Modernisierungsreport 2019/2020
Trinkwasser für den Ballungsraum Rhein-Main

04.12.2019 Trinkwasser soll an jedem Ort in ausreichender Menge und guter Qualität jederzeit zur Verfügung stehen. So sieht es die Trinkwasserverordnung vor. Die Wasserversorger, vor allem in Ballungsräumen, stellt es jedoch vor große Herausforderungen.

Bild 1 Wasserbehälter Praunheim, im Hintergrund die unverwechselbare Skyline von Frankfurt am Main
© Foto: Grundfos
Bild 1 Wasserbehälter Praunheim, im Hintergrund die unverwechselbare Skyline von Frankfurt am Main
Es steht fast immer ausreichend Trinkwasser in bester Qualität zur Verfügung, jedoch nicht immer an der gewünschten Stelle. Um eine flächendeckende Versorgung der Bevölkerung sicherzustellen ist effiziente Pumpentechnik unabdingbar.

Hessenwasser GmbH & Co. KG – Wasserversorger und Mittler zwischen Ökonomie und Ökologie

Die Versorgung der Stadt Frankfurt am Main sowie des Umlandes mit frischem Trinkwasser war und ist durch den Wettlauf zwischen steigendem Wasserbedarf und der Erschließung neuer Wasserressourcen gekennzeichnet. Je stärker sich die Wirtschaft entwickelte und damit die Bevölkerungsdichte, umso mehr Wasser wurde stets benötigt.

Um die Metropolregion Rhein-Main zuverlässig und nachhaltig mit Wasser versorgen zu können, wurde in den vergangenen Jahrzehnten eine komplexe Infrastruktur für die Wasserversorgung geschaffen. Verantwortlich hierfür ist die Hessenwasser GmbH & Co. KG mit Sitz in Groß-Gerau/Dornheim. Ein Netzwerk aus eigenen Gewinnungsanlagen und Trinkwasserbezug, das über ein mehrere hundert Kilometer langes Verbundnetz vernetzt ist und über eine moderne Leitzentrale gesteuert sowie überwacht wird. Dieses effiziente System garantiert, dass einwandfreies Trinkwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Dabei steht alles im Einklang mit den vorgegebenen ökologischen Anforderungen. Gleichzeitig wird jedoch auch ein Ausgleich zwischen Wasserangebot und Wasserbedarf hergestellt.

Wasserbehälteranlage Praunheim: ein Eckstein in der Wasserversorgung

Das für den Ballungsraum Rhein-Main, insbesondere für Frankfurt, benötigte Trinkwasser kann nicht vollständig vor Ort gewonnen werden. Über Zuleitungen wird ein Wasserausgleich zwischen den Regionen geschaffen. Das gilt auch für den Wasserbehälter Praunheim im Norden von Frankfurt. Die Anlage besteht aus drei Vorlagebehältern mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 30.000 m³. Gespeichert wird hier Trinkwasser aus dem unweit gelegenen Wasserwerk Praunheim und per Fremdbezug von der Oberhessischen Versorgungs AG.

Die Höhenlage im Taunusverlauf ermöglicht es, dass das hier gespeicherte Wasser mit dem benötigten Druck direkt in das Versorgungsnetz der Stadt Frankfurt eingespeist werden kann.

Eine ganz andere Situation ist bei den Umlandgemeinden Eschborn–Steinbach–Kronberg–Königstein anzutreffen. Diese Region liegt deutlich höher und kann somit vom angesprochenen Wasserbehälter nicht direkt versorgt werden.

Um dieses Problem zu lösen, wird ein Teilstrom aus der Zuleitung nach Frankfurt entnommen und über eine vor Ort befindliche Druckerhöhungsanlage (DEA) in eine noch höher gelegenen Vorlagebehälter (WBV Taunus in Steinbach) gepumpt. Über eine Versorgungsleitung DN 500 und weitere Pumpwerke, werden von hier aus die angesprochenen Taunusgemeinden versorgt. Bei diesem „ausgeklügelten“ Wasserversorgungsnetz spielt die hier benötigte Pumpentechnik eine zentrale Rolle.

Der Wasserbehälter Praunheim und die in der Anlage befindliche DEA Vordertaunus wurde in den 1970er Jahren errichtet. Die Versorgungssicherheit war trotz des relativ hohen Alters der Pumpen sichergestellt, jedoch war die Anlage nicht mehr auf dem Stand der Technik. Insbesondere die Energieeffizienz ließ zu wünschen übrig. Der Wasserversorger Hessenwasser stand somit vor der Aufgabe die Altanlage gegen neue Pumpentechnik auszutauschen. Dabei sollte die Dimensionierung der neuen DEA den heutigen Gegebenheiten angepasst, die Versorgungssicherheit möglichst erhöht und gleichzeitig die Energieausnutzung effi zienter gestaltet werden. Das war keine leichte Aufgabe, zumal während der Umbauphase die Versorgung der Bevölkerung nicht beeinträchtigt werden durfte.

Versorgungssicherheit und Energieeffizienz unter einem Hut

Obwohl die vier Altpumpen der DEA Vordertaunus noch funktionstüchtig waren, fordert eine versorgungstechnisch so wichtige Anlage neben der Versorgungssicherheit vor allem auch eine hohe Energieeffizienz.

Das Unternehmen Grundfos hatte das wirtschaftlich beste Angebot gemacht, insbesondere im Hinblick auf die Energieeffizienz. Deshalb entschlossen sich die Verantwortlichen von Hessenwasser dazu, die vorhandene Technik gegen drei Normpumpen der Baureihe NK 150-400 auszutauschen.
Bild 2 Die Altanlage DEA Vordertaunus vor der Demontage im Gebäudekomplex Wasserbehälter Praunheim © Foto: Grundfos
Bild 2 Die Altanlage DEA Vordertaunus vor der Demontage im Gebäudekomplex Wasserbehälter Praunheim

Diese Normpumpen mit einem Förderstrom von jeweils 500 m³/h entsprechen ihren Abmessungen und Eigenschaften der DIN EN 733, die oft auch als „Wassernorm“ bezeichnet wird. Die durchgängige Prozessbauweise macht sie zur ersten Wahl, wenn es im harten Einsatz um langlebigen und wartungsfreundlichen Betrieb geht. Durch das computeroptimierte Design aller Einzelkomponenten und die hieraus resultierenden hohen Wirkungsgrade ist auch ein Höchstmaß an Energieeffizienz sichergestellt.

Die Pumpen verfügen über ein Ausbaustück für Wartungen. Servicearbeiten können durchgeführt werden, ohne hierfür den Motor zu demontieren oder den Grundrahmen zu entfernen. Der eingesetzte hocheffiziente IE4 Normmotor sorgt für eine optimale Energieausnutzung und ist auf die jeweilige Aufgabenstellung „zugeschnitten“. Alle Bauteile sind auf einem Grundrahmen gemäß DIN EN 23661 vormontiert und für eine vollflächige Aufstellung auf ein Betonfundament ausgelegt.
Bild 3 Die neue Druckerhöhungsanlage mit 3 Normpumpen der Baureihe NK 150-400. Die Anlage fördert das Wasser in den Wasserbehälter des WBV Taunus in Steinbach. © Foto: Grundfos
Bild 3 Die neue Druckerhöhungsanlage mit 3 Normpumpen der Baureihe NK 150-400. Die Anlage fördert das Wasser in den Wasserbehälter des WBV Taunus in Steinbach.

Besonders zu beachten ist, dass alle ausgelieferten Normpumpen auf einem Prüfstand „nass“ geprüft werden. Sie sind somit nach ISO 9906/2012 Klasse 1E prüfzertifiziert. Die hohe Energieeffizienz erfüllt die EUP-Richtlinie. Gehäuse, Laufrad und Verschleißring sind aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Bei hoher Korrosionsbeständigkeit wird gleichzeitig das Aneinanderhaften von Bauteilen verhindert. Die hier eingesetzten Pumpen verfügen über ein hochwertiges Edelstahl-Laufrad. Alle medienberührenden Teile sind für Trinkwasser zugelassen. Die Pumpentechnik im Einzelnen:

  • Typ: Normpumpe NK 150-400
  • Anzahl: 3 Pumpen
  • Fördermenge Q: 500 m³/h
  • Förderhöhe H: 46 m
  • Leistung: 75 kW
  • Inbetriebnahme: 26. April 2018

Zurzeit sind alle drei Normpumpen angeschlossen und in Betrieb. In Betrieb ist jeweils nur eine Pumpe nach einem vorgegebenen Schaltplan zur gleichmäßigen Belastung aller Einzelkomponenten.

Automatisierung der Steuerung

In einem (in Planung befindlichen) zweiten Schritt ist beabsichtigt, die Steuerung vollständig zu automatisieren. Die Anlage wird dann je nach Bedarf kaskadenförmig in Reihe geschaltet. Jeweils eine Pumpe wird (in Wechselfolge) die Grundlast von ca. 500m³/h übernehmen. Bei höheren Volumenströmen schaltet sich die 2. Pumpe zu. Die 3. Pumpe ist als Redundanz vorgesehen, um die Betriebssicherheit und damit die Versorgung der Bevölkerung zu jeder Zeit zu garantieren.

Um die Energieeffizienz führt kein Weg

Jeder Betreiber von Trinkwasseranlagen hat eine Grundforderung an den Pumpenhersteller: Betriebssicherheit! Ebenso von hoher Bedeutung ist, wegen steigender Energiekosten, die Energieeffi zienz. Es ist auch langfristig davon auszugehen, dass Stromkosten steigen werden, somit kommt dem Pumpenwirkungsgrad eine besondere Bedeutung zu. Die hier eingesetzten NK 150-400 verfügen über einen premiumeffizienten IE4 75 kW Motor mit einem Motorwirkungsgrad von beachtlichen 96,1 %. Der hydraulische Wirkungsgrad liegt bei 87,9 %. Das ergibt rechnerisch einen Gesamtwirkungsgrad von 84,5 %. Für den Energieverbrauch bedeutet das folgendes: Die „Altanlage“ hatte einen durchschnittlichen  Jahresverbrauch von rund 360.000 kWh. Das vorgegebene Ziel für die neue Anlage ist ein Verbrauch von 250.000 kWh. Das wäre eine Einsparung von etwas über 30 %. Da bislang die jeweils eingesetzte Pumpe noch gar nicht bis 50 Hz gefahren wird, sondern sich bislang bei 47 bis 48 Hz einpendelte, ist bei gleicher Fördermenge eine geringere Leistungsabnahme festzustellen. Somit ist die Energieeffizienz noch besser als erwartet zu prognostizieren.

Der Kunde erzielt dabei einen mehrfachen Nutzen:

  • Erhöhte Betriebssicherheit bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch
  • hoher Wirkungsgrad
  • Reduzierung von Wartungs- und Servicearbeiten
  • In Zukunft: energieoptimierte Pumpensteuerung auf den Wirkungsgradbestpunkt.

www.grundfos.de

Beitrag aus wwt − wasserwirtschaft wassertechnik Modernisierungsreport 2019/20
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