Optimierter Betrieb einer Brunnenpumpe

Ob Diesel- oder Elektro-Lokomotive oder Dampflok, ob Innenausstat­tung, Leistungselektronik, Laufwerke, Bremsen, Kupplungen, Klima- oder Sanitäranlagen, ob Unfallschaden, Revision oder Modernisierung: Die DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH garantiert mit produktspezifi­schen Serviceleistungen an 15 Standorten in Deutschland ihren Kunden „volle Leistung auf der Schiene“. Dieser Anspruch gilt auch für das Instandhaltungswerk Dessau, wo rund 1000 Mitarbeiter elektrische Lokomotiven und deren Komponenten u.a. der DB Bahn Regio, der DB Schenker Rail, der DB Bahn Fernverkehr und anderer Eisenbahnverkehrsunternehmen instand halten. Das Angebot umfasst Revisionen nach Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung an elektrischen Lokomotiven, Bedarfsinstandsetzungen, Beseitigung von Gewalt- und Unfallschäden sowie Inspektio­nen und Instandhaltung von Komponenten. Jährlich treffen in Dessau etwa 500 Elektro-Lokomotiven zur Revision ein – das reicht von der schweren Unfall-Instandsetzung bis zur vergleichsweise einfachen neuen Lackierung. Damit die Instandsetzungs-Spezialisten ihren Job reibungslos erledigen können, kümmert sich das Standortmanagement, angesiedelt im Bereich Systemdienstleistungen der DB Services Südost GmbH, um eine perfekt funktionierende technische Infrastruktur in den Gebäuden und Anlagen des Werks Dessau. Bernd Kuhne, Leiter Industriedienstleistungen, erklärt das Aufgabenspektrum: „Das reicht von der Instandhaltung, der Versorgung mit Medien aller Art über die Reinigung bis zur Bewachung. Und wir übernehmen die Betreiberverantwortung beispielsweise für das Heizkraftwerk, die Wasserversorgung und die Abwasserentsorgung.“

Analyse der Lebenszykluskosten

Selbstverständlich achtet das Standortmanagement nicht nur auf die Funktionalität der betreuten Gewerke, sondern auch auf die anfallenden Betriebskosten. „Elektrische Energie wird seit Jahren immer teurer. Deshalb überprüfen wir regelmäßig, wie und wo wir unseren Auftraggebern Aufwand und Kosten einsparen können“, so Bernd Kuhne.

Als Teil der Betriebskostenoptimierung werden auch Anlagen betrachtet, die nicht den Prioritätsanlagen zugeordnet sind, aber trotzdem schnell zu Kostentreibern avancieren können. Hierunter fallen auch die installierten Pumpen, bei denen man mit dem Grundfos-Service einen qualifizierten und verlässlichen Partner für die Überprüfung der LCC-Kosten gefunden hat. Gemeinsam wird an der Kostenschraube gedreht. Bernd Kuhne erläutert das Vorgehen: „Im ersten Schritt stellten wir in einer Vorbesprechung und Betriebsbegehung die einzelnen Pumpen und deren Aufgabe vor. Auf dieser Basis haben wir dann gemeinsam die Pumpen identifiziert, die das größte Einsparpotential vermuten ließen – dann startete der Grundfos-Service mit seinen Messungen und der LCC-Analyse.“ Bei einer Analyse der Lebenszykluskosten (LCC = Life cycle costs) werden alle Kosten eines Pumpensystems über dessen gesamte Lebensdauer berechnet. LCC berücksichtigt somit nicht nur die Investitionskosten, sondern auch die Kosten für die Installation, die Wartung sowie den Energieverbrauch und einen möglichen Verkaufserlös. Die einzige „unbekannte“ Größe ist der Energieverbrauch – und den checkt ein Grundfos-Service-Mitarbeiter mit Hilfe einer mobilen Messausrüstung. Aufgrund der Messergebnisse von Systemparametern wie Fördermenge, Förderhöhe und Energieverbrauch (bei Heiz- bzw. Kühlanlagen zusätzlich noch die Differenztemperatur zwischen Vor- und Rücklauf) können genaue Aussagen über die Wirtschaftlichkeit der Anlagen getroffen werden. Damit ist ein Vergleich mit einem neuen Pumpensystem möglich. Entsprechend der individuellen Systemanforderungen kann dann das für den Betreiber effizienteste System ausgewählt werden. Anhand der Messungen ist auch eine aussagekräftige Amortisationsrechnung möglich (ROI = Return on Investment).

Optimierung der Pumpen

Untersucht wurden im Werk Dessau Heizungsumwälzpumpen, die Kesselspeisepumpen des Heizhauses und die Brunnenpumpe zum Fördern von Brauchwasser. Es wurde deutlich, dass einige der Pumpen hohe Verluste aufweisen, die zu schlechten Wirkungsgraden führen. Diese Pumpen sollen ausgetauscht werden. Bei anderen Pumpen reichen Änderungen bei der Betriebsweise aus, um eine Verbesserung des Wirkungsgrades und damit Energieeinsparungen zu erreichen.

Ein besonders hohes Einsparpotential ergab sich bei der installierten Brunnenpumpe – hier war nicht allein die Technik veraltet, auch die Betriebsweise erwies sich als erheblich verbesserungsfähig. Die Aufgabe dieser Installation: Die Pumpe wird im Abstand von zwei Monaten für wenige Stunden benötigt, um den Vorratsbehälter der Großteilwaschmaschine rasch nachzufüllen (12 h/a). Etwa 750 h/a wird Wasser in geringerer Menge für Reinigungsarbeiten mit dem Schlauch oder dem Hochdruckreiniger bzw. für Beregnungsaufgaben entnommen.

Unter den Aspekten Energieaufwand und Ressourcenverbrauch war allerdings die Umsetzung der Aufgabenstellung nicht akzeptabel: Die vorgefundene Unterwasserpumpe war ununterbrochen in Betrieb, förderte Grundwasser auf einen Verteiler und nicht benötigtes Wasser zurück in einen zweiten Schluckbrunnen. Dieser war derart überlastet, dass er praktisch permanent überlief und das Grundwasser in die Kanalisation ableitete. Konkret heißt das, das die Pumpe 6200 Betriebsstunden im Jahr Wasser in den Schluckbrunnen förderte. Der Grundfos-Service schlug vor, die Leitung zum Schluckbrunnen zu schließen und einen 1000 l-Druckbehälter zu installieren. Die Maßnahme wurde umgesetzt, so dass die Pumpe jetzt durch einen Druckschalter mit Sollwert 5,5 bar und 1 bar Hysterese geschaltet wird; das sichert die maximal zulässige Schalthäufigkeit, und es steht ein ausreichender Druck zur Verfügung. Das Ergebnis ist überzeugend: Statt Energiekosten von jährlich 3475 € fallen nur mehr Kosten von 177 € an – das bedeutet eine Ersparnis von 95 %. Zudem unterbleibt der stete Wasserstrom in die Kanalisation. Das spart zusätzlich Kosten in der Kläranlage. Alternativ zur Installation eines Druckbehälters könnte die Pumpe auch mit einem Frequenzumrichter in Konstantdruckregelung angesteuert werden. Damit wäre ein ähnliches Energiesparpotential erreichbar, der rohrtechnische Bauaufwand wäre wesentlich geringer, allerdings würde sich der Aufwand für die Elektrik erhöhen. Zudem könnte durch Austausch der installierten, leicht verschlissenen Pumpe der Wirkungsgrad um ca. 10 % verbessert werden.

Ergebnis der gesamten LCC-Analyse

Durch den Austausch von Pumpen und Änderungen im Regelverhalten sind im Instandhaltungswerk Dessau Einsparungen an elektrischer Energie in Höhe von ca. 79 000 kWh/a möglich (entspricht einer Reduzierung der CO₂-Emission (Strommix) von 45 t/a). Dies bedeutet bei einem Strompreis von 0,10 €/kWh eine Betriebskostenersparnis von knapp 8000 €/a bzw. 64 % der bisherigen Betriebskosten der Alt-Pumpen. Bei kalkulierten Investitionskosten von ca. 18 000 € für neue Pumpen amortisiert sich die Gesamtinvestition nach ca. 2,35 a.

Bernd Kuhne ist vom Konzept überzeugt: „Die Ergebnisse der LCC-Analyse wurden in einer umfangreichen Dokumentation vorgelegt – das machte es uns wiederum sehr einfach, unseren Kunden im Werk Dessau entsprechende Vorschläge zu unterbreiten.“ Mit einem für alle erfreulichem Ergebnis: „Das mit Grundfos erarbeitete Konzept wird so wie dem Kunden vorgeschlagen vollständig umgesetzt.“