Studium przypadku
Jak dynamiczne zarządzanie ciśnieniem Grundfos DDD pomogło uniknąć długich i kosztownych inwestycji
Sytuacja
Przedsiębiorstwo Gospodarki Komunalnej Sp. z o.o. w Wolsztynie dostarcza rocznie ponad 1’800’000 m3 wody do ok. 30’000 mieszkańców, a także zakładów produkcyjnych i obiektów użyteczności publicznej na terenie całej gminy Wolsztyn. Dział Wodociągów i Kanalizacji od wielu lat z powodzeniem wdraża innowacyjne rozwiązania techniczne, jak m.in. unikatowy na skalę krajową system uzdatniania Hydrox, przeprowadzający odżelazianie i odmanganianie wody już w warstwie wodonośnej. Przedsiębiorstwo obsługuje 220 km sieci, pierwotnie z wykorzystaniem wieży ciśnień, zapewniającej bufor 700 m3 wody niezbędny przy dużych rozbiorach, najczęściej w sezonie letnim.
W 2014 r chcąc zbadać efektywność energetyczną głównej stacji uzdatniania Wroniawy, Przedsiębiorstwo zwróciło się do firmy Grundfos po pomoc, prosząc o przeprowadzenie Audytu Energetycznego. Obecny na stacji zestaw składał się z 6 pomp poziomych o mocy 55 kW każda. Był znacznie przewymiarowany i sterowany w nieefektywny sposób, w efekcie zużywając średnio 0,273 kWh na każdy m³ czystej wody tłoczonej do sieci.
Raport z audytu jasno wykazał, że instalacja 4 nowych pomp NBG-100-65-200 o mocy 22 kW oraz szafy sterowniczej z przetwornicami częstotliwości umożliwi dostarczenie maksymalnej wymaganej wydajności 560 m3/h, jednocześnie zmniejszając energochłonność do 0,216 kWh/m³. Mając na uwadze w/w korzyści PGK Wolsztyn zdecydowało się na modernizację. Ostatecznie zmniejszyło zużycie energii na pompowanie o 30% osiągając oszczędności ponad 98’000 kWh rocznie, a cała inwestycja zwróciła się w 2,7 roku.
Nowy układ utrzymywał stałe ciśnienie, a płynne sterowanie prędkością obrotową pomp zlikwidowało efekt uderzeń hydraulicznych i znaczne uprościło pracę obsługi technicznej.
Przełączanie pomp było problematyczne, obsługa musiała przymykać przepustnicę na jednej pompie, jednocześnie otwierając na drugiej. Była to czasem praca ze stoperem - tyle % otwarcia przez tyle sekund. Ciśnienie w sieci potrafiło udarowo skoczyć o ponad 0,5 bar. Zdarzało się, że przepustnica się nie zamknęła i przepływ rósł niemal dwukrotnie. Problem zniknął z dnia na dzień po modernizacji. Nowy układ sterowania automatycznie, płynnie regulował prędkość pomp, utrzymując ich równe godziny pracy, a uderzenia hydrauliczne zniknęły.
Po kilku latach pojawiło się kolejne wyzwanie. Obecna na sieci wieża ciśnień pracowała nieprzerwanie od 1992 r. i w 2020 uległa awarii, gdy na wysokości 36 m pojawiło się spore pęknięcie. Wezwano alpinistów, którzy wykonali skanowanie 3D wnętrza wieży, opracowano ekspertyzę i okazało się, że górny zbiornik utracił szczelność i wymaga poważnego remontu. Naprawa wiązała się z inwestycją rzędu 1’500’000 PLN.
Zdjęcie: (po lewej) wieża ciśnień w Wolsztynie (na środku) panorama miasta ze szczytu wieży (po prawej) pęknięcie zbiornika
Przedsiębiorstwo rozważało dodatkowo remont umieszczonych na mieście zbiorników buforowych oraz budowę kolejnej stacji podnoszenia ciśnienia. Potencjalnie oznaczało to inwestycje rzędu kolejnego 1’500’000 PLN, prace projektowe oraz uzyskanie niezbędnych zgód i dopełnienie wielu formalności.
Mając na uwadze wcześniejsze korzyści PGK Wolsztyn ponownie zwróciło się po pomoc do firmy Grundfos.
Rozwiązanie
Najlepszym podejściem okazało się przeprowadzenie Audytu Energetycznego z analizą sieci. Zbadano profil pracy obecnego układu oraz jego sprawność i energochłonność, jednocześnie rejestrując przebiegi ciśnień w punktach pomiarowych na sieci. W efekcie badania firma Grundfos zasugerowała odłączenie uszkodzonej wieży ciśnień i wprowadzenie dynamicznego zarządzania ciśnieniem DDD.
Zdjęcie: Uruchomienie audytu DDD. Bartłomiej Kala (Specjalista ds. Optymalizacji Energetycznej, Grundfos), Mateusz Ziomek i Witold Zboralski (PGK Sp. z o.o. Wolsztyn)
Zaproponowane rozwiązanie obejmowało modernizację układu sterowania oraz dostawę 6 pomp CR125-2. W przypadku gdy wieża nie stanowi już bufora kilkuset m³ przy dużym zapotrzebowaniu, nowy układ jest w stanie zapewnić wydajność nawet rzędu 1000 m³/h. Sterownik zestawu zbiera bezprzewodowo dane z punktów krytycznych umieszczonych na sieci wodociągowej i automatycznie tworzy optymalną krzywą regulacji. Ciśnienie na wyjściu stacji dopasowuje się do bieżącej konsumpcji, a odbiorcy końcowi mają zapewnione stałe ciśnienie, niezależnie od pory dnia czy roku. Wykorzystanie tych zaawansowanych funkcji pozwoliło na odłączenie wieży ciśnień, jednocześnie zapewniając komfort użytkowników końcowych, bezpieczeństwo dostaw wody oraz znacznie mniejsze obciążenie hydrauliczne sieci.
Mieliśmy nawet pytania z innych wodociągów „Ale jak, odłączyliście wieżę i pracujecie dalej? przecież to niemożliwe!”. Odpowiadam „Zapraszam, przyjedź do nas to zobaczysz”
Efekt
Obecne 4 pompy NBG o mocy 22 kW zastąpiono 6 nowymi, wysoce sprawnymi pompami CR125-2 o mocy 30 kW. Wymieniono również przyłącza pomp na nowe ze stali kwasoodpornej. Szafy sterownicze wyposażono w dodatkowe dwie przetwornice częstotliwości oraz dedykowany sterownik CU354, a na sieci zainstalowano punkty pomiarowe.
Zdjęcie: (po lewej) montaż nowego orurowania ze stali kwasoodpornej (po prawej) nowy układ 6 pomp CR125-2
Wszystkie wyżej opisane działania oraz przejście z regulacji stałego ciśnienia na inteligentne sterowanie DDD zapewniły maksymalną wydajność 978 m³/h przy jednoczesnym znacznym obniżeniu energochłonności do zestawu z 0,216 do 0,162 kWh/m³. Przeprowadzona modernizacja obniżyła zużycie energii o kolejne 22%, tworząc oszczędność niemal 79’000 kWh w skali roku. Dodatkowo układ sterowania Grundfos DDD ustabilizował ciśnienie na sieci wodociągowej, zmniejszając oscylacje do ok. 0,1 bar. Okres zwrotu z inwestycji ponownie wyniósł mniej niż 3 lata. Poza wszystkimi tymi korzyściami, PGK Sp. z o.o. w Wolsztynie uniknęło inwestycji na ok. 3 miliony złotych, w remont wieży ciśnień i ew. budowę nowej stacji odnoszenia ciśnienia.
Gdybym kilka lat temu powiedział, że za rok będziemy pracować bez wieży, wielu pracowników powiedziałoby “zwariowałeś, znajdź sobie nową pracę, wieża była tu od zawsze i inaczej się nie da”. Nagle odłączyliśmy wieżę, przeszliśmy na system DDD i okazuje się, że wszystko działa, a ludzie mają wodę i odpowiednie ciśnienie. Jeśli ktoś nie wierzy, jesteśmy dowodem na to, że problemy można zawsze rozwiązać w lepszy sposób i zaoszczędzić dużo pieniędzy.