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Energierückgewinnung in Trinkwassersystemen

Autoren
OldBo
10.04.2014
Zur Rückgewinnung elektrischer Energie (ERG) in Trinkwasserversorgungsanlagen werden für größere Leistungen seit langem Wasserturbinen erfolgreich eingesetzt.
Eindüsige W&B Peltonturbine
 Eindüsige W&B Peltonturbine
Quelle: Wiegert & Bähr Maschinenbau GmbH
Unterschiedlicher Wirkungsgradverlauf von Turbinen und rückwärts laufenden Pumpen
 Unterschiedlicher Wirkungsgradverlauf von Turbinen und rückwärts laufenden Pumpen
Quelle: Wiegert & Bähr Maschinenbau GmbH

Zur Rückgewinnung elektrischer Energie (ERG) in Trinkwasserversorgungsanlagen werden für größere Leistungen seit langem Wasserturbinen erfolgreich eingesetzt. Für kleinere Leistungen wurden aus wirtschaftlichen Gründen meist rückwärts laufende Pumpen gewählt. Diese haben aber nur in einem eng begrenzten Fallhöhen/Wassermengenbereich einen guten Wirkungsgrad.

Die Firma Wiegert & Bähr die bewährt W&B Peltonturbine weiterentwickelt und eine Baureihe auf den Markt gebracht, mit der sich auch Leistungen im 2-stelligen Kilowattbereich wirtschaftlich nutzen lassen.

Das Diagramm zeigt den typischen Wirkungsgradverlauf von Pumpen und Turbinen. Wiegert & Bähr Turbinen haben Regelorgane zur Anpassung an die gewünschte Wassermenge und können in einem großen Bereich mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.

Wie das Trinkwasser aus dem Harz Strom produziert
Mit "Trinkwasserkraftwerken" beschäftigt sich auch Rüdiger Müllerin seinem Aufsatz "Energiegewinnung aus der Trinkwasserversorgung in Braunschweig" in der ENERGIE-WASSER-PRAXIS 12/2012, S. 78-80. Braunschweig bezieht sein Trinkwasser aus zwei Talsperren der Harzwasserwerke über eine 36 km lange Fernleitung. Das Harzwasser kommt in Braunschweig mit einem hohen Druck von 13 bar an. Über Druckminderungsventile wurde bislang der Druck auf 5,3 bar abgebaut. Dabei wurde in der Vergangenheit Energie "vernichtet". Jetzt hat BS|Energie (die zu VEOLIA gehörenden Stadtwerke von Braunschweig) zur Druckminderung eine rückwärtslaufende Pumpe mit einer Leistung von 200 kW eingebaut. Bei einer durchschnittlichen Durchlaufmenge von 300 Liter Fernwasser pro Sekunde können damit jährlich rund 1,3 Mio. kWh Strom produziert werden. Das reicht rechnerisch aus, um 370 Haushalte mit einem Durchschnittsverbrauch von 3.500 kWh/a mit Strom zu versorgen. Zur Debatte stand auch der Einbau einer Turbine, die einen besseren Wirkungsgrad als eine rückwärtslaufende Pumpe aufweist - aber: "Der etwas geringere Wirkungsgrad einer Pumpe im Vergleich zu einer Turbine wird durch die erheblich günstigeren Investitionskosten ausgeglichen."
Die 13 Mio. Kubikmeter Fernwasser, die Brauschweig aus dem Harz bezieht, werden gleichmäßig über den Tag bezogen. Um die Verbrauchsschwankungen auszugleichen, verfügt BS/Energie über einen großen Pufferspeicher. Das beeindruckende Speichervolumen wird zu Schwachlastzeiten (in der Regel nachts) aus dem Netz wieder aufgefüllt. Mit einer rückwärtslaufenden Pumpe kann dabei der Netzdruck von etwa 4 bar abgebaut werden. Aus dem Druckabbau der 2,3 Mio. Kubikmeter, die jährlich in den Behälter laufen, können noch ein Mal 90.000 kWh im Jahr produziert werden. Damit können rechnerisch weitere 26 Haushalte mit äußerst CO2-armem Strom versorgt werden. Quelle: BBU-WASSER-RUNDBRIEF Nr. 1010 - Rüdiger Müller - BS/Energy
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Wasserkraft im Trinkwassersystem der Stadtwerke Iserlohn
Die Stadtwerke Iserlohn haben am Hochbehälter Ostfeld eine Anlage zur Energierückgewinnung in Betrieb genommen. Der Hochbehälter dient der Trinkwasserversorgung. Der Höhenunterschied von etwa 57 m wird nun für die Energierückgewinnung genutzt. Das Trinkwasser fließt durch eine als Turbine umgebaute Pumpe mit Asynchronmotor,der als Generator eine Leistung von 6 kW aufweist. Jährlich sollen so etwa 40 000 kWh Strom erzeugt und ins Stadtwerkenetzt eingespeist werden. Die Kosten sollen durch die Erlöse aus der Stromgewinnung innerhalb von fünf Jahren refinanziert sein. Quelle: Dipl.-Geogr. Stefan Prott - EnergieAgentur.NRW
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Inbetriebnahme von Gegendruck-Turbine
Das Wasserwerk Azienda Acqua Potabile Gordola erhielt für seine nachhaltige Wasserversorgung 2010 die Auszeichnung Watt d’Or in der Kategorie "Gesellschaft".
Nach der Optimierung der Wasserversorgungsanlage soll nun das Energiepotential genutzt werden, das durch Gefälle entsteht. Dazu wurde das vor über 50 Jahren gebaute Wasserversorgungsnetz umgestaltet und eine einzige Wasserleitung mit 255m Höhenunterschied, die ideale Voraussetzung für ein Kleinkraftwerk, geschaffen. Im März 2012 wurde in der Trinkwasserversorgung von Gordola die erste Gegendruckturbine (Pelton) im Tessin in Betrieb genommen, um das beträchtliche Energiepotenzial im Trinkwassersystem zu nutzen.
Die Nutzung dieser Energiepotenziale mit normalen Peltonturbinen, wo das Wasser nach der Energieabgabe an den Generator durch die Schwerkraft in ein untenstehendes Becken fliesst, weist einige Nachteile auf, die mit der Gegendruckturbine überwindet werden können. So gelangt das Wasser im Falle der Gegendruckturbine nach der Turbinierung in einen zylinderförmigen und geschlossenen Behälter, in dem ein Druckluftpolster dafür sorgt, dass das Turbinenrad frei drehen kann. Dieses Druckluftpolster wird mit einem Kompressor aufgebaut und reguliert. Das turbinierte Wasser wird mit der Restenergie auf die höhere Ebene des bestehenden Trinkwasserbehälters zurückführt. (Auszug - mehr >) Quelle: ee-news.ch - eecomm GmbH

Quellen
Wiegert & Bähr Maschinenbau GmbH
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