Affinity Water spart durch den Einsatz von Danfoss Drives mehr als 300,000 Pfund

VLT® AQUA-Laufwerke, die kürzlich in den Chertsey-Wasseraufbereitungswerken von Affinity Water installiert wurden, werden voraussichtlich im Laufe ihrer 20-jährigen Lebensdauer Einsparungen von mehr 300,000 Pfund an Betriebskosten ermöglichen, verglichen mit der nächstbesten Lösung für das Projekt. Die hohe Effizienz der Frequenzumrichter von Danfoss resultiert aus der Verwendung von aktiven Filtern zur Reduzierung von Netzrückwirkungen und einem einzigartigen Rückkanal-Kühlkonzept.

Seit vielen Jahren steuert je ein 500-kW-12-Puls-Frequenzumrichter mit einer Spannung von 675 V die Drehzahl jeder der vier Hochauftriebspumpen in Chertsey Water Treatment Works. In letzter Zeit waren diese alten Antriebe jedoch zunehmend unzuverlässig und schwer zu warten. Darüber hinaus wusste Affinity Water, dass die inzwischen veralteten Antriebe weit weniger energieeffizient waren, als ihre modernen Kollegen. Das Unternehmen entschied daher, dass der Zeitpunkt gekommen war, die Antriebe zu ersetzen.

Zu den wichtigsten Anforderungen an den Austausch gehörten die bestmögliche Energieeffizienz der neuen Antriebe, die Erfüllung des G5/4-Oberschwingungsstandards und sie sollten Pumpenmotoren geeignet sein, deren Isolierung nicht der IEC 60034-25-Kurve B entspricht. Affinity Water hatte den Markt nach geeigneten Antriebslösungen untersucht und nahm zwei Alternativen in die engere Wahl auf. Eine davon basierte auf VLT® AQUA-Antrieben mit aktiven Oberschwingungsfiltern, während die alternative Lösung auf andere Antriebe mit Active-Front-End-Technologie (AFE) aufbaute.

Ein wichtiger Vorteil der Danfoss-Aktivfilter besteht darin, dass sie parallel zur Versorgung des Frequenzumrichters angeschlossen sind, sodass der Motorstrom nicht durch sie fließt. Die Verluste sind daher viel geringer als bei herkömmlichen Filtern, bei denen der Motorstrom eine oder mehrere Spulen durchlaufen muss. Weitere Vorteile sind, dass die Motorspannung von der Verwendung der Filter nicht beeinflusst wird, während sie bei AFE-Antrieben normalerweise um etwa 10% höher liegt. In dem unwahrscheinlichen Fall, dass ein aktiver Filter ausfällt, kann der Frequenzumrichter weiter arbeiten, da sich der Filter nicht direkt im aktuellen Pfad zum Motor befindet.

Darüber hinaus verfügen VLT® AQUA Drives mit einer Leistung von über 90 kW über eine Rückkanal-Kühlung, die den Bedarf an Kühlleistung durch Lüfter im Raum um bis zu 90 % im Vergleich zu konventionell ausgelegten Antrieben reduziert. Dies bedeutet, es sind weniger Lüfter nötigt, was deutlich  Energie spart und die Kosten für den Austausch von Luftfiltern über die Lebensdauer des Systems drastisch senkt.

Um Affinity Water bei der Entscheidung zwischen den beiden angebotenen alternativen Lösungen zu unterstützen, haben die Ingenieure von Danfoss einen sehr detaillierten Vergleich der mit den Lösungen verbundenen Betriebskosten durchgeführt. Dies ergab, dass die Verluste mit 400 kW VLT® AQUA Drives von Danfoss pro Antrieb um 9,6 kW niedriger wären als mit den AFE-Alternativen.

Auf der Grundlage, dass normalerweise zwei der vier Pumpen laufen, würden die Danfoss-Antriebe daher 2 x 9,6 kW x 8760 h = 168.192 kWh pro Jahr einsparen. Bei Annahme von Energiekosten von 0,10 £ pro kWh bedeutet dies eine Einsparung bei den Energiekosten von 16.820 £ pro Jahr, was bis zu 20% der ursprünglichen Investition entspricht. Über die 20-jährige Lebensdauer des Systems würden sich die Energieeinsparungen auf 336.380 £ belaufen. Die Verringerung der CO₂-Emissionen im selben Zeitraum ergab 1.776 Tonnen.

Diese Analyse erwies sich als entscheidend für Affinity Water. Das Unternehmen entschied sich für die Lösung von Danfoss. Der für das Projekt gewählte Systemhersteller war Saftronics Controls Limited, ein Danfoss-Geschäftspartner mit langjähriger Erfahrung in der Erfüllung der anspruchsvollen Anforderungen der Wasserversorgungsbranche. Bei der Wahl des Frequenzumrichters wählte Saftronics die IP20-Versionen der Frequenzumrichter mit einer Nennleistung von 400 kW. Die Antriebe wurden in zwei neuen, von Saftronics Controls Limited entwickelten und hergestellten Motor Control Centern zusammen mit du/dt-Filtern zum Schutz der Pumpenmotoren installiert, da diese eine Isolierung hatten, die ursprünglich nicht für den Einsatz mit Frequenzumrichtern vorgesehen war.

In jeder der neuen Motorsteuerzentralen sind zwei Antriebe und zwei du/dt-Filter untergebracht. Die Antriebe sind so angeordnet, dass sie eine effiziente Rückkanal-Kühlung gewährleisten. Aus diesem Grund wurden nur acht Lüfter benötigt, verglichen mit den geschätzten 24 beim Einsatz herkömmlicher Antriebe. Um den begrenzten Platz auf dem Gelände bestmöglich zu nutzen, fanden die aktiven Oberschwingungsfilter Platz in vorhandenen Steuerkonsolen.

Nachdem die Schaltschränke in Leeds gebaut und vollständig getestet worden waren, lieferte Saftronics Controls Limited die neuen Geräte vor Ort, installierte sie und nahm sie in Betrieb. In jeder Phase arbeitete Saftronics eng mit Affinity Water zusammen, um die Auswirkungen der Modernisierung auf die Wasseraufbereitung zu minimieren.

Die neuen VLT® AQUA-Laufwerke, die in den Chertsey Water Treatment Works von Affinity Water installiert wurden, sind nun seit 24 Monaten in Betrieb und entsprechen vollständig den Spezifikationen. Sie bieten eine genaue und zuverlässige Steuerung der Pumpen, die Oberschwingungen entsprechen leicht den G5/4-Anforderungen und erste Messungen bestätigen, dass die vorhergesagten Energieeinsparungen erzielt werden.