Klimawandel: Lösungen für die Wasserversorgung

Vor diesem Hintergrund zeigte Mitte Oktober 2008 ein hochkarätig besetztes Symposium in Hof Lösungswege für die Trinkwasserversorgung der Zukunft und die Vermeidung von Wasserverlusten in Leitungsnetzen auf. Durch Druckstoßberechnungen bei der Planung von Wasserversorgungsanlagen lassen sich – so eine der Kernaussagen – spätere Schäden im System und somit große Wasserverluste durch defekte Verteilernetze vermeiden. Auch die Optimierung von Brunnenanlagen standen im Mittelpunkt des Interesses: Vorgestellt wurden moderne Technologien und Regenerierungsverfahren zur Erhöhung der Standzeiten. Zudem erfuhren die Teilnehmer, wie energieeffiziente und langlebige Bohrlochpumpen einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes, aber auch der Lebenszykluskosten leisten kann.

Zu der Fachtagung „Klimawandel – Druckstoßproblematik – Effizienz in der Trinkwasserförderung“ hatte der Dortmunder Pumpenspezialist WILO SE an seinem Standort Hof eingeladen. Insgesamt informierten sich rund 100 Planer und Ingenieure sowie Betreiber von Wasserversorgungsanlagen zu aktuellen Herausforderungen der kommunalen Wasserversorgung. Als Referenten konnten führende Experten aus Wirtschaft und Forschung gewonnen werden.

Folgen des Klimawandels und Handlungsstrategien

Eine Einführung gab Prof. Dr. Anders Levermann vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Sein Thema lautete „Klimawandel – Risiken der Zukunft und Notwendigkeiten der Lösung“. Dabei betonte der Koautor des letzten UN-Klimaberichts, dass unverzügliches Handeln erforderlich sei. Innerhalb der nächsten zwölf Jahre müsse der Kohlendioxidausstoß global um 20 Prozent, bis 2050 sogar um 50 Prozent unter das Niveau von 1990 gesenkt werden, so Professor Levermann. Um dieses ehrgeizige Vorhaben voranzubringen, müsse jedoch sofort damit begonnen werden, entsprechend saubere Kraftwerkstechnologien auf den Weg zu bringen. Die EU hat sich unter deutscher Ratspräsidentschaft zu einer Reduktion der CO²-Emissionen um 40 Prozent bereits bis zum Jahr 2020 verpflichtet. Aktuell postulieren auch die beiden amerikanischen Präsidentschaftskandidaten eine achtzigprozentige Emissionsreduktion der USA bis 2050. Langfristig sei eine Stabilisierung des Klimas nur durch die vollständige Wende hin zu einer kohlenstofffreien Energieversorgung möglich. Dies sei unter Klimaforschern unstrittig, erklärte Professor Levermann.

Andernfalls bestehe ein hohes Risiko plötzlicher, drastischer Klimaveränderungen. Es drohten Kippprozesse des Klimasystems, so unter anderem das bereits stark vorangeschrittene Schmelzen des arktischen Meereises, der Landeispanzer auf Grönland und der Westantarktis sowie die Veränderung der atlantischen Ozeanzirkulation, des indischen Monsuns und der Permafrostböden in Sibirien und Nordamerika. Bei einem ungebremsten Klimawandel, wie er derzeit voranschreitet, würden zudem mit großer Wahrscheinlichkeit die Gletscher des Tibet-Hochlandes abschmelzen. Circa ein Viertel der Weltbevölkerung, etwa in Indien und China, ist für ihre sommerliche Trinkwasserversorgung von diesem natürlichen Frischwasserreservoir abhängig. Es sei abzusehen, dass die weltweit ohnehin knappen Trinkwasserreserven in Zukunft weiter zurückgehen werden, so dass man mit dieser lebenswichtigen Ressource schon heute so sparsam wie möglich umgehen müsse.

Druckstoßberechnung in der Wasserversorgung

Hier setzte der Vortrag von Peter Meusburger vom Institut für hydraulische Strömungsmaschinen der Technischen Universität Graz an. Er wies darauf hin, dass durch Druckstöße verursachte Schäden in Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungssystemen zu erheblichen Umweltbelastungen führen können. Meusburger erläuterte die Ermittlung von Druckstößen und die Auslegung geeigneter Präventionsmaßnahmen mit Hilfe verschiedener Softwaretools zur eindimensionalen numerischen Simulation von Rohrleitungsnetzen. Die Berechnung von Druckstößen in der Planungsphase einer Anlage sei notwendig, um schweren und kostenintensiven Schäden über die Betriebsdauer vorzubeugen.

Zur Druckstoßsicherung einer Anlage sind – so Meusburger – verschiedenste Maßnahmen bekannt. Besonders häufige Anwendung fänden Windkessel, die direkt nach dem Druckflansch der Förderpumpen in der Pumpstation installiert werden. Diese verhindern Druckschläge innerhalb des Rohrsystems, z. B. beim Ausfall der Pumpen, indem sie eine Massenschwingung in der Rohrleitung ermöglichen. Anhand exemplarischer Berechnungen demonstrierte Meusburger die Vorteile des drehzahlgeregelten Anfahrens und Stillsetzens von Pumpen. Neben dem rein energetischen Einsparungspotential reduziere diese auch gegenüber einer Regulierung des Volumenstroms durch Drosselung bei konstanter Betriebsdrehzahl die Risiken von Druckstößen.

Wirtschaftliche Bohrlochpumpen für Brunnenanlagen

Zum Abschluss des Programms zeigte Mario Hübner, Produktmanager der Wilo EMU GmbH, Lösungen für eine nachhaltige Trinkwassergewinnung und -versorgung in Deutschland auf. Bei der Trinkwasserversorgung habe die Förderung von Grundwasser aus Brunnen mit bundesweit etwa 25.000 Anlagen und einer Deckung des Trinkwasserbedarfs von 80 Prozent den höchsten Stellenwert. Angesichts der immer knapperen Wasserressourcen und vor dem Hintergrund, dass alle Brunnen im Laufe der Zeit ihre Ergiebigkeit einbüßen, sei es unbedingt erforderlich, die Ergiebigkeit von Brunnen so lange wie möglich zu erhalten, die Wasserverluste in den Leitungsnetzen weiter einzudämmen und die Wasserförderung auch unter energetischen Aspekten effizienter zu machen. Der Brunnenalterung aufgrund physikalischer, chemischer und biologischer Vorgänge müsse durch frühzeitige Regenerierungsverfahren und neue Technologien entgegengewirkt werden. Zudem müsse der Wasserverlust in den Leitungsnetzen reduziert werden. Mit Verlusten von immerhin 6,8 Prozent weise Deutschland im internationalen Vergleich noch die geringsten Einbußen auf. Im osteuropäischen Raum seien hingegen Trinkwasserverluste von 30 bis 50 Prozent keine Seltenheit.

Im Zusammenhang mit der Wirtschaftlichkeit von Brunnenanlagen verwies Hübner auf den neuesten Stand der Bohrlochpumpentechnik für die Trinkwasserversorgung. Dabei betonte er die erheblichen CO²-Einsparpotenziale energieeffizienter Bohrlochpumpenantriebe und die Bedeutung der Lebenszykluskosten bei der Betrachtung der Gesamtwirtschaftlichkeit. Für Vertikalfilterbrunnen biete Wilo EMU ein umfassendes Programm an hochwertigen Bohrlochpumpen und Unterwassermotoren für die verschiedensten Anforderungen. Als Beispiel nannte Hübner die „CoolAct“-Motorentechnologie. Damit ließen sich bei Bohrlochpumpen höhere Förderleistungen in kleinen Brunnendurchmessern erreichen.

Die Unterwassermotoren vom Typ NU 911 mit 10 Zoll Außendurchmesser und einer Leistung bis 225 kW sowie vom Typ NU 122 mit 12 Zoll Durchmesser und bis zu 360 kW Leistung haben einen besonders hohen Leistungsgrad und gewährleisten durch niedrige thermische Belastung einen wartungsarmen Betrieb bei längeren Standzeiten. Im Vergleich zu den bisher auf dem Markt erhältlichen Motoren bringt beispielsweise die „CoolAct“-Technologie in 10-Zoll-Ausführung mehr Leistung und eine höhere Leistungsdichte bei gleichen Paketlängen bzw. Durchmessern. Das Ergebnis – so Hübner – sei eine Leistungssteigerung von bis zu 25 Prozent. Bei gleichzeitig reduzierten Betriebstemperaturen könne hier eine wesentlich höhere Energiedichte erzielt werden. Durch die kleinen Einbaudurchmesser ließen sich die Investitions- und Baukosten von Brunnen- und Wasserförderungsanlagen erheblich reduzieren. Der gute Wirkungsgrad sorge zudem für geringere Betriebskosten.

Je nach Anforderungen ließen sich die Standzeiten der Bohrlochpumpen auch durch die korrosions- und abrasionsbeständige Spezialbeschichtung „Wilo EMU Ceram“ sowie hochwertige Werkstoffe erzielen, ergänzte Hübner. Darüber hinaus zeigte er die Einsparpotenziale von Frequenzumformern auf: Kann eine Bohrlochpumpe beispielsweise über längere Zeiträume im Teillastbetrieb gefahren werden, werde sie weniger stark beansprucht. Dadurch reduziere sich der Wartungsaufwand, die Betriebssicherheit steige und die Lebensdauer der Bohrlochpumpe lasse sich verlängern. Hübner empfahl den Einsatz von Frequenzumformern daher bei stark schwankenden Lastanforderungen. Durch die bedarfsgerechte Steuerung von Förderhöhen und Förderstrom sei die Pumpe stets optimal an den Betriebspunkt angepasst. „Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass auch bei niedrigen Drehzahlen der Wirkungsgrad des Motors erhalten bleibt. Durch den Einsatz eines Frequenzumformers lassen sich hohe Energieeinsparungen erreichen, der schonende Betrieb von Brunnenanlagen realisieren und Druckspitzen im Rohrsystem verhindern“, riet Hübner den Teilnehmern. All diese Faktoren trügen zu einer längeren Lebensdauer des Brunnens und der Bohrlochpumpe bei.

Auch mit Blick auf den Klimaschutz beendete Hübner seinen Vortrag mit einem Appell an Betreiber, Fachplaner, Brunnenbauunternehmer und Pumpenhersteller, in Zukunft verstärkt gemeinsam an effizienten Konzepten für die ergiebige und nachhaltige Trinkwassergewinnung zu arbeiten.