Transkript

1 Andy Schmidt, G Projekttype: Bachelorprojekt Normalsider: 24,4 Anslag:

2 Abstract This project is about a very essential pump station in Kolding. The station pumps between and 4.000m 3 /h of wastewater away from town center, to the central treatment plant outside Agtrup. Blue Kolding want to know if it is possible to optimize the pump station, to safe energy. The pump station consist of five pumps, two small pumps, with variable speed drives. Those are pumping the base load, therefore they have many operating hours. The three large pumps are switch on one by one, when the amount of water is increase. It is necessary to clarify the situation in the pump station, therefor it has to evaluate factors like, load, efficiency and operating hours. After this evaluation, it is possible to make an investment analysis, but it s imported to Blue Kolding, that the foundation of this analysis is on a life cycle analysis. With an investment period of 15 years, and a calculation rate of 5%, this conclusion, shows that it s possible to safe up to DKr, with an investment in a variable speed drive or with an IE 3 motor. It has not been possible to calculate the efficiency in the old pumps, but it has been possible to conclude that is possible to buy a much smaller pump, that is able to move the base load. The new pump only needs a 160kW motor instead of a 200kW motor. 1

3 Indhold Andy Schmidt Abstract... 1 Forord... 3 Indledning... 4 Problemformulering... 6 Metode... 7 Afgrænsning af projektet... 9 Redegørelse Beskrivelse af de tekniske detaljer ved anlægget i dag Undersøgelse Anlægget i dag Data fra SRO som reference år Fordeling af driftstimer pr pumpe Styringsbeskrivelse for pumpestationen Belastning af motorer Tryk i røret Vedligeholdelse Reservedele Motor Pumper Frekvensomformer Undersøgelse af frekvensomformer Rørkarakteristik Ruhed i rør Flow fra udløbsstation Afprøvning af pumper ift. flow Resultat af afprøvning Test Test Tryk under test Rørkarakteristik med flow Grundlast Delkonklusion Hypoteser på baggrund af delkonklusionen Indhentning af tilbud Synkron reluktansmotor fra ABB LCC beregning Drev Motor Pumpe Lønsomhed Frekvensomformere Motor Resultat Diskussion Kilder og kildekritik Konklusion Perspektivering Efterskrift Litteraturliste

4 Forord Med udgangspunkt i praktikopholdet ved Blue Kolding er dette projekt blevet lavet. Det er skrevet som et bachelorprojekt i forbindelse med afslutningen af maskinmesteruddannelsen. Projektet omhandler optimering af en pumpestation, ikke blot med henblik på energioptimering, men med fokus på livstidsomkostningerne. Projektet henvender sig til personer med en grundlæggende teknisk forståelse. Det kan læses uden brug af bilagshæftet, da alle relevante skitser, kurver o.l. er i projektet. I bilaget er der derfor kun mere dybdegående dokumentationer udregninger mv. henvisninger hertil fremgår af teksten eller fodnoter. Min praktik kunne ikke gennemføres, og denne rapport var ikke blevet til, uden hjælp fra en lang række mennesker. Der skal derfor lyde en tak til alle, der har hjulpet mig og kommet med input. Selv det mindste spørgsmål, kommentar eller diskussion har give stof til eftertanke. En særlig tak til Flemming Tang Nielsen, Karin Refsgaard og John Gejlager samt alt personalet ved Blue Kolding. 3

5 Indledning Andy Schmidt Som et led i Blue Koldings (BK) almindelige optimering og vedligeholdelse, vil man gerne har undersøgt, om der vil kunne hentes nogle besparelser ved, at optimere på deres udløbspumpestation. For at flytte spildevandet fra Kolding til Agtrup 1 er der i 1979 lavet et Ø1000 beton rør. I den første årrække pumpede man spildevandet direkte ud i Lillebælt, efterfølgende er det bygget om og til, af flere omgange. Den sidste større ombygning fandt sted i 1999, hvor man byggede den, nuværende pumpestation. Den nuværende pumpestation består af 5 pumper, som drives af 5 ens motorer. De er opstillet, således at pumpesæt 1 og 3 er monteret med frekvensomformer, som kører fra 45 Hz til 55 Hz. De 2 pumper kører alternerende og tager sig af grundlasten. Pumpesæt 2, 4 og 5 kobles ind trinvis efter behov, hvilker er, når der kommer store mængder vand til, fx i forbindelse med regnvejr. Da pumpestationen er en flaskehals, hvor størstedelen af vandet til centralrensningsanlægget (CRA) kommer fra, er det vigtigt, at den rigtig løsning vælges fra starten. Der er ikke andre muligheder for, at pumpe disse vandet, hvilket også er årsagen til, at pumpestationen ikke kan stå stille. Man kan, i særlige tilfælde lade stationen stå stille i kortere perioder 2. I sådanne tilfælde, spares vandet op i bassinger. Skal en pumpe tages ud til vedligeholdelse, køres der med de andre, og dermed kan man have den ene pumpe stoppet i længere tid. Da motorerne og pumperne er fra 1999, forventes det, at der vil være mulighed for, at lave en optimering. Dog ønsker man ikke udelukkende, at fokusere på tilbagebetalingstiden. Derfor er udgangspunktet i denne rapport, at se på livstidsomkostningerne (Life Cycle Cost (LCC)). Dette vil ske med fokus på vedligeholdelsesomkostninger, anskaffelsespris, installering og energiforbruget. Ud fra dette vil man kunne vurdere, hvilken løsning, der kunne være den mest fordelagtige optimering for BK. For at kunne udarbejde udbudsmateriale og indhente tilbud, skal den reelle situation kortlægges. Derfor vil der blive lavet en undersøgelse af driften, 1 I Agtrup ligger det største centralrensningsanlæg benævnt CRA 2 Ved tørvejr osv. 4

6 herunder flowet, rørkarakteristik, energiforbrug og driftssituationen. Der vil kort blive kigget på vedligeholdelsen i dag. Da man opdaterede SRO systemet sommeren 2015, valgte man, kun at medtage data tilbage fra 1/1-15. Derfor er det ikke umiddelbart muligt, at komme til data, fra før den dato. Men da timeforbruget pr måned pr pumpe er kendt 3, undersøges der, om man vil kunne bruge 2015 som reference år. Når der er dannet et billede af, hvordan situationen er i dag, vil der blive undersøgt, hvilke forbedringer, der er mulige. På baggrund af situationen, vil der blive udarbejdet mulige optimeringer. Som udgangspunkt kan man optimere på frekvensomformere, motor og pumpe. 3 Disse er udskrevet i hardcopy. 5

7 Problemformulering Andy Schmidt - Hvordan er driften pumpestationen i dag og hvilken optimering vil give de mindste livstidsomkostninger? BK ønsker at undersøge, hvorvidt det der muligt at lave en besparelse på deres udløbspumpestation. I projektet beskrives driftssituationen for den nuværende pumpestationen, for at kunne analysere, hvilke muligheder der er for besparelser. Ud fra dette vil der blive vurderet, hvilke løsningsforslag, der giver en fornuftig LCC. 6

8 Metode Andy Schmidt Der er mange aspekter, man kan anskue dette projekt ud fra, herunder økonomi, driftssikkerhed, vedligeholdelse, arbejdsmiljø mv. Men uanset hvilket fokus man vælger at have, er det nødvendigt, at skabe et fundament for yderligere analyse. Derfor er første hypotese, at anlægget kører optimalt. Såfremt det er tilfældet, er det ikke nødvendigt, at bruge tid på yderligere undersøgelser. Da der ikke er, alt data fra før 1/1-15 er meget sparsom, vil der først blive undersøgt om 2015 kan anvendes som reference år. Der findes kun data på måneds basis for 2012, 13 og 14. Derfor vil undersøges der om det er nok til, at konkludere om 2015 kan bruges som reference år Der vil blive lavet en analyse af hvordan driftstimerne er fordelt på de enkelte pumpe, og hvor ofte de starter stater op. Dette har betydning for, hvilke motorer det kan betale sig, at optimere på. For at skabe et overblik over situationen i dag, vil der blive kigget på virkningsgrader af de forskellige dele. To af pumperne kører med neddrejet hjul, hvilke må betyde, motorerne ikke kører fuldlast. Derfor vil der blive lavet en undersøgelse af hvordan og hvor ofte motorerne er belastet. Ud fra dette vil man kunne klarlægge om, det er relevant, at beholde de 200kW motorer der i dag er monteret. Såfremt man ønsker, at skifte en eller flere pumper, skal man kende rørkarakteristikken og flowet, for at lave en dimensionering. Da der ikke er noget flowmåler på udløbsstationen, er man nødt til, at finde flowet på en anden måde. Derfor vil der blive lave en testopstilling, for på den måde at klarlægge rørkarakteristikken. På baggrund af undersøgelser og analyser til første hypoteser vil det vise sig, at det kun kan svare sig, at lave opdateringer på de to pumper der tager grundlasten 4. Som udgangspunkt er der tre steder, man kan opnå en bedre virkningsgrad, nemlig på drev, motor og pumperne. 4 Se delkonklusionen 7

9 Derfor er de efterfølgende 3 hypoteser: Det kan betale sig at udskifte drevene på pumpe 3. Det kan betale sig at skifte motorerne til pumpe 3. Det kan betale sig at skifte en pumpe til en mindre, der kan tage grundlasten. Der vil blive indhentet tilbud på de forskellige delelementer, samt lavet en analyse af, hvilke optimering der kan betale sig. BK har sat følgende kriterier op: En kwh=0,75 kr. En mandetime koster 300kr. En kalkulationsrenten på 5% BK ønsker ikke kun, at fokusere på tilbagebetalingstiden, men ønsket, at lave en vurdering ud fra en livscyklusanalyse (LCC). Derfor vil der blive lavet en LCC analyse ud fra 15 år, hvilket er det, de gamle pumpesæt har kørt på nuværende. 8

10 Afgrænsning af projektet Der er i dag flere systemer, der arbejder sammen. Det er eksempelvis en programmering, der styrer ind- og udkobling af pumperne. Der vil kun blive klarlagt de problemer, der kan opstå i forhold styringen af nyt hardware mv. I dag har BK et online styringssystem 5, som kan spare vand op i bassiner 6, når elprisen er høj, og pumpe det, når elprisen er lav. Dermed vil man kunne få en lavere gennemsnitspris på el. Dette vil have indflydelse på tilbagebetalingstiden. Der er kompenseret for dette ved, at sætte elprisen forholdsvis lav 7, og arbejde med flere aspekter 8 i forbindelse med en LCC-analyse. Derfor vil der ikke blive arbejdet med STAR control. Der er mange muligheder for, at lave optimeringer, fx løsninger, hvor et eller flere ekstra rør bliver ført til rensningsanlægget. Dette vil også give en større driftssikkerhed. I dette projekt vil der kun blive lavet analyser over, hvilke optimeringer, man vil kunne opnå med henblik på den nuværende pumpestation, og ikke en evt. udbygning. 5 STAR control leveres af Krüger 6 Flere steder er der oprette store bassinger, som bruges ved store regnskyl. Disse kan brugs i tørvejrperioder til, at spare vandet op øre pr kwh 8 Vedligeholdelse både tid og reservedele, samt installering. 9

11 Redegørelse Andy Schmidt Tilbage i midt 70 erne begyndte man byggeriet af et betonrør fra Kolding midtby til Lillebælt. Røret tog man i brug i Dengang ledte man urenset spildevand direkte ud i Lillebælt. Efterfølgende har man bygget et CRA øst for Agtrup, samt en forrensestation i Kolding centrum 9. I den forbindelse har rørets opgave ændret sig fra, at lede urenset spildevand, til at pumpe spildevand hvor ristegodt, fedt og sand er fjernet. Men primæropgaven er stadig at fjerne vand fra Kolding centrum. Kører udløbsstation ikke, er man nødt til at aflaste Kolding å og fjord. I 1999 gennemførte man en renovering af udløbsstationen, hvor pumperne blev optimeret. I den forbindelse lavede man, i samarbede med Cowi 10, et udbudsmateriale, med de forudsætninger man dengang havde. I den forbindelse fastsatte man en ruhed i røret, som man dimensionerede pumperne efter. På den baggrund fik man tilbud hjem. Resultatet blev, at man valgte et tilbud fra KSB 11 med fire ens pumper. Dog valgte man at få installeret fem pumper, for at have en i reserve til, at højne driftssikkerheden. Efterfølgende viste det sig, at den reelle rørmodstand gjorde, at når kun en af pumperne kørte, var dette ofte i eller tæt på kavitationsområdet. For at imødekomme dette, valgte man at dreje hjulene ned fra Ø405mm til Ø375mm på to af pumperne. Dermed løste udfordringen med kavitationen. I samme forbindelse valgte man, at kører med alle fem pumper. Næste udfordring opstod, da vandmængderne var så store, at alle pumperne skulle køre. Når de små pumper havde neddrejet hjul kunne de ikke kører parallel med de store pumper. For at løse dette monterede man et drev 12 på de små pumper, samt optimerede motorerne og lejerne for, at undgå lejestrømme. Nu kører man overfrekvens på de små pumper. I dag kører man med en konstellation, hvor der er to pumper med neddrejet hjul og drev, som tager grundlasten 13. Disse pumper kører alternerende. Når den ene lille pumpe ikke kan følge med kobles den anden lille pumpe ind. 9 Se bilag 2 med oprindelig tegning og skitser af forrens 10 Cowi er et rådgivende ingeniør firma 11 KSB er en stor virksomhed, inde for pumper og ventiler, med hovedsæde i Tyskland KSB forhandles i Danmark af Grønbech & sønner A/S 12 Frekvensomformere med PID regulator 13 Kaldet små pumper 10

12 Når de små pumper ikke kan følge med, kobles, der en pumpe mere ind, som en antals-regulering 14. Man havde en forventning om, at grundet øget tilflytning til Kolding ville få et større behov for at flytte vand til CRA. Dog pumper man mindre, end man oprindelig regnede med. Dette skyldes, at folk sparer mere på vandet, der er mindre indsivninger i kloarken pga. PVC rør frem for beton, og at man separerer, i højere grad, regnvandet fra. Derudover er man begyndt, at bruge sparebassiner til opmagasinering af regnvand. På sigt vil man med Star og Smart Grid 15, spare vand op når elprisen er dyr, og pumpe når elprisen er billig. I forlængelse heraf vil man kunne lave et mere ensartet flow for udløbspumperne, som dermed ikke får så store udsving 16. Da pumperne og tilbehør snart er 16 år er det oplagt, at se på optimeringsmuligheder. Det utrolig vigtig, at der er en høj driftssikkerhed, da pumpestationen er den eneste måde at få spildevandet til CRA. Såfremt der er nedbrud, med nedsat pumpekapacitet til følge, er der kun muligheden for, at aflaste urenset spildevand til Kolding å. Beskrivelse af de tekniske detaljer ved anlægget i dag. Trykledningen er en Ø1000 mm betonrør med en længde på 4510 m. løftehøjden er 34,75 m 17. Derudover er der monteret udluftninger ved kote 31,75m. Stykket mellem kote 31,75 og 34,75 er relativ fladt. 14 Se afsnit 4.3 i bogen praktisk regulering og instrumentering 6. udgave af Thomas Heilmann Dette er også til gavn for rensningsanlægget, som ønske om et ensarte flow 17 Se bilag 3 tegning med koter over Kolding Udløbsledning fra

13 Der er monteret fem pumper i følgende konstellation: De små pumper er 2 pumper med hjul der er drejet ned til Ø375. De to pumper køre i alternerende drift, næsten altid er en pumpe der tager grundlasten. Da hjulene er neddrejet, har man monteret en frekvensomformer, på den måde kan man køre op til 55 Hz når de store pumper starter. Hvis ikke man gjorde dette, kunne de små pumper ikke kunne levere pga. af det store tryk, som de andre pumper levere. De store pumper er standart pumper, som køre med almindelig hjul, på 405 mm. Disse pumper bruges ved større belastninger fx i regnvejrsperioder. De kan ikke omdrejningsreguleres. Alle pumper drives af 200kW VEM 18 motorer, dog er de to motorer med frekvensomformere modificeret med isolerede lejer 19. Alt vedligeholdelsesarbejdet er skrevet i V-todo 20, hvilket gør, at der er gode muligheder for, at finde oplysninger om dette. Pumperne er med ind under i SCADA-systemet 21 IGSS 22 som opsamler alt data, på det udstyr der i dag. Dvs. - Optagede ampere. - Antal starter. - Antal driftstimer. - Frekvens (kun pumpe 1 & 3). - Tryk i pumpeledning. - Niveauet i sumpen. Der er gjort klar til at kunne måle differenstryk over alle pumper, både i programmeringen, i indgange i PLC og kabler er trukket. Der er dog ikke monteret målere. Der er ikke nogen flowmåler i direkte forbindelse med pumperne 23. Dog er der mulighed for, at måle tilløbet til forrens og der er mulighed for at måle 18 VEM er mærket på motoren 19 Da man montere frekvensomformeren, fik man problemer med lejestrømme mv. 20 V-todo er et system til systematisk registrering og huskeliste 21 Supervisory control and data acquisition. 22 Interactive Graphical SCADA system. Se bilag 4 og 5 23 Dette har ikke været mulig at montere, pga. rørdimensioner, afstande til bøjninger mv. 12

14 tilløbet til rensningsanlægget i CRA. Dog skal man være opmærksom på forsinkelser grundet det store rør til CRA. Der er to transformatorer tilknyttet. På T2 kører pumpe nr. 1 2 og 4 samt kompressoren til div. trykluft udstyr. På T3 kører pumpe 3 og 5 samt sandfedtfang. Der er kun elmåler på transformatorerne, derfor er det ikke muligt, at se forbruget på den enkelte pumpe. Undersøgelse Anlægget i dag Data fra SRO Årsagen til at der ikke er data til gængelig fra før 1/1-15 er, at man skulle have systemet offline, mens man overførte data, under opdateringen. Derfor valgte man, at overføre en mindre mængde data og får systemet op og køre hurtigere. Det gemte data er ikke slettet, men ligger som såkaldt rådata, som er svært at bearbejde. Det er en stor arbejdsbyrde at finde og bearbejde rådata, alternativt en stor udskrivning til ekstern virksomhed. Derfor skal der undersøges om 2015 kan bruges som reference år som reference år Hver måned har BK noteret timetællerne på alle pumper fra , derfor er det relevant, at undersøge om disse data kan sammenlignes med Det er vigtig at holde in mente, at driftstimerne ikke direkte fortæller noget om flowet af spildevandet, da dette ikke er sammenholdt med slid, frekvens mv. men det giver en indikation af om pumperne kørt tilnærmelsesvis ens. Først er alle driftstimerne taget fra rapporter i hardcopy, og skrevet ind i Excel 24. Det samme er gjort med månederne 1/1-15 til 31/ Se alle graferne på bilag 6 13

15 Timer Timer Andy Schmidt Derefter er der lavet et gennemsnit af , hvilket der er har lavet en kurve over. I sammen diagram har er der lagt 2015 ind også. Det kan ses på fig. 1 Pumpe 1 800,00 600,00 400,00 200,00 0, Måneder Gennemsnit 2015 Fig. 1 Gennemsnittet for pumpe 1, år 12, 13 og 14 samt 2015 Man kan se at gennemsnittet er højere end de kendte måneder i 2015, men man kan se, at selve kurveforløbet er det tilnærmelsesvis det samme, men pumpe 1 har kørt mindre i 2015 end de andre år. Pumpe ,00 800,00 600,00 400,00 200,00 0, Måneder Gennemsnit 2015 Fig. 2 Gennemsnit for pumpe 3, år 12, 13, 14 samt 2015 Ser man på fig. 2, som er over pumpe 3, kan man se at kurveforløbet er stort set det sammen, men 2015 ligger over gennemsnittet. 14

16 Laver man en kurve over gennemsnittet af pumpe 1 og 3 for og sammenligner med et gennemsnit af pumpe 1 og 3 for 15 for man graferne i fig Gennemsnit pumpe 1 og 3 Fig. 3 Gennemsnit af driftstid af pumpe 1 og 3 Man kan se på fig. 3, at kurverne er tilnærmelsesvis ens. Dog ligger marts måned højere end gennemsnittet. Ser man på timerne drejer det sig om 498 timer i 2015 og 401 timer som et gennemsnit af altså en difference på 97 timer difference % = Svarende til en forøgelse på 24% 100% = 24,2% Ser man på alle pumper og gennemsnit kan 2015 bruges som reference år 25. Fordeling af driftstimer pr pumpe Gennemsnit pumpe 1 og Gennemsnit pumpe 1 og Det vigtigt, at klarlægge, hvor mange driftstimer, der ligger på hver komponent. Det kan være bedre, at spare 25% på en motor, der kører timer/år, frem for at spare 50% på en motor der kun kører timer/år 26. Derfor vil det blive klarlagt, hvordan driftsmønstret er for den enkelte motor, med udgangspunkt i Se bilag 6 26 Dette er under forudsætninger at prisen på begge optimeringer er ens. Man skal altid vurdere ud fra en tilbagebetalingstid mv. 15

17 Andy Schmidt Som grundlag, er alle data fra timetælleren fra den 1/1-15 til den 31/8-15. Der er logget data hver ½ timer. Ved at lave en graf over dette, ser man en stigende kurve, se fig Timertæller P3 Timertæller P3 Fig. 4 kurven for timetælleren for pumpe 3 Dette er der ikke noget interessant i. Derfor er den foregående tællerstand trykket fra den nuværende. Dermed fremkommer en række data, hvor man kan se, hvornår pumpen har kørt. Dette laves der et søjlediagram over se fig Driftstimer P3 Pumpe 3 Timertæller P3 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Fig. 5 søjlediagram over tidspunkter sammen med tællerstand. Af fig. 5 fremgår der to interessante ting. Det første er, at der en stor periode, hvor der ikke er registreret timer. Det hul i dataene er der på alle pumper. Men da vi kender timetælleren efter hullet, er det kun antal perioder pumpen har kørt, der mangler. Det andet er, at flere steder er der nogle peaks både op og for nedadgående. De peaks, hvor der ikke er en ½ time, kan være fordi pumpen er startet eller stoppet mellem to måletidspunkter. Dog kan der aldrig, køres mere end 30 min pr ½ time. Derfor må de steder, hvor dette er tilfældet, bero på målefejl. Men da det er relative få perioder, er det ikke noget, der har indflydelse. Dog skal man holde øje med, hvordan dette forsætter, da det kan være, at der skal opdateres målere eller målemetoder. 16

18 Andy Schmidt Timetællere Timetæller P1 Timetæller P2 Timetæller P3 Timetæller P4 Timetæller P5 Fig. 6 Alle timetællere lagt i samme diagram Som det ses i fig. 6, kører pumpe 1 og 3 meget i forhold til 2, 4 og 5. Dette var også forventet. Ved første øjekast, burde pumpe 1 og 3 tilnærmelsesvis have den samme hældning. Forskydningen kan skyldes, at den ene timetæller er blevet nulstillet uden, at den anden er blevet det. Der bemærkes, at de to pumper ikke har samme hældning. Ved at nulstille timetælleren viser det sig, at der er en difference på 4.046,6 timer på de to pumper, der kører alternerende Driftstimer Timetæller P1 Timetæller P3 Fig. 7 kurver over timetælleren på pumpe 1 og 3 Det ses tydeligt på fig. 7, at pumpe 1 og 3 ikke er alternerende. 27 Denne difference er fra 1/1 til den 31/8 17

19 Tid Tid Tid Andy Schmidt Fordelingen for deres starter og timefordeling er vist på fig. 8, 9 og 10 0,6 0,4 0,2 0 Driftstimer Driftstimer P2 0,6 0,4 0,2 0 Fig. 8 Driftstimer for pumpe 2 Driftstimer Driftstimer P4 0,6 0,4 0,2 0 Fig. 9 Driftstimer for pumpe 4 Driftstimer Driftstimer P5 Fig. 10 Driftstimer for pumpe 5 18

20 Andy Schmidt Af dette kan det konkluderes, at de 3 store pumper, som kører ved spidsbelastninger, næsten hver gang, kører samtidig. Der er lavet en graf hvor driftstimerne for 2, 4 og 5 er indlagt. Derefter er de sorteret 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Driftstimer, sorteret Driftstimer P2 Driftstimer P4 Driftstimer P5 Fig. 11 driftstimerne sorteret, efter driftstiden i stedet for dato Som det fremgår af fig. 11, er det en lille del af tiden de store pumper kører, og at det er pumpe 5, der tager størstedelen af driftstiden. At det er pumpe 5, der har flest driftstimer, ligger i programmeringen 28. Ved at sortere efter driftstiden, kan man finde, at det kun er 1.559, linjer ud af , hvor der har været drift. Det er pumpe 5, der har haft driftstimerne. drifttid i % = % = 13,74% Dvs. at pumpe 5 har været i drift i 13,75% af de første 8 måneder. Pumpe 2 og 4 har været i drift under 13%, hvilket ses af fig Om det er fordelagtigt at pumpe 5 altid starter først, og dermed har flest driftstimer bliver ikke vurderet her. 19

21 Styringsbeskrivelse for pumpestationen For at undersøge hvordan pumperne skal styres, er styringsbeskrivelsen blevet undersøgt 29. Som noget af det første er det beskrevet, at sumpen er 2,95m dyb og 20 cm under det niveau er etableret 2 stk. ø1000 rør. Dermed stuves der vand i rørene, når vandet når omkring 200 cm. Det viser sig, at man tidligere har undersøgt hvordan man ville stå hvis man etablerede en større sump. Fig. 12 Skitse af rør til udvidelse af sumpen Det fremgår af skitsen på fig. 12 at røret ikke vil kunne ligge korrekt i forhold til terræn og koter i sumpen, for at kunne udnyttes optimalt. På bilag 8 er en rapport fra Krüger om udvidelse af magasinerinsvolumen på forrens fra 31/ Man ønskede, at undersøge om en udvidelse kunne reducere aflastningerne. Sammenfatningen på den er, at man kan hæve overløbskanten med 10 cm men dette vil ikke have nogen mærkbar effekt. Derudover kan man lave en ny forbindelse mellem bassinet og udløbspumpestationen. Dette vil reducere den aflastende mængde med 2/3 i forhold til status. Alternativt kan man udvide bassinet med 3.500m 3. Slutteligt står der at der bør overvejes en ny pumpeledning og udskiftning af eksisterende pumper, hvilke er særlig interessant i sammenhæng med dette projekt. 29 Udklip af styringsbeskrivelsen er på bilag 7. 20

22 Belastning af motorer En elmotor har typisk den bedste virkningsgrad ved omkring 75% 30, men mere interessant er det, at virkningsgraden falder hurtig under 30-40%. For at skabe et billede af, hvordan motorerne er belastet, er ampere brugt som et udtryk for dette. Da der kun er 2015 til rådighed, kan det give et forvrænget billede. Derfor har der lagt januar ind som december, februar ind som november og marts ind som oktober. Det er dog de usikkerheder, at der ikke er så mange dage i februar som november, og at det er en vintermåned ikke en efterårsmåned. Men det er den eneste mulighed der er for, at kunne bestemme, hvor belastede motorerne er over et år. I Excel er der fastlagt den max optagne ampere, hvilket må være 1/1-last. Ud fra denne er der inddelt i 10% intervaller. For motor 1 og 3 ser resultatet ud som fig. 13 og 14. Pumpe % 90-80% 80-70% 0,76 4,91 13, % 60-50% 7, % 40-30% 30-20% 57,12 6,42 3,33 2,35 2,18 1, % 10-0% Fig. 13 fordelingen af belastningensgraden på pumpe 1 30 Jf. 21

23 Pumpe % 90-80% 0,74 0,81 0,81 5,08 0,51 0,82 5,68 15, % 70-60% 60-50% 50-40% 40-30% 29, % 20-10% 40, % Fig. 14 fordelingen af belastningensgraden på pumpe 3 Det fremgår, at pumpe 1 ikke kører 57% af tiden, men når den kører, er det meget af tiden over 70% belastning. Pumpe 3 derimod står sjælden stille, under 6 %, og 41% af tiden kører den mellem 70 og 80% belastning. 31 0,82% af tiden er motoren belastet mellem %, hvilke tillægges opstarter. 15,31% er belastningen mellem 80-90%. 80% 200kW = 160kW Af dette kan udledes at en 160kW motor kunne være nok. Tryk i røret Regnes volumen i røret, hvor røret er en cylinder 32, vil man komme frem til følgende volumen: V = π r 2 l = π 0,5 2 m 4510m = 3.542,15m 3 Det svarende til, at der er en masse på tons 33 vand i røret. 31 Alle pumpers belastningsfordeling kan ses på bilag 9 32 Røret er længere, pga. af højdeforskellen på koterne. 33 Under forudsætning af at massefylden af vandet er 1000 kg/m 3 22

24 Tid Andy Schmidt Denne masse skal sættes i gang, når pumperne har stået stille. Jf. Newtons første lov 34, kræves der ikke nogen kraft, at holde en bevægelse i gang 35. For at holde bevægelsen i vandet kræves der kun en kraft, der er stor nok til, at overvinde modsatrettede kræfter som rørmodstand og tyngdekraften. Den inerti der i vandet, ses når den sidste pumpe stopper Tryk ved stilstand RA0001-UPF01PU03_I RA0001-UPF01-TRYK-LEDN Fig. 15 Forholdet mellem tryk og ampere. Det ses på fig. 15, at pumpe 3 kører, og trækker lige omkring 200A. Trykket er vist på sekundær aksen. Kl 20:14:35 36 slukker motoren ned og kl 20:15:00 er den slukket. Det giver en række trykstød. Man kan se trykket kl 20:14:35 er nede på 1,35 bar, hvilket er lavt ved et Hgeo på 34,75 m. Første henne kl 20:25 er der ved at være ro på trykket og kl 20:38:25 er der trykket faldet til ro på 2,98 bar. 34 "Et legeme som ikke er påvirket af en kraft, eller af kræfter, der ophæver hinandens virkning, vil enten være i hvile eller foretage en jævn retlinet bevægelse." 35 Ved fuldstændigt vakuum. 36 Tallene fra Excel kan ses på bilag

25 Fig. 16 et udklip af koterne ved toppunkterne. Der er et toppunkt (se fig. 16) ved kote 34,75m hvilket er Hgeo 37. Omregnet til mvs giver det: 34,75mVS 10,2 mvs bar = 3,40 bar Dog måles der knap 3 bar ved stilstand, hvilket er en forskel på knap 4,5m. Men som fig. 16 viser er der en udluftning på kote 31,75, og et relativt fladt stykke til toppunktet. Når pumperne stopper vil noget af vandet nå, at skubbe sig over toppunktet, dermed er røret mellem kote 31,75 og 34,75 ikke er fyldt. Dermed er der kun tryk i røret fra koten til udluftningen. Det giver dette regnestykke: 31,75mVS 10,2 mvs bar = 3,11 bar Dvs. er der kun er en forskel på 0,13 bar svarende til 1,4m. af dette kan man konkludere, at trykmåleren er tilnærmelsesvis retvisende, og Hgeo er fastlagt til 34,75m. 37 Alle koter ses på bilag 3 24

26 Vedligeholdelse Vedligeholdelse er veldokumenteret, via systemet V-todo. I V-todo er der indført opgaver, driftstimer og initialer 38. Datoerne er ikke 100 % valide, da de er generet af indskrivningstidspunktet og ikke udførelsestidspunktet. Dette har dog kun en mindre betydning da timetallene er valide 39. Kigger man på pumpe 1 og 3 kan man udlede følgende: Pumpe 1 Type vedligeholdelse Beregning [Timer] Driftstimer Driftsdage Hjul ,5 Hjul ,5 Lejer ,9 Smørring ,75 Smørring ,3 Olieskift ,8 Olieskift ,75 Pumpe 3: Hjul ,4 Lejer ,8 Der har være fejl på timetælleren, ved pumpe 3, og derfor er det ikke relevant at forsætte med analyse af denne. Men de data, kan man udlede, at et pumpehjul 40, kører mellem 324 og 569 driftsdage. Gennemsnitslig er der 446,5 dage Udskrift fra V-todo, er på bilag Man kan også eftervise både timetal og udførelsesdatoen, ved at gå tilbage i loggen i SRO systemet, og se hvornår pumpen er taget ud af drift. Det har dog ikke være noget grundlagt for, at lave denne form for krydskontrol 40 Inkl. slidring mv. 41 Det skal understeges at det er driftsdag, og ikke kalender dage. 25

27 Sammenligner man med pumpe 2, 4 og 5, at pumpe 2 følger pumpe 1 og 3, men pumpe 4 og 5 får skiftet hjul efter halvt så mange driftstimer. Pumpe 2 = timer = 399 dage Pumpe 4 = = timer = 200 dage Pumpe 5 = = timer = 238 dage En pumpe ikke bør køre dobbelte tid i forhold til pumpe 4 og 5, og pumpe 3 ikke bør køre næsten 3 gange så lang tid som andre pumper. Heller ikke selv om, at hjulene er drejet ned. Spaltetab Suge side Fig. 17 illustration af spaltetab Det ses på fig. 17, hvor et spaltetab ligger. Der vil altid være tab, uanset om hjulet er drejet ned eller ej, da det er spørgsmål om pasningen. Det er hørt 42, at jo større spalten bliver jo mindre bliver sliddet da pasningen bliver mindre løs, hvilket mindsker friktionen mellem vand og materiale. Dette er forkert, for jo større spalten bliver, jo mere vand vil der passere, samtidig med, at større partikler kan komme igennem, og dermed vil sliddet blive større. Sliddet er altså en proces som accelerer. 42 En forkert opfattelse af mange. 26

28 Det ses også på fig. 18 Andy Schmidt Fig. 18 Illustration af tabet ved forskellige spaltehøjder. 43 Tager man et modtryk på 30 mvs, vil man se, at der vil være et spaltetab på omkring 7,5 L/s med en spalte på 1 mm. Det tab vil stige til hhv. 15 og 22,5 L/s, ved en spalte på 2 og 3 mm. I uge 27, 2015, blev der skiftet pumpehjul. Her blev der målt en spalte på ca. 9 mm. Fig. 19 Pumpehjul med omkring 8000 driftstimer. Det ses på fig. 19, at hjulet har været udsat for en del slid, og der er også antydninger af kavitation. 43 Illustration fra Håndbog i energibesparelse på pumpesystemer til spildevand. Billede er et eksempel, der fremgår ikke andre data. 27

29 På bilag 12 har jeg regnet, forsimplet, på det tab som vil være i pumperne ved BK. Jeg har først regnet en udstrømningshastighed. Derefter et spalteareal, som jeg regner om til en diameter. Og herefter hvor stor flowet er gennem det hul. Jeg regner altså, som om der er et hul i hjulet. Denne metode er ikke retvisende, da spalten ikke er udformet som et hul i en plade. Derfor er der forskel på proportionerne mellem spalten og et hul. Dette er udelukkende for at vise hvor stort et tab der er. Ved 1mm spalte er tabet 31L/s, ved 9mm er tabet 279L/s Det tager 2 mand 2 dage, at lave service på en pumpe, hvilket er 28 mandetimer. Med de driftstimer, der er logget og de datoer, der tastet ind i V-todo, svare det til ca. en gang pr 1½ år. Dog fremgår det, at det kan være op til hver andet år. Da der er flere ting, der indgår i vedligeholdelsen, vurdere jeg, at der bruges 15 timer pr år pr lille pumpe, i vedligeholdelsestid. Dette svare til kr. 44 Reservedele. Til vedligeholdelse, bruges der penge på lejer, pumpehjul og slidringe, bagplader og akseltætning. Smørring og olieskift bliver ikke taget med som udgift, da mængden af olie og fedt der bruges, er så lille i forhold til de mængder som BK indkøber årligt. Derfor vil der udelukkende blive tage reservedelene med i mine beregninger. Et komplet sæt med hjul, ring, bagplade og akseltætning koster ca kr 45. Det er ikke altid der skal en ny akseltætning og bagplade til. Derfor antager det at det koster kr. pr service. Pumpe 1 og 3 skal have service, ca. 2 gange på 3 år af 14 timer. Dermed bliver prisen for et service: pris pr år = 2 kr år( år kr + 14 m. timer 300 m. time ) = kr 44 En mandetime er fastsat til 300kr hvilket er løn, forsikring, administration mv. se metode afsnittet. 45 Pris opgivet af smed ved BK. 28

30 Motor Alle 5 motorer er ens er af mærket VEM Fig. 20 Mærkeplade fra motor nr. 3 Det har ikke være muligt, at finde datablade og virkningsgrader fra ny af 46. For at finde et fornuftig grundlag at sammenligne motorerne med, har jeg antaget, at deres virkningsgrad svare til en CEMEP 47 spare motor 48 med en virkningsgrad på 91% 49. Da der er slid på en motor 50, og sliddet bevirker et tab. Derfor antager jeg, at motorerne taber 1 procent pr 5. år 51. Hvilket vil sige at motorerne har tabt 3%. Samlet set er deres virkningsgrad på 91% - 3% = 88% Pumper Pumperne er KSB pumper, og er udlagt til at levere 1.008m 3 ved 51m jf. mærkepladen 52. Man kender ikke det reelle flow på pumpe 1 og 3 da de er styret af frekvensomformer og har neddrejet hjul. 46 Se bilag 13 mail korrespondance med R. Frimodt-Pedersen a/s som er importør af VEM 47 CEMEP er er frivillig samarbejde ang. motor, drev og UPS Kravene til elmotorer blev strammet i 2007, en EFF1 motor er derfor en spare motor før 2007, men en for datiden høj virkningsgrad Skader på viklinger, forbindelser, lakeringer og ringe lejer. 51 Der er altid et tab, men det kan ikke fastsættes uden at måle dette. Flere interessepersoner antager derfor fx 0,25 % pr år til 3% pr 10 år. 1% er derfor til den optimistiske side. 52 Trykket er mindre, se afsnittet om tryk i røret. 29

31 Fig. 21 Mærkeplade fra pumpe 3 Da pumperne er modificeret er det ikke relevant at sammenligne dem med oprindelige datablade. Frekvensomformer De to simovert 53 drev er eftermonteret, og der er ikke lavet undersøgelser af, hvordan de virker sammen med elmotoren. Det har ikke været muligt for Siemens at finde tekniske data. Det har dog været muligt at finde en brugermanual til styring og regulering. På begge modeller er der påtrykt, at max optagne effekt er 370A og max afgivne effekt er 337A. Ud fra dette, kan en virkningsgrad anslå til 91%. η = nytte effekt optagne effekt 337A 100% = 100% = 91,08% 370A Dette er dog kun for frekvensomformeren, filtret er ikke medregnet. Undersøgelse af frekvensomformer Umiddelbart vil man kunne måle den optagne effekt og den afgivne effekt på et drev for ud fra dette kunne beregne en virkningsgrad. Lektor Hermann Ottsen, fortæller, at forsøg med wattmetre fra FMS, ikke giver et retvisende resultat. Pga. de harmoniske svingninger 54 er set eksempler på, at en effektmåling før og efter en frekvensomformer, kan vise en virkningsgrad over 100%. Dog fortæller rådgivne ingeniør Niels Winther Hansen, at det rette instrument, kan tage højde for de harmoniske svingninger Simorvert VC, serienummer 6SE7033-7EG Se mail på bilag 14 30

32 Med dette in mente, er der lånt et wattmeter 56, ved Esbjerg elektroservice, der kan tage højde for disse faktorer. Filter Målepunkt Kabler til motoren Fig. 22 Måling før filter og måling på parallelkabler til motoren. Ved 50Hz gav det 41,9kW på primærsiden og 38,8 kw på sekundærsiden. η = nytteeffekt optagne effekt = 38,8kW 100% = 92,6% 41,9kW Dette svarer overens med de data på 91,08% som fremgik af mærkepladen. I testperioden kørte både pumpe 3 og pumpe 1. Når pumpe 1 ændrede frekvens gav det indvirkning på pumpe Dermed skulle der sikres, at pumpe 1 havde samme frekvens ved alle målinger 58. Målingerne er lavet på pumpe 3, da frekvensen kan låses på denne Pumpe 3 havde fastlåst frekvensen. 58 Dette giver en del usikkerhed i målingerne. 31

33 Der er foretaget målinger ved 45Hz og ved 55Hz. Fig. 23 sinuskurverne på primærsiden før filtret Fig. 23 er målingen på primærsiden før filteret, ved 55Hz. Det ses, at der er støj på kurven, tiltros for, at det er før filtret. Den støj giver også anledning til, at målingerne er meget forkerte. Primærsiden 45Hz 50Hz 55Hz Sekundærsiden 45Hz 50Hz 55Hz kw 16,2 41,9 55,7 kw 22,5 38,8 56,5 KVAR 3,9 8,4 12,3 KVAR 24,6 31,7 34,4 kva 22,1 47,6 62,5 kva 40,6 56,3 73,5 Det fremgår af tabellen, at alle målinger uden for de 50Hz giver en virkningsgrad over 1. Derfor antages det, at virkningsgraden ligger mellem de 92,6% og 91,08%, altså 91,9%. Rørkarakteristik. Ruhed i rør Når man pumper et medie i et rør, vil der altid være en rørmodstand. Den afhænger af dimensionen af røret, ledningen udformning 59 og materiale. Materialet har indflydelse på ruheden, som vil ændre sig i forhold til, hvad der transporteres i dem, der vil komme en belægning 60. Særligt når der pumpes spildevand, vil der komme en biologisk film. Det har to ting til følge, der vil ske en reduktion af diameteren i røret, og ruheden vil ændre sig. 59 Bøjninger, deformationer, luftlommer og materiale. 60 Fra pumpeståbi 3. udgave side 263, røroverfalder 32

34 Da det er et betonrør fra Kolding til CRA, vil den biologiske film, sænke rørmodstanden i forhold til et nyt betonrør, også selv om, at diameteren bliver mindre 61. Fig. 24 Ruhedsprofil. Ser man på fig. 24, vil man se, at ruheden, er fra midt- til toplinien, men der er flere aspekter, at anskuer ruheden fra. Alle målene er i 1/1.000 mm. Betragter man fig. 24 som et nyt betonrør, kunne man forestille sig, at års brug vil slide toppene og biologisk film vil lægge sig i bunden. Dermed bliver ruheden mindre med tiden. Vandhastigheden og aflejringer har også en stor indflydelse på den modstand som røret yder, derfor renser man rørene. I og med, at røret er ekstrem vigtig, har man ikke i længere tid ønske at sende en rensegris 62 igennem, man er bange for at den sidder fast 63. Da man ikke kender alle faktorer om røret ved BK. En rørkarakteristik samler alle faktorerne og udtrykker det i et tryk i forhold til flowet. 61 Erfaringer fra BK egne målinger. Forsøg foretaget ved offerledninger, gamle rør og strømpeforinger. 62 En rensegris er en patronlignende prop der kan sendes igennem trykledninger for at rense. Den fås i forskellige former og materialer, men børster osv. 63 Som et alternativ til dette kunne BK overveje at rense med slushice 63, da det ikke sætter sig fast på samme måde. roer-i-flere-lande ?utm_source=nyhedsbrev&utm_medium= &utm_campaign=daglig 33

35 Man kan sammenlige ruheden i røret med en beholde med en udløbsåbning i bunden, se fig. 25. Fig. 25 Trykhøjden ved udløb gennem et skarpkantet hul. Formlen for udløbet i denne situation er: Q = μ A 2g H μ 64 er udløbskoefficienten, mens A er arealet og g er tyngdekraften. Det ses af ligningen, at når højden bliver mindre falder flowet ikke lineært, men som en parabel 65. Flow fra udløbsstation Man har af flere omgange, og med forskellige måder, forsøgt at måle flowet fra udløbspumpestationen. Bilag 16, viser en rapport, hvor man bl.a. har forsøgt, at måle niveauet i brønde på gravitationsledningen 66. Konklusionen af denne er, at det kan lade sig gøre, men en lettere løsning, kunne være at måle overløbet fra sand/fedt fang. Den løsning er ved at blive implementeret. Man kender højden af overløbskanten ind til overløbskammeret. Ved at montere en niveaumåler i sand-fedtfanget kan man måle h, mellem niveauet og kanten, og ud fra dette beregne flowet 67. Q = 1,89 3 h 3 2 [ m3 s ] Udfordringen i denne løsning, kommer når overløbskammeret bliver fyldt op, dermed er der ikke længere frit overløb, hvorfor der kommer en faktor c ind. 64 Svarende til 0,6 ved en skarpkantet åbning Målingerne var ikke nøjagtige nok, og selv om at de var, så er det stadig mere end 4 km væk fra pumpestationen, hvormed der vil være en tidsforsinkelse. 67 Se bilag

36 Q = 1,89 3 c h 3 2 [ m3 s ] c-faktoren er forholdet mellem niveauerne på hver side af overløbskanten. For simpelt, at fastsætte en rørmodstand og en rør karakteristik, blev der beregnet på flowet i forhold til ampere. Resultatet blev ikke nøjagtig nok til, at fastsættelse af en rørmodstand. Derfor skal flowet fastsættes 68. Afprøvning af pumper ift. flow En rørkarakteristik har udgangspunkt i tryk og flow, i det følgende vil det undersøges om flowet kan fastsættes. Der er seks problemer man skal holde sig for øje: 1) Der går langt tid til en sætpunktsændring kommer til CRA 2) Når der kommer mere vand til forrens, og vandspejlet stiger i indløbet, kan indløbspumperne flytte mere vand 69. Derfor vil man ikke kunne hold niveauet 100% fast. 3) I indløb er det clamp on målere og i CRA er det MAC målere 70. Dermed kan der være forskellige i resultatet. 4) Det er ikke muligt, at undersøge hvor meget ristegods, sand og fedt, man tager fra, mellem indløbet og udløbet. 5) Der kommer vand fra to forrenseanlæg 71 til CRA. 6) Der måles med forskellige tidsintervaller 72. Det er set, at en sætpunktsændringer, først manifestere sig mellem 20 og 40 min efter i CRA. Derfor er det nødvendigt, at opsætte en situation, som kan fastholdes i en time for, at kunne få det reelle billede. Ud fra dette er der blevet lavet en ændring i IGSS en 73, hvor man manuelt kan indlægge en frekvens 74. Da det er forbundet med stor risiko for materiel skader, at tørlægge sumpen, og det miljømæssigt uforsvarligt, at lave overløb til åen, er det vigtig, at kunne holde niveauet neutralt i sumpen. Derfor er der lavet mulighed for, at 68 Se bilag Pga. at Hgeo bliver mindre. 70 MAC er et større firma, der har forskellige instrumenter Der kommer vand fra Sdr Bjert og Kolding til CRA, derfor skal vandet fra Sdr Bjert trækkes fra målingerne i CRA, for at finde flowet fra Kolding 72 Der måles pr 5. sek. i Kolding og pr 10 sek. i CRA 73 SCADA systemet, se indledningen 74 Se bilag 5 hvor der er et felt i øverste venstre hjørne, til manuelt at indstille frekvens 35

37 styre indløbet, for på den måde, at kunne ramme, at det der kommer til udløbsstationen også er det der pumpes væk 75. Testen er startet omkring kl 09:00, hvor privatforbruget er faldet 76. Problemet med de to forskellige måleudstyr der sidder hhv. i CRA og i indløbsstationen, vil først vise sig ved resultatet. I indløbet 77 er det clamp on målere, hvor det i CRA 78 er MAC flowmålere, hvilket betyder, at det er to forskellige måder at måle flow på. Det kan give nogle måledifferens. En clamp on måler, fungere via ultralyd. Fig. 26 viser hvordan en clamp on fungere teoretisk Fig. 26 viser hvordan men ved at måle for forskellen mellem lydbølger, giver et billede af flowet. 79 I CRA er det et MAC inline flowmetere der sidder. Derudover vil der blive lidt måler usikkerhed, da spildevandet ristes og sand/fedt tages fra. Dette er dog så lille en del, at det bør ikke spille ind. 75 En stor svingning i sumpen, vil også give en svingning i Hgeo, dette er dog er større problem i indløbet, end ved udløbet da svingningen er så procentvis lille. 76 Der er særligt behov for vand om morgenerne, når folk skal i bad, have morgenmad og sætte opvaskemaskinen i gang. Testen er kørt en tørvejrsdag. 77 På bilag 19 ses et styringsbillede fra IGGS over indløbsstationen. 78 På bilag 20 ses et styringsbillede fra IGGS over indløb i CRA. 79 Fig. 26, er lånt af On%20flowm%C3%A5ler 36

38 Man skal også være opmærksom på, at der også kommer vand fra et mindre forrensningsanlæg i Sdr. Bjert, til CRA 80. Derfor skal man trække de vandmængder, der kommer fra Sdr Bjert, fra de vandmængder der kommer til CRA, for at få flowet fra Kolding. Dette Flow kan sammenlignes med flowet, fra indløbsstationen i Kolding. Slutteligt, måles der på forskellige tidsintervaller. I CRA måles der hvert 10 sekund, alle andre steder måles, der hvert 5 sekund. Dette kan udlignes ved at se bort fra halvdelen af de målepunkter, der er tager hver 5. sek. Da det hele er styret fra den samme server hvor IGSS ligger på, er alle data logget med samme ur, hvorfor der ikke skal tages højde for tidsforskelle. Med udgangspunkt i alt dette har jeg opstillet to test, på baggrund af ampere forbruget og frekvensen. Fremgangsmåden er: 1) Sæt indløbspumpe 1 i manuel og 50 Hz. 2) Sluk alle andre pumper i indløb, og luk spjæld. 3) Sæt udløbspumpe 3 i manuel 45,3 Hz 4) Sluk alle andre pumper i udløbsstationen 5) Juster indløbspumpen, så tilløb svare til udløb (udløbssumpen holdes neutral. 6) Lad testen kører i 60 min. Testen gennemføres med udløbspumpen på hhv. 45,8Hz og 50,6Hz. Dette udelukkende for at sammenligene med teste hvor ampere indgik i stedet for flow. 81 Årsagen til, at der ikke laves test ved 55Hz er, at CRA har sværre ved store udsvingninger, og der skal der være nok vand til at pumpe væk. 80 På bilag 20 ses et billede af indløb i CRA og på Bilag 21 ses billede af Sdr. Bjert 81 Se bilag 18 37

39 Resultat af afprøvning Test 1 Andy Schmidt Første test er med udgangspunkt i 45,3Hz. Følgende data er frembragt: Handling Klokkeslæt Linje i Excel 5 sek. 10 sek. Start 08:52:45 2 Ro i systemet 08:55: Slut 10:16: Man kan se, at der er ro på systemet relativt hurtigt, sætpunksændringen var ikke stor, motoren kørte med 46Hz da testen startede og dermed var der ro på systemet kort tid efter. 3,25 3,2 3,15 3,1 3,05 2,95 3 2,9 2,85 Tryk efter sætpunktsændring RA0001-UPF01-TRYK- LEDN Fig. 27 grafen viser udsvinget efter sætpunktsændringen. Der har været et tryk i røret på 3,04 bar i gennemsnit, hvilket stemmer godt overens med de 3,05 bar, som var vist ved samme frekvens og Hz. 38

40 :54:10: :57:20: :00:30: :03:40: :06:50: :10:00: :13:10: :16:20: :19:30: :22:40: :25:50: :29:00: :32:10: :35:20: :38:30: :41:40: :44:50: :48:00: :51:10: :54:20: :57:30: :00:40: :03:50: :07:00: :10:10: :13:20: :16:30:000 Andy Schmidt Niveau & ampereforbrug i udløb Kolding RA0001-UPF-NIV-GNS RA0001-UPF01PU03_I Fig. 28 forholdet mellem sumpniveau og ampereforbrug i udløbsstationen i Kolding Jf. fig. 28, er der ikke forskel på det optaget ampereforbrug som ligger meget stabilt på 184 A og niveauet som svinger 222,6A op til 265,5A. Det skyldes, at løftehøjden er markant større end sumpstørrelsen. Dermed er det en procentvis lille afvigelse. Det er mere vigtigt ved indløbssumpene, da her er Hgeo mindre, og dermed vil én cm være procentvis større. 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 Flow fra Kolding sammen med Flow til Kolding L/s RA0001-IPF01ML06_FLOW Fig. 29 Flowet fra indløbet Kolding sammenlignes med flowet til CRA Fig. 29 viser, at målingerne fra CRA er pulserende, hvilket skyldes opstillingen og målerne. Det ses også, at der er en periode omkring kl 09:36 til 09:48, hvor pulsene ligger tæt omkring flowet fra indløb i Kolding. Derfor tages der udgangspunkt i den del. 39

41 :26:00: :26:40: :27:20: :28:00: :28:40: :29:20: :30:00: :30:40: :31:20: :32:00: :32:40: :33:20: :34:00: :34:40: :35:20: :36:00: :36:40: :37:20: :38:00: :38:40: :39:20: :40:00: :40:40: :41:20: :42:00:000 Andy Schmidt Gennemsnittet til CRA er 185,9 L/s. til sammenligning er indløbsflowet 177,33 L/s. altså er der en difference på 8,6 L/s. 4,8% gennemsnittet er på 181 L/s Den difference kan bero på målerfejl og indsivninger i de 4 km gravitationsrør. Dog er det så lidt, at det vurderes acceptabelt. Via test 1 har jeg et punkt til rørkarakteristikken, med et tryk på 3,05 bar og et flow på 181 L/s Test 2 Samme fremgangsmåde er gjort ved test 2, ved frekvens 50,9 Hz og følgende da fremkommer Handling Klokkeslæt Linje i Excel 5 sek. 10 sek. Start 10:26:00 2 Ro i systemet 11:00: Slut 12:03: Man kan se at der går længere tid før der kommer ro på systemet. Test 2, efter sætpunktsændring ,2 3,18 3,16 3,14 3,12 3,1 3,08 3,06 3,04 3,02 3 RA0001-UPF01PU03_I RA0001-UPF01-TRYK-LEDN Fig. 30 udsnit af graf efter sætpunktsændring. 40

42 :00:10: :02:40: :05:10: :07:40: :10:10: :12:40: :15:10: :17:40: :20:10: :22:40: :25:10: :27:40: :30:10: :32:40: :35:10: :37:40: :40:10: :42:40: :45:10: :47:40: :50:10: :52:40: :55:10: :57:40: :00:10: :02:40:000 Andy Schmidt På fig. 30, ses det, at der er nogle markante flow og trykændringer, omkring kl 10:32 og igen 10:37 for at være helt sikker på, at det ikke længere har indflydelse ventes der til efter kl 11, inden der laves målinger. Samtidig justeres flowet fra indløbet for, at kunne holde niveauet neutralt. Kl 10:45 justere der sidste gang på frekvensen, hvilket igen ligger i tråd med, først at starte på testene kl 11:00. Flow fra Kolding sammen med Flow til Kolding 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 L/s RA0001-IPF01ML06_FLOW Fig. 31 Flow fra indløb i Kolding og flow til CRA Der ses på fig. 31, at der er for det første er samme svingninger, som ved test 1, men også, at der omkring kl 11:23 og 11:40 er tilnærmelsesvis sammen flow. Derfor sammenlignes flowet i den periode. Gennemsnittet til CRA er 298,2 L/s. til sammenligning er indløbsflowet 297,3 L/s. altså er der en difference på 0,4 L/s. 0,1% gennemsnittet er på 297,7 L/s. Ved denne test, lå trykket på 3,08 bar. Tryk under test De to test har vist hhv. 3,04 og 3,08 bar, i forhold til 2,98 bar når der ikke kører pumper. Det er en relativ lille trykstigning, hvilket skyldes at trykket måles røret, hvor rørdiameteren bliver større og modstanden mindre. Målte man lige efter pumpen, vil man måle et højere tryk. Den anden årsag er, at der med det lille flow, er en forsvindende lille rørmodstand. Røret er lagt ud 41

43 til 5.000m 3 /h og hvilket svare til knap 1400L/s. I test 2 bliver der kun pumpet ca. 1/5 af hvad røret er langt ud til. Derfor modstand i røret meget lille. Rørkarakteristik med flow Ved at gennemføre de to test, bliver der lagt to til på plads. Delt for vi 2 koordinator til rørkarakteristikken, og dels kan vi se hvad grundlasten er. Fig. 32 punkterne fra test 1 og 2, sammen med Hgeo I fig. 32 ses det, at rørkarakteristikken er en parabel. Toppunktet er placeret i punktet (-350; 2,94) er til venstre for ordinaten 82. I princippet bør toppunktet ligge på y-aksen. Det kan se ud som om at toppunktet ligger langt til venstre. Dog skal rørkarakteristikken ses med udgangspunkt i, at der er lagt op til at kunne levere 5.000m 3 /h ~ 1388L/s. Derudover er 3 punkter ikke mange, og de 2,98 bar kun er en tilnærmet hgeo På bilag 22 er rørkarakteristikken indtegnet 83 Hgeo er 3,4 bar, men der måles 2,98 bar ved stilstand. Se afsnittet med tryk i rør. 42

44 Andy Schmidt Årsagen til at ampere ikke kan bruges i stedet for flow Når vi ved, at der næsten ikke er nogen modstand i røret, ved et flow på 300L/s, kan man se, at rørkarakteristikken med ampere er for stejl 84. Årsagen ligger i, at der kun måles et ampere forbrug, og at der ikke tage højde for effektfaktoren og dermed heller ikke wattkomposant og wattløskomposant. Se fig. 33. Fig. 33 Tilnærmet vektordiagram for asynkronmotor Ved små asynkronmotor kan tomgangstrømmen være helt op til 80-90% af fuldlaststrømmen 85. De 2 amperemålinger der er fortæller intet om motorens belastning og pumpens leveringspunkt. Grundlast Ud fra de to test er der skrevet, at grundlasten findes. På fig. 34, er der lavet en kurve over frekvensen, for at se hvordan den er fordelt Fordeling af frekvens RA0001-UPF02PU01_V RA0001-UPF01PU03_V Fig. 34 fordeling af Hz pumpe 1 & 3 kører med. 84 Se bilag Jf. bogen Elektroteknik 3 af Poul Erik Petersen 43

45 Ved hurtig at inddele området i 3 grupper: Hz %-fordeling Pumpe 1 %-fordeling Pumpe ,9% 11,4% ,1% 50,6% ,0% 38,0% Fra 0-45 Hz er når motoren starter og stopper. Test 1 er ved 45,3Hz og test 2 ved 50,9Hz. Grafen i fig. 34 er ikke et udtryk for om pumperne kører samme tid. Dog er det sikkert, at pumperne kører sammen med andre pumper, når de kører overfrekvens. Dermed kan man med rimelighed konkludere, at omkring 50% af tiden kan man nøjes med et flow optil 300L/s, dermed må det være grundlasten. 44

46 Delkonklusion Andy Schmidt Gennem de foregående afsnit er der gennemgået hvordan pumpestationen er i dag. Det kan konkluderes, at de måneder der er i 2015 kan sammenholdes med de data der findes pr måned i 2012, 13 og 14, og at 2015 kan anvendes som reference år. På baggrund analyser på driftstimerne kan det konkluderes at de store pumper har et ringe antal driftstimer i forhold til de små pumper. Derfor kan det være svært, at holde en fornuftig betalingstid ved, at optimere på de store pumper. Derfor vil der kun blive arbejdet med de små pumper, i det efterfølgende 86. Med den styring der er i dag kører pumpe 3 næsten 100% af tiden. Derfor regnes der i det efterfølgende med pumpe Såfremt man forsætter med den styring der er i dag, forsøgsvis sætte stort hjul på pumpe 1. Dermed vil udnytte motoren og evt. reducere aflastningerne til recipienten. Der er en divergerende opfattelse af hvordan styringen er, i forhold til styringsbeskrivelse. Derudover er der decideret fejl i styringsbeskrivelsen. Der kan være nogle besparelser forbundet med den fastsatte hysterese og derfor bør det undersøges om den fastsatte hysterese er korrekt. Motorerne er ikke belastet 100%, da hjulene er drejet ned. Derfor vil det være nok, at investere i 160kW motorer i stedet. Det konkluderes, at grundlasten er på 300L/s, og ved det flow er der ikke nævneværdig modstand i røret. Rent vedligeholdelsesmæssigt, ser det ud til, at de store pumper bliver vedligeholde optimalt. De kører omkring timer på et hjul. Til gengæld bør vedligeholdelsen ses efter ved de små pumper. Et spaltetab på 9 mm giver en så ringe virkningsgrad, at der bør være ske renoveringer tidligere. Denne fejl opstår sandsynligvis, fordi man ikke er opmærksom på at pumpe 3 kører markant mange flere timer end pumpe 1. Det anbefales at BK udarbejder et vedligeholdelsesprogram for pumperne. Her kan foreslå, at man laver vedligeholdelses ud fra ampere forbruget, som gjort før. Det er også en mulighed, at pumpe op mod lukket ventil, og lave en analyse ud fra dette. Slutteligt vil man kunne lave mere nuanceret analyse 86 Ved indkøb til optimering af flere pumper på en gang, kan man opnår nogle besparelser, som vil gøre det rentabelt, at udskifte de store pumper. Dette vil der ikke arbejdet med. 87 Når en LCC er kortlagt på en lille pumpe, er kan det justeres i forhold til driftstiden. 45

47 ved, at montere trykmålere før og efter pumperne. De målinger kan også bruges til, at bestemme behovet for kommende vedligeholdelse. Drevets virkningsgrad er målt til 92,6% og jf. mærkepladen er den 91,08%. Der regnes videre med et gennemsnit på 91,9%. Motorerne er forventeligt EFF1 motorer, med en virkningsgrad på 91% fra ny af. Der regner videre med en virkningsgrad på 88% grundet alderen. Pumperne er svære at beregne på, dels fordi de er modificeret, og dels fordi sliddet ikke er kortlagt, hvorfor det ikke kan fastlægges hvordan deres virkningsgrad er. Hypoteser på baggrund af delkonklusionen Ud fra delkonklusionen kan man udlede, at det kan betale sig, at arbejde videre med de små pumper. Ud fra dette kan man komme med følgende hypoteser: Det kan betale sig at udskifte drevene på pumpe 3. Det kan betale sig at skifte motorerne til pumpe 3. Det kan betale sig at skifte en pumpe til en mindre, der kan tage grundlasten. På baggrund af den almene viden om elmotorer, er det kun et spørgsmål hvor kort tilbagebetalingstiden er på en ny motor, spørgsmålet er om det kan betale sig, at investere i en IE3 eller en IE4. Ved at skifte drevet, fremkommer der en række fordele i ved programmering af PLC mv. De gamle drev har en relativ dårlig virkningsgrad i forhold til nye. Men der er en række ulemper da det tager længere tid at installere og der skal laves en ny programmering. Spørgsmålet er om fordelene opvejer ulemperne eller omvendt. Ved at skifte pumpen vil man måske kunne finde en mindre pumpe som passer bedre til grundlasten, og dermed behøver man ikke, at have en 200kW motor. Dog er der en masse rør, flanger og sokler som skal laves om. Dertil kommet, at der kan komme ny motor og VSD samt programmering. Dermed kan initialinvesteringen blive stor, hvilket vil give en lang tilbagebetalingstid. 46

48 Indhentning af tilbud Som grundlag til størrelsen af investeringen, har jeg valgt, at indhente tilbud på drev og motor fra ABB, gennem Elektroservice 88 i Esbjerg, dels har de selv regnet på en IE4 og i denne opgave vil der blive regnet på en IE3 motor. Grønbech og Sønner, er kommet med et tilbud på en Sewatec pumpe fra KSB 89. Synkron reluktansmotor fra ABB ABB har udviklet en synkron reluktansmotor, kaldet SynRM 90, som har en række fordele. Den største fordel for dette projekt, er at det samlede tab for drev og motor overholder IE4 normen. Dvs. IE4 er en norm for motoren alene, men de samlede tab er så små, at hele pakken overholder motornormen. Jf. fig. 35 er virkningsgraden er oppe på 96,7% inkl. drev. Fig. 35 udklip fra ABB katalog På bilag 26 ses dokumentation fra elektroservice på hhv. pumpe 1 og 3. på pumpe 3, er der en Return Of Investment (ROI) på 16,4 måneder, mens der er en ROI på 56,2 måneder på pumpe 1. Det giver et gennemsnit på 36,3 måneder, svarende til 3 år, hvis man investere 2 motorer. LCC beregning Formålet med en LCC er, at sikre, at alle udgifter er med. Der er et hav af forskellige måder at opstille og inddele udgifterne. Mange vælger at dele LCC op i Life Acquisition Cost (LAC) og Life Support Cost (LSC), altså de omkostninger der er forbundet med anskaffelsen og de omkostninger der er forbundet med vedligeholdelse. Udfordringen for BK er, at det ikke er en produktionsenhed, der er ingen forøget indtjening ved, at optimere deres 88 Se tilbud fra elektroservice i bilag Se tilbud fra Grønbech og sønner på bilag B.pdf 47

49 pumper, lige som det vil være for en virksomhed der kan forøge deres effektivitet og sænke deres udgifter mv. Det eneste der kan indgå som en fortjeneste, er en reduktion i energiforbrug. Derfor er der stille følgende overskrifter op som man vil kunne fylde ud. Investering Vedligeholdelse Bortskaffelse Driftsomkostninger Modifikationen Bortskaffelsen er vigtig BK, af forsiden af deres hjemmeside står der, Vi er stadig dem der går forrest for, at sikre miljø og klima i Kolding. Dermed er der lagt fokus op dette. Der kommer hele tiden nye teknologier, fx kommer der nye typer pumpehjul, og materialer. Nogen kan implementeres ved udskiftning, andre er man nødt til at lave en større modificering. Derfor er der lavet mulighed for tage det med i sin betragtning. Ud fra de tilbud der er kommet på drev og motor fra ABB, samt pumpe fra KSB er der lavet en LCC beregning på hver del. 48

50 Drev Andy Schmidt Investering Der er givet tilbud på en ABB ACS580 omformer 91. Den koster kr 92 derudover skal den installeres og monteres. Installering 93 2 mand 2 dage, 28 mandetimer, 8.400kr. Materialer kr. Programmeringen 10,5 timer 95 á kr kr. Total investering kr. Årlige Indtægter I nogle tilfælde tager man driftsudgifterne med i LCC. I dette tilfælde vil det betyde, at der ikke er nogen indtægt, hvormed, at investeringen aldrig bliver rentabel. Derfor betragtes besparelsen som indtægt. Fig. 36 udklip fra kataloget Det fremgå af fig. 36, at virkningsgraden er på 98%. Det drev der sidder der i dag har en virkningsgrad på 91,9%. Dermed bliver indtægterne differencen 91 Kataloget findes her: 92 Dette er en listepris, det vil være muligt at få rabat og evt. finde tilsvarende billigere. Se bilag Efter samtale med elektrikeren ved BK. 94 Ny skabe mv kr er en vurdering ud fra elektrikernes udsagn. 95 Jf. projektingeniør Erik K. Lauridsen vil programmeringen tage 1-2 dage, se bilag ,5 timer er et gennemsnit. 96 Det er en vurdering fra BK at det koster mellem 900kr og 1000kr se bilag 28 49

51 på den 6,1%. Der antages, at motoren trækker omkring 160kW 97, og dermed bliver besparelsen 9,75kW. Pumpe 3 har omkring 8000 timer om året, og giver 75 øre pr kwh besparelse = h 9,75kW 0,75 kr år kwh = kr år Levetidsudgifter udgifter ABB har en vedligeholdelsesplan 98 for deres drev. Det sikre, at deres produkter altid yder, så optimal som muligt, og at der ikke er nogen uforudsete udgifter. Fig. 37 Udklip fra ABB katalog, eksempel på vedligeholdelsesplan. Det ses af fig. 37, at der årligt er nogle Inspektioner og Udskiftninger der skal gøres. Efter samtale med Jørgen Bruhn 99, fremgår det, at deres service intervaller ligger med 3 års mellem rum, og man laver en service aftale, som danner grundlag for prisen. Da BK har egne elektrikere, antages der at de skal bruge 3 timer, med en løn til 300kr pr time Denne beregning er på drevet og dermed de eksisterende 200kW motorer, som ikke kører fuldlast. Skulle man investere i en ny motor, vil det sandsynligvis også være en 160kW dermed optager den 160kW + tab. 98 Katalog for livscyklus serviceydelser fra ABB: _RevC_DA.pdf 99 Jørgen Bruhn sidder ved driveservice øst, bal/dkabb/dkabb501.nsf/0/7f11c680dab0eb4bc1256fc400447a33/$file/kontakliste pdf 100 Se metode afsnittet. 50

52 Typisk materialeforbrug ser således ud 101 : 3. år 6. år 9. år 12. år 15. år 18 år. Intern ventilator 150kr 150kr 150kr 150kr 150kr 150kr Hoved ventilator 750kr 750kr 750kr 9 års kit 2.400kr 2.400kr Dermed bliver service priserne følgende: 3. år 6. år 9. år 12. år 15. år Service 900kr 900kr 900kr 900kr 900kr Materialer 150kr 900kr 2.550kr 900kr 150kr Total 1.050kr 1.800kr 3.450kr 1.800kr 1.050kr Da det 18. år er markant dyrt pga. 9 års kit, og ventilator, er det oplagt at skifte det inden denne udgift kommer. Samlet service 5 900kr 4.500kr Samlet materialer kr Efter samtale med produkthandleren Havnens jern & metal APS 102 går indtægter og udgifter op mod hinanden, ved bortskaffelse af et drev. Derfor sættes prisen for dette til 0kr Samlet set er der udgifter for 9.150kr total, svarende til 509kr/år. I dette er der ikke taget højde for en prisudvikling, derfor er det kun til en beregne en simpel tilbagebetalingstid 103. Samlet LCC for drev. Samlet er udgifterne for drevet kr i investering og 9.150kr i vedligeholdelse. Årligt er der en besparelse på kr tilbagebetalingstid = total udgifter = = 2,95 år årlig besparelser Dog skal regner BK med en kalkulationsrente på 5%, dette bliver behandlet under afsnittet lønsomhed. På bilag 29 er der lavet et overblik over udgifter og indtægter for drevet. 101 Blue Kolding vil have en LCC på 15 år. Dermed bliver det dyre 18. år ikke taget med Der er ikke taget højde for en prisstigning eller salg af CO2-kvote 51

53 Motor Andy Schmidt Investering Prisen på ABB M3 IE 3 motoren er kr 104 Installering mand 2 dage, 28 mandetimer, 8.400kr. Materialer kr. Total investering kr kr. Årlige indtægter. Som ved drevet, betragtes besparelsen som indtægten. Motorens virkningsgrad, er som beskrevet tidligere, på 88% Jf. ABB katalog 107, se fig. 38, har en 160kW IE3 motor en virkningsgrad på 96,5% 108 Fig. 38 udklip fra ABB katalog Dermed er der en besparelse på 8,5% Jeg antager 109 at motoren trækker omkring 160kW, og dermed bliver besparelsen 13,6kW. Pumpe 3 har omkring timer om året, og giver 75 øre pr kwh besparelse = 8000 h 13,6 kw 0,75 kr år kwh = kr år Der er en del jern og kobber i en motor, hvorfor det er rentabelt at sælge den efterfølgende. En elmotor giver typisk 2,30 kr./kg Jf. bilag Efter samtale med smed ved BK. 106 Det er norm motorer, dermed er det kun en kobling der skal skiftes for at passe sokkel og pumpe. 107 Side Ved fuldlast. 109 På baggrund af afsnittet belastning af motor side Jf. 52