La stazione di pompaggio dell’acquedotto Aquatech risparmia il 15% dell'energia

Background

Zweckverband Stauden-Wasserversorgung alimenta circa 2,4 milioni di metri cubi di acqua potabile naturalmente pura ogni anno. Gli acquedotti dell'azienda si trovano a Mittelneufnach, nel "Naturpark Augsburg – Westliche Wälder" (Parco Naturale Augusta-Western Woods), un'area di straordinaria bellezza naturale, conosciuta anche come "Stauden". L'azienda fornisce acqua a circa 37000 persone in 21 comuni. Sono necessarie tre torri idriche con una capacità totale di 6500 m³ per coprire la richiesta variabile, con picchi di consumi estremamente alti in alcuni momenti. L'acqua arriva alle abitazioni grazie a un ampio sistema di tubature, con una lunghezza totale di circa 570 chilometri.

Sfida

Costi energetici e di manutenzione elevati

In precedenza, la stazione di pompaggio dell'azienda idrica consumava tra i 2 e i 2,5 milioni di kilowatt di energia per poter raggiungere 37000 persone ogni anno con circa 2,4 milioni di metri cubi di acqua potabile pulita. Questo rappresentava un fattore di costi enorme per l'azienda idrica. La maggior parte dell'elettricità era necessaria per far funzionare le tre pompe di acqua pulita, che non solo pompano l'acqua trattata nelle tubature ma riempiono allo stesso tempo le tre torri idriche.

Usare valvole a saracinesca comporta sprechi di energia

Per gli standard odierni, il consumo energetico è considerato elevato, una conseguenza della tecnologia di azionamento obsoleta, usata anche in molti acquedotti oggigiorno. Gli elettromotori convenzionali con una capacità di 55 kilowatt ciascuno venivano usati per azionare le pompe, mentre i motori venivano accesi tramite partenze motore. La portata del sistema era aumentata poi gradualmente accendendo le tre pompe una dopo l'altra. Per evitare picchi di pressione durante la fase di avvio, veniva usata una valvola a saracinesca per regolare la portata: durante l'avvio, la valvola che controllava il flusso al sistema di alimentazione idrica rimaneva chiusa all'inizio. Si apriva solo lentamente quando la pompa aveva raggiunto la capacità massima, cosicché la pressione nel sistema di alimentazione idrica aumentava gradualmente. Tuttavia, questo voleva dire che la pompa operava "contro" la valvola a saracinesca chiusa durante l'avvio, per cui l'energia fornita dal motore non poteva essere usata per pompare acqua.

Dal punto di vista delle prestazioni, questa tecnologia di azionamento era particolarmente inefficace perché le pompe non potevano funzionare al punto di lavoro ottimale, ossia alla più alta efficienza energetica, dato che la velocità delle pompe non poteva essere modificata: le pompe non funzionavano oppure funzionavano a piena potenza. Una valvola di non ritorno evitava che l'acqua, se non necessaria, venisse respinta dal sistema di alimentazione. Durante l'arresto delle pompe, le valvole a saracinesca venivano usate per ridurre il flusso inverso. Tuttavia, ogni arresto comportava una maggiore usura della valvola di non ritorno.

Nel 2018, l'azienda idrica ha quindi deciso di eseguire un aggiornamento completo della stazione di pompaggio per ridurre i costi complessivi del ciclo di vita. La priorità era migliorare l'efficienza energetica del sistema. Aquatech AG, con sede a Regen, Germania, si è aggiudicata l’appalto. Aquatech è specializzata nella tecnologia elettrica, di azionamento e automazione, con particolare attenzione ai sistemi di approvvigionamento idrico, smaltimento delle acque reflue ed energie rinnovabili. È anche partner di Eaton per la tecnologia di azionamento nel sud-est della Germania.

Aquatech ha scelto il DG1 perchè offre un pacchetto all-inclusive:

I convertitori di frequenza robusti e facili da usare dispongono di filtri interni EMC (categoria C2) per un collegamento con la rete pubblica e, sebbene la versione standard sia adatta a tutte le applicazioni, è disponibile anche una versione con la protezione IP54. In questo modo, Aquatech può posizionare i convertitori di frequenza direttamente nella sala macchine, senza la necessità di un quadro di comando. E per questo i convertitori di frequenza non hanno bisogno di un sistema di raffreddamento separato, permettendo un ulteriore risparmio di energia.

Interfacce di comunicazione integrate

"In aggiunta, la messa in servizio degli apparecchi è stata molto semplice", ha sottolineato Markus Huber del team Project Planning di Aquatech. Per molte applicazioni, gli installatori possono mettere in servizio il DG1 fin da subito, senza laboriose configurazioni in loco. Il sistema di messa in servizio è considerevolmente semplificato dal menu di navigazione semplice da utilizzare sul display LCD a cinque righe, dai codici identificativi autoesplicativi e dal numero limitato di parametri standard (18). Inoltre, i convertitori di frequenza DG1 comprendono già dei protocolli di comunicazione, per cui possono essere collegati direttamente in rete senza hardware aggiuntivi.

"Grazie all'interfaccia Ethernet IP integrata, abbiamo accesso diretto ai convertitori di frequenza individuali installati presso Staudenwasser", dice Markus Huber. "Questo rende facile implementare la manutenzione da remoto e quindi aumentare la disponibilità del sistema". La stazione di pompaggio è controllata e monitorata usando un PLC e un sistema di controllo del processo a cui i convertitori di frequenza si collegano tramite Modbus TCP. Tutti i parametri dei convertitori di frequenza possono essere anche monitorati tramite il sistema di controllo.