Energibesparelser på Renseanlæg

Transkript

1 Indhold: 3.1 Indledning 3.2 Beskrivelse af indløbsstationen på Aars Renseanlæg 3.3 Måling af energiforbruget på snekkepumperne. 3.4 Energibesparelsesmuligheder 3.5 Sammenfatning 3.1 Indledning Indløbspumpestationer og mellempumpestationer er ofte designet med snekkepumper, da disse har meget stor løftekapacitet. Dette er ofte nødvendigt for at kunne klare spidsbelastninger og regnvejrsbelastninger, men ved tørvejr og lav belastning er snekkepumperne ofte overdimensioneret. En tommelfinger regel siger, at en veldimensioneret pumpe bruger ca. 5 Wh/m 3 per meter løftehøjde. Ved en belastning svarende til max. kapaciteten for snekkepumperne er energiforbruget (Wh/m 3 /m) lavt. Ved en belastning væsentligt under max. kapaciteten bliver energiforbruget væsentligt forøget. Energiforbrug på indløbssnekkepumper er undersøgt som et eksempel på Aars Renseanlæg. 3.2 Beskrivelse af indløbsstationen på Aars Renseanlæg Indløbspumpestationen består af to snekkepumper med en løftehøjde på 4,7 meter. Snekkepumperne kører kontinuert, én ad gangen, med altenerende drift i perioder på normalt 12 min. Ved højt flow kører begge pumper. Der er en niveaumåler i indløbssnekkestationen, der styrer driften af snekkepumperne. Normal vandstand er under nederste niveaugrænse på måleren. Ved nederste niveaugrænse igangsættes begge snekkepumper. Øverste grænse giver alarm ved for høj vandstand i pumpesumpen. Indløbsflowmåleren sidder efter snekkepumperne mellem risten og sandfang. Anlægget går over i regnvejrsprogram, når der tilledes mere end 12 m 3 /h i mere end 5 min. Pumpedata: Spaans Sneglepumper fra Herling og CO as Snegl: 12 mm i diameter, 3-6 omdr. pr. minut. 18 m 3 /h (max. pumpekapacitet) Elektromotorer: Snekke 1: Elektrim, S92L4, 4 kw, 56 A Snekke 2: AEG, AJ18L4, 3 kw, 6 A Installeret med kontakter og motorværn. Ingen frekvensomformer 1

2 Elektromotorerne på snekkerne var oprindeligt begge på 4 kw, men den ene er efterfølgende udskiftet med en 3 kw motor. Denne forskel kan tydeligt ses på de efterfølgende registreringer/grafer, Figur N3-1. Flow: Belastningen på Aars Renseanlæg ligger normalt på 3-5 m 3 /døgn, når der ses bort fra regnvejrsbelastning. Hovedparten af vandet tilledes i dagtimerne fra kl. 7 til sidst på eftermiddagen med et flow fra ca. 2 til 5 m 3 /time. Om aftenen og natten ligger belastningen omkring 1 m 3 /time. 3.3 Måling af energiforbruget på snekkepumperne. Strømmåling på hver af de 2 snekkepumper er målt sammen med flowdata over en længere periode samtidig med, at flowdata blev opsamlet. I nedenstående figur N3-1 er strømforbruget for snekkepumperne vist for en normal flow dag. De store spring mellem målingerne for snekke 1 og 2 skyldes forskellen i motorstørrelsen. Indløb fre da g d. 4. juni Sne k k e pum pe r, k W Flow, m : 4: 8: 12: 16: 2: : Nedbør d. 4. juni: 11 mm Snekke 1k l. Snekke 2 Flow Figur N3-1: Energiforbruget på indløbssnekkepumperne på Aars Renseanlæg. Flowet er midlet over en time. 2

3 Figur N3-2 viser Wh-forbruget pr. løftet m 3 spildevand ind på Aars Renseanlæg som funktion af indløbsflowet (løftehøjde 4,7 m). På samme grafs højre y-akse er vist Wh/m 3 /m løft som funktion af indløbsflowet. Grafen er lavet som et gennemsnit af de 2 snekkepumper. På grafen ses, at ved et flow fra ca. 5 m 3 /time og opefter ligger energiforbruget på ca. 5 Wh/m 3 /m løft svarende til tidligere nævnte tommelfingerregel. Ved et lavere flow stiger energiforbruget kraftigt pr. løftet m 3. Ved et flow på 1 m 3 /time svarende til 1 % af max. kapaciteten er energiforbruget steget til 12,5 Wh/m 3 /m svarende til en stigning på 15 %. Flowafhængigt energiforbrug Indløbssnekkepumper 9 2 Energiforbrug Wh/m Indløbsflow i m 3/h Energiforbrug Wh/m3/m løft Figur N3-2: Energiforbruget pr. m 3 spildevand i snekkepumperne Som det ses af ovenstående, er det energimæssigt dyrt at løfte vandet om aftenen og natten kontinuert med snekkepumperne. 3.4 Energibesparelsesmuligheder: Der opstilles 3 muligheder for at mindske det høje energiforbrug pr. løftet m 3 om aftenen og natten. 1. Ophobning af spildevand i kloaknettet og intervalpumpning ved højere pumpeydelser 2. Installation af mindre indløbspumpe 3. Primær drift med den ene snekke med mindste elektromotor 3

4 Ad. 3.1: Ophobning af spildevandet i kloaknettet og intervalpumpning: Snekkepumperne kan styres ved lavere tilledning om natten, og spildevandet kan ophobes i kloaknettet foran pumperne. Herefter kan spildevandet intervalmæssigt pumpes med et mere energiøkonomisk forbrug pr. m 3. En undersøgelse af kloaknettet ned til Aars Renseanlæg viser, at der er en ophobningskapacitet på ca. 225 m 3 vand svarende til 45 min. tilledning ved et normalt flow på 3 m 3 /t. I tabel N3-1 er lavet en simpel beregning over energiforbruget for oppumpning af 1 m 3 i 9 timer, svarende til en normal nat uden regnvejrsbelastning. Kontinuert drift Interval drift Nat flow: 9 timers drift 4 gange á 225 m 3 9 timer á 1 m 3 Energiforbrug pr m 3 fra figur Flow 1 m 3 /t => 58 Wh/m 3 Flow 225 m 3 /t => 36 Wh/m 3 N3-2 Energiforbrug pr. nat 52,2 kwh 32,4 kwh Tabel N3-1: Energiforbrug pr. nat ved kontinuert eller interval drift af snekkepumper Som det ses af ovenstående tabel, vil der kunne spares 2 kwh (ca. 4 %) af energiforbruget på indløbspumperne pr. nat ved at lave intervaldrift med et billigere energiforbrug pr. m 3 end kontinuert drift med et højere energiforbrug pr. m 3. På årsbasis ville det være en energibesparelse på 7 kwh. Ovenstående er teori, et andet er praksis. Et forsøg med intervaldrift af snekkepumperne viste hurtigt, at skiftene mellem intet flow og flow på 225 m 3 /t gav stødpåvirkninger igennem anlægget. Det største problem var varierende vandstand i sandfanget. Dette bevirkede efterfølgende problemer med regulering af kippe. Her gav det problemer med de skiftende flow fra ingen vand til pludselig meget vand og igen ingen vand.. Forsøget viste hurtigt, at det på dette anlæg ikke var en anvendelig metode til at opnå energibesparelser. Ad. 3.2: Installation af mindre indløbspumpe I stedet for det høje forbrug pr. løftet m 3 for snekkepumperne kan der installeres en dykket spildevandspumpe med en optimal kapacitet svarende til nat-flowet. I nedenstående tabel er lavet en simpel beregning over energiforbruget pr. nat for at løfte vand op gennem indløbspumpestationen. Der er lavet en beregning for de eksisterende snekkepumper samt for en dykket centrifugalpumpe. I beregningseksemplet er brugt et natflow på 1 m 3 /h i 9 timer. Dette er svarende til en normal nat på Aars Renseanlæg. 4

5 Der er foretaget en beregning over energiforbruget for en dykket centrifugalpumpe med en motor på 3,1 kw og et flow på 14 m 3 /t. Med en løftehøjde på 4,7 m vil energiforbruget blive 27,1 Wh/m 3. Natflow: 9 timer a 1 m 3 /h Eksisterende Snekkepumper Energiforbrug pr. løftet m 3 fra figur N3-1: Flow 1 m 3 /h => 58 Wh/m 3 Vandmængde: 9 m 3 /nat Dykket Spildevandspumpe Flygt, type CP312 MT 3,1 kw el motor Energiforbrug pr. løftet m 3 fra tilbud fra Flygt: Flow: 14 m 3 /h => 27,1 Wh/m 3 Vandmængde: 9 m 3 /nat Energiforbrug pr. nat: 52 kwh 24 kwh Kapacitet: 2 x 18 m 3 /h 14 m 3 /h Pris eks. installering: 2.39, Tabel N3-2: Energiforbrug pr. nat for snekkepumpe og dykket centrifugalpumpe I ovenstående tabel ses det, at der ved installation af en rigtigt dimensioneret pumpe svarende til det aktuelle flow kan opnås en besparelse på 28 kwh pr nat ved et flow på 1 m 3 i 9 timer. Det svarer til en årlig besparelse på 1.22 kwh. Besparelsen kan øges ved at udvide beregningsperioden med lavt flow fx. ved at indregne weekender og ferier. Herved kan der opnås en samlet besparelse på ca. 15. kwh pr. år. Ovenstående beregning er kun et eksempel på, at det vil kunne betale sig energimæssigt at installere en pumpe, der er tilpasset det aktuelle flow. Besparelsen på 1. kwh pr. år skal ses i lyset af, at det er den billige strøm til nat-takster, der spares, og derfor vil tilbagebetalingstiden for investering i ny pumpe til ca. 2. kr.. + installering ikke kunne forsvares alene af energibesparelsen. Derimod kan andre faktorer øge interessen for denne løsning: Mindre vedligeholdelse/slitage af snekkepumperne Udskydelse af evt. investering i ny motor eller gear Ad. 3.3: Primær drift med snekken med mindste elektromotor Som det ses af figur N3-1, er der en forskel i energiforbruget på de 2 snekkepumper, der skyldes forskellen på størrelsen af elektromotorerne. Snekke 1 har en 4 kw motor og Snekke 2 har en 3 kw motor. Det er en forskel på 25 % i forhold til snekke 1. Denne forskel ses tydeligt på nedenstående graf, hvor Wh-forbruget pr. løftet m 3 (løftehøjde 4,7 m) er vist som funktion af flowet for henholdsvis snekke 1 og snekke 2. 5

6 Wh /m 3 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Indløbssnekkepumper, Aars Renseanlæg Forskel i energiforbrug Snekke 2 Snekke Flow i m3/h Figur N3-3: forskel på de 2 snekkepumper i indløbsstationen på Aars Renseanlæg Ved hovedsageligt kun at bruge snekke 2 med den mindste motor ved daglig drift og derfor kun bruge snekke 1 ved regnvejrsbelastninger kan der ved et årligt flow på 1.5. m 3 opnås en besparelse på 825 kwh fordelt jævnt ud over de forskellige tariffer. 3.5 Sammenfatning En tommelfingerregel siger, at en veldimensioneret pumpe har et energiforbrug på 5 Wh/m 3 /m løftehøjde. Snekkepumper i indløbsstationer og mellempumpestationer har ofte stor kapacitet for at kunne klare spidsbelastninger og regnvejrsbelastninger, hvorved de ved lavt flow er meget overdimensionerede. Det bevirker, at ved lavt flow kan energiforbruget være op til 15 % højere pr. m 3 end ved det flow, pumperne er dimensioneret til. Indløbspumpestationen indeholdende 2 snekkepumper på Aars Renseanlæg er blevet undersøgt for at finde eventuelle energibesparelser: Målinger af energiforbruget viste, at ved lavt flow er energiforbruget pr. løftet m 3 med snekkepumperne forholdsvist højt i tommelfingerreglen. I tabel N3-3 er opstillet 3 forslag til energibesparelse på snekkepumperne: 6

7 2 Installation af dykket centrifugalpumpe dimensioneret til nat-flowet 3 Drift af snekkepumpe med mindst el-motor Forslag: Årlig besparelse: Bemærkninger: 1 Intervaldrift af pumper i stedet for kontinuert drift i nat perioden 7. kwh Intervaldrift med intet flow eller højt flow kan give procesmæssige problemer samtidigt med at en del udstyr styres efter indløbsflowmåleren 1. kwh Besparelsen er beregnet på 9 timers flow á 1 m 3 /t. Beregningen kan udvides til at inkludere weekenddagtimerne, hvorved besparelsen bliver på 15. kwh 8.25 kwh Ved design af indløbssnekkestationen blev begge snekker installeret med en 4 kw motor. Efterfølgende er den ene udskiftet med en 3 kw motor. Ved hovedsageligt at bruge denne snekke kan besparelsen på 825 kwh opnås. Tabel N3-3: Forslag til energibesparelser på indløbsstationen på Aars Renseanlæg Der er ikke taget stilling til, hvorvidt forslag 2 eller 3 implementeres. 7