Es grünt so grün, wenn…

Etwa ein Dutzend Landwirte bildet den Kern des Beregnungsverbandes der bei Uelzen gelegenen Gemeinde Altenmedingen in der Lüneburger Heide. Die Geschichte des Beregnungsverbandes reicht zurück bis an das Ende des Zweiten Weltkrieges – über die Jahrzehnte hinweg gewachsen, betreiben die Landwirte der Gemeinde heute gemeinsam ein Rohrleitungsnetz mit einer Länge von 60 km, das eine Höhendifferenz von rund 100 m überwindet. Der Rohrleitungsdurchmesser der ausgehenden Rohre beträgt DN 400 und reduziert sich am Ende auf DN 80. Herz dieses landwirtschaftlichen Wasser-Versorgungsnetzwerks ist eine Pumpenstation, in der seit den 70er Jahren vier Pumpen mit einer Leistung von jeweils 110 kW ihren Dienst verrichteten.

Die Instandhaltung der in die Jahre gekommenen Pumpentechnik verschlang jedoch Jahr für Jahr immer größere Summen. Hinzu kam der hohe Stromverbrauch der vier starr am Netz laufenden Pumpen, die zudem kaum Regelungsmöglichkeiten boten. Die Pumpen konnten entweder einzeln zu- oder abgeschaltet werden. Der Wasserdruck im Rohrleitungsnetz ließ sich nur mit Hilfe von Schiebern regulieren – ein Verfahren, das ebenso unpräzise wie unter Energieverbrauchsgesichtspunkten ineffizient ist.

Statt ständig mehr Geld in die Instandhaltung der veralteten Technik zu investieren, entschlossen sich die Altenmedingener Landwirte zu einer grundlegenden Modernisierung ihrer Beregnungsanlage. Den Zuschlag für die Modernisierung erhielt die Harzer Antriebstechnik GmbH aus Bad Lauterberg. Gemeinsam mit dem Itzehoer Pumpenhersteller Sterling SIHI hat das auf Antriebssysteme spezialisierte Unternehmen eine innovative Lösung entwickelt, die unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden finanziellen Mittel einen störungsfreien, wirtschaftlichen und zukunftssicheren Betrieb der Beregnungsanlage gewährleistet.

Zentrales Element des neuen Systems ist eine 250 kW-Pumpe von Sterling SIHI die über einen Frequenzumrichter vom Typ ACS800 von ABB geregelt wird. Die neue Pumpe ersetzt zwei der alten 110 kW Pumpen, die beiden verbleibenden Pumpen wurden aus Kostengründen zunächst nicht ausgetauscht, sondern generalüberholt. Der Einsatz eines Frequenzumrichters als zentraler Steuerungseinheit im Pumpenhaus ist für die Landwirte ein echtes Novum. Nach anfänglicher Skepsis gegenüber der neuen und unbekannten Technologie, konnten die Antriebsexperten aus dem Harz den Beregnungsverband schließlich überzeugen: Die Fakten, sprich die potenziellen Einsparungen bei Energie- und Instandhaltungskosten, sprachen eine deutliche Sprache.

Außerdem waren Geschäftsführer Marcus Warlich und Service-Ingenieur Ralf Mosebach so sehr von ihrer Lösung überzeugt, dass sie den Landwirten anboten, die Anlage kostenfrei wieder zu demontieren und alles in den Originalzustand zurück zu versetzen, falls sich das System nicht rechnen sollte. „Dazu ist es natürlich nicht gekommen“, sagt Marcus Warlich. Die Anlage lief die gesamte vergangene Beregnungssaison absolut problemlos und ohne Ausfälle. In Altenmedingen ist man mehr als zufrieden: Das über einen Frequenzumrichter gesteuerte Beregnungssystem sparte in den ersten Betriebsmonaten bereits gut 40 % Energiekosten. „Und die Instandhaltungskosten, die vor dem Umbau durchschnittlich bei 8000 bis 9000 € jährlich betrugen, entfielen komplett“, ergänzt Warlich.

Anders als bei neuen Rohrnetzen oder vielen industriellen Anwendungen handelt es sich bei Beregnungsverbänden praktisch ausnahmslos um über Jahrzehnte hinweg gewachsene Rohrleitungsnetze. Genaue Informationen über das Netz liegen in der Regel nicht vor und Rohrverluste lassen sich nicht im Vorfeld der Planung berechnen. Als Ausgangspunkt für die Planer der Harzer Antriebstechnik dienten die Anforderungen der Landwirte bezüglich Fördermenge und Wasserdruck und die Eckdaten der Pumpe. „Wir wissen zwar, wie viel Wasser die Pumpe ansaugt und wie viel Wasser das System letztlich abgibt“, erklärt Service-Ingenieur Ralf Mosebach. Das Rohrleitungssystem selbst bleibe aber im Grunde völlig unbeherrschbar. „Das ist in etwa so, als würde man in ein großes schwarzes Loch hinein pumpen.“ Diese unbekannte Größe muss mit Hilfe der Steuerung der Pumpe kompensiert werden, um die gewünschten Fördermengen und den notwendigen Druck zu erreichen. Doch selbst hier sind die Planer nie vor Überraschungen sicher.

In Altenmedingen war laut Pflichtenheft ein Konstantdruck von 11 bar im Gesamtsystem gefordert. Die Fördermenge sollte dabei zwischen 80 und 900 m3 pro Stunde betragen. Diese Bandbreite sollte das System ohne Probleme abdecken können, da trotz vorhandenem Beregnungsplan nie eindeutig vorhersehbar ist, welche und wie viele Verbraucher gleichzeitig versorgt werden müssen. Der aktuelle Verbrauch wird daher über Drucksensoren und Durchflussmengenmesser ermittelt, und die Pumpe über den Frequenzumrichter entsprechend eingeregelt. Wird das Leistungsvermögen der neuen 250 kW-Pumpe überschritten, können die beiden modernisierten Altpumpen mit je 110 kW über Sanftanlaufgeräte zugeschaltet werden.

Bei den ersten Probeläufen zeigte sich jedoch, dass bisher niemand an den Rasensprenger auf dem Altenmedinger Sportplatz gedacht hatte. Auch er wird nämlich über das Netz des Beregnungsverbands betrieben und liegt mit seinem Verbrauch von 25 m3 weit unterhalb der ursprünglichen Mindestfördermenge. „Einen kleinen Rasensprenger völlig unerwartet und ungeplant mit einer 250-kW-Pumpe betreiben zu müssen, fordert von der Regel- und Steuerungstechnik einiges an Flexibilität“, erinnert sich Ralf Mosebach. Schließlich benötigt die Pumpe eine Mindestdrehzahl von über 20 Hz, um überhaupt einen Druck aufbauen zu können. Aufgrund der guten Programmierbarkeit des Frequenz- umrichters ACS800 lies sich aber auch dieses Problem schließlich lösen. „Ein starres System, z. B. auf Basis einer SPS, hätte es uns wohl unmöglich gemacht, so schnell und flexibel vor Ort zu reagieren.“ Dank der adaptiven Programmierung erlaubt der ACS800 die Generierung anwenderspezifischer Signale sowie die Anpassung der Antriebsregelung ohne zusätzliche Hard- oder Software. Der Umrichter bietet damit je nach Einsatzbereich vorkonfigurierte Lösungen für spezielle Anwendungen wie die Pumpen- oder Lüfterregelung an, lässt sich aber auch, wie im Falle der Beregnungsanlage, individuell in ein kundenspezifisches Engineering integrieren und selbst nachträglich noch flexibel anpassen.

Besonderen Wert legen die Experten der Harzer Antriebstechnik auf die einfache Bedienbarkeit ihrer Anlagen. So erledigt das System z. B. das Befüllen des Leitungsnetzes am Beginn der Beregnungssaison voll automatisch per Knopfdruck. Und wenn bei Regen einmal nicht bewässert werden muss, lässt sich die Anlage problemlos in den Modus „Druck halten“ umschalten. So eingestellt, beträgt der Druck im Rohrnetz konstant nur 5 bar, wodurch teure Energie gespart wird. Soll weiter beregnet werden, reicht ein Knopfdruck, um die Beregnungsanlage wieder auf Betriebsdruck zu bringen.

Über den aktuellen Status des Systems informieren zwei Frontdisplays auf dem Schaltschrank im Pumpenhaus im Klartext. Hier lassen sich der aktuelle Druck, der Status und Betriebsmodus der einzelnen Pumpen oder Störmeldungen wie beispielsweise Rohrbrüche direkt ablesen. „Die gesamte Anlage ist selbsterklärend und erfordert keine Vorkenntnisse“, betont Marcus Warlich. Ein zusätzlicher Datenschreiber von ABB liefert den Landwirten darüber hinaus alle relevanten Daten der Anlage in papierloser Form. Per Smart-Media-Karte lassen sich diese Daten in sekundenschnelle auf einen PC übertragen und dort in Excel verarbeiten. Beregnungspläne, Verbrauchsstatistiken oder Abrechnungen können so schnell, einfach und bequem am Computer erstellt werden – Möglichkeiten, die der Beregnungsverband in Altenmedingen in vollem Umfang nutzt. Nicht zuletzt auch aufgrund eines entsprechenden Software-Tools, das die Ingenieure von Harzer Antriebstechnik und Sterling SIHI speziell zu diesem Zweck entwickelt haben.

Aufgrund der hohen Energieeinsparungen von bereits 40 % in den ersten Betriebsmonaten und praktisch nicht mehr vorhandenen Wartungs- und Instandhaltungskosten amortisiert sich die Investition in die neue Pumpentechnik bereits nach zwei bis drei Jahren. „Jahre“ steht in diesem speziellen Fall jedoch nicht für einen Zeitraum von 12 Monaten. „Eine Beregnungsanlage läuft anders als eine Industrieanlage nur effektiv drei oder vier Monate im Jahr“, gibt Warlich zu bedenken. „Rechnet man entsprechend hoch, zahlt sich die Investition in die neue Technik schon viel früher aus.“

Neben geringeren Kosten und besserer Regelbarkeit bietet die mittels Frequenzumrichter gesteuerte Pumpentechnik den Vorteil einer hohen Flexibilität. Weitere Verbraucher lassen sich bis zur Maximalfördermenge des Systems problemlos anschließen, reduzieren sich die zu beregnenden Flächen, ist jedoch auch eine Korrektur nach unten möglich. Gleiches gilt für den Austausch der Pumpen: Sollen die beiden noch vorhandenen 110 kW-Pumpen einmal ersetzt werden, ist keine Anlagenänderung erforderlich. „Wir führen dann lediglich eine bereits vorgesehene Erweiterung durch“, erklärt Mosebach. „Es fallen nur die Kosten für die Pumpe selbst, den Einbau und die Inbetriebnahme an.“

Frequenzumrichter ACS KEM 451

ABB-Motoren KEM 452

Marktstudie zum Thema Frequenzumrichter