos vom Stromnetzbetrieber zur Verfügung gestellt. So konnte für Hunderte Brunnenkombinationen der spezifische Energiebedarf in kWh/m³ ermittelt werden.

Die Ergebnisse wurden validiert, indem eine der besten und eine der schlechtesten Kombinationen ungestört 168 h betrieben wurden, in Abweichung vom klassischen Betriebsstundenausgleich. Diese zeigten Werte von 0,156 kWh/m³ bzw. 0,182 kWh/m³. Die maximal mögliche Einsparung durch bevorzugten Betrieb dieser günstigsten Kombination im Gegensatz zu der ungünstigsten Kombination wurde abgeschätzt, indem die Jahresmenge von ca. 4,8 Mio. m³ angesetzt wurde. Diese ergab 22.000 €/a bzw. 18% der Gesamtstromkosten der Rohwasserfassung und würde keinerlei Kapitalinvestition benötigen. Im Ergebnis wurden Vorschläge erarbeitet, welche Brunnenkombinationen mit welcher jeweiligen Betriebsstundenanzahl betrieben werden können und welche Einsparung dabei erreicht wird.

Im Beitrag werden die Übertragung des Konzepts auf einen zweiten Standort bei Eisenhüttenstadt sowie Ansätze zur langfristigen Automatisierung dieser neuen Betriebsweise als Ersatz für den herkömmlichen Betriebsstundenausgleich vorgestellt.