Caso
Come la gestione ottimale della pressione con Grundfos DDD ha portato a una riduzione del 43% del consumo energetico
La situazione
L’Azienda Acquedotti e Servizi Fognari Goleniów (GWiK) è un'azienda all'avanguardia ampiamente riconosciuta nella regione per il suo impegno nell'innovazione in vari settori. La sostenibilità è una pietra miliare nell'approccio strategico di GWiK, evidente attraverso l'implementazione di soluzioni all'avanguardia. La dedizione di GWiK alla sostenibilità è esemplificata dagli investimenti strategici nelle fonti di energia rinnovabili e nell'elettromobilità.
Inoltre, l'utilizzo dei fanghi solidi provenienti dal processo di trattamento delle acque reflue per creare fertilizzanti naturali per le piante dimostra le misure proattive che adotta per ridurre l'impatto ambientale. Con attività che comprendono nove impianti di trattamento delle acque, GWiK soddisfa in modo efficiente le esigenze di oltre 30.000 abitanti della provincia di Goleniów, nonché di impianti industriali e strutture pubbliche.
La più grande stazione di Goleniów, responsabile della fornitura di oltre l'85% della domanda di acqua potabile fresca da parte dei consumatori, utilizzava un Sistema composto da quattro pompe orizzontali monostadio, ciascuna con una potenza di 37 kW, insieme a un Sistema di controllo proporzionale della pressione. GWiK rimane all'avanguardia nell'efficienza analizzando costantemente l’acqua non fatturata.
Nel 2019, il loro impegno per l'ottimizzazione ha portato a un encomiabile livello di acqua non fatturata del 12,54%.
Il sistema di controllo della stazione di pompaggio gestiva la pressione dell'acqua pompata nella rete in modo proporzionale alla portata attuale, ma con una caratteristica costante e fissa. Nel 2017, Grundfos ha proposto a GWiK Goleniów un audit DDD per valutare le condizioni del sistema e identificare le potenziali aree di miglioramento.
Installazione di cinque nuove pompe verticali Grundfos CR125-2-1 ad alta efficienza con azionamenti a frequenza variabile dedicati (VFD)
"Nel 2013, durante una precedente ristrutturazione, abbiamo installato pompe di un altro fornitore. Tuttavia, all'epoca il consumo energetico non era un obiettivo primario per il nuovo sistema; si trattava piuttosto di una sostituzione 1:1. Il gruppo di rilancio era controllato da un unico convertitore di frequenza che, quando una pompa raggiungeva il 100% della velocità, ne attivava un'altra a velocità minima. Questo assetto poneva delle sfide, portando all'instabilità operativa nei momenti di transizione. La pompa si accendeva e spegneva alternativamente per un periodo fino a un'ora. Già allora riconoscevamo la necessità di affrontare questo problema."
The solution
TPer determinare la soluzione ottimale per le esigenze del cliente, Grundfos ha condotto un Audit DDD completo, compresa un'analisi della rete idrica dell'impianto di Goleniów. Lo studio ha rivelato che il sistema esistente funzionava con un'efficienza media inferiore al 45%, accompagnata da un'energia specifica relativamente alta, pari a 0,243 kWh/m3. Inoltre, l'esame di punti specifici della rete idrica ha evidenziato notevoli fluttuazioni di pressione corrispondenti a richieste variabili.
Il rapporto dettagliato dell'audit raccomandava l'implementazione di un nuovo sistema di rilancio con cinque pompe CR 125-2-1 ad alta efficienza e convertitori di frequenza dedicati. Si prevede che questo aggiornamento porterà l'efficienza media al 65% e ridurrà il consumo energetico complessivo. Inoltre, il sistema proposto fornirà una portata massima di 580 m3/h. Inoltre, l'integrazione del sistema di controllo DDD faciliterà il controllo dinamico della pressione in punti di misura posizionati strategicamente sulla rete, ottimizzando efficacemente le regolazioni della pressione in base alle fluttuazioni della domanda.
"Ci siamo resi conto che l'inefficienza non riguardava solo le pompe, ma anche il sistema di controllo non era ottimale. Quando una parte delle pompe funzionava al 100% della velocità, e solo una era sotto il controllo del convertitore di frequenza, l'efficienza complessiva del sistema diminuiva notevolmente."
Il progetto ha adottato un approccio design-and-implement, che prevede la sostituzione di quattro pompe verticali esistenti, da 37 kW ciascuna. A tal fine è stato installato un gruppo di rilancio con cinque nuove pompe CR 125-2-1 da 18,5 kW ciascuna. Inoltre, il progetto prevedeva l'installazione di un nuovo armadio di controllo Control DDD, di data logger, di sensori per la raccolta dei dati di pressione dalla rete idrica, la fornitura di moduli di comunicazione MODBUS per l'integrazione del sistema SCADA e la sostituzione di tubazioni e collettori. È importante notare che l'intero progetto è stato eseguito sul sistema in funzione, assicurando la fornitura d'acqua ininterrotta agli utenti finali.
(A sinistra) Rilancio del 2017 con 4 pompe orizzontali, (A destra) Nuovo sistema del 2022 con 5 pompe verticali CR-125-2-1
"Non avendo familiarità con il sistema di controllo DDD, non avrei mai immaginato che avremmo potuto ottenere risultati così notevoli. Dopo aver esaminato i risultati dell'audit, ci siamo resi conto del suo potenziale"
Sono stati ottenuti risultati significativi, come dimostra la riduzione dell'energia specifica media del sistema di pompaggio da 0,243 kWh/m3 a 0,138 kWh/m3. Dopo un solo anno dall’implementazione, GWiK ha ottenuto una notevole riduzione del 43% del consumo energetico, che si traduce in un risparmio annuo di oltre 194.000 kWh per il gruppo aggiornato. Tuttavia, i benefici vanno oltre il risparmio energetico.
Dariusz Kozak (Direttore Tecnico, GWiK Sp. z o.o.) e Robert Góra (Ingegnere commerciale senior, Grundfos).
L'effetto
La prevalenza del sistema di pompaggio influenza in modo significativo il consumo energetico. Inizialmente, con il sistema di controllo proporzionale dell'impianto di trattamento delle acque di Goleniów, la pressione in uscita dalla stazione di pompaggio oscillava tra 4,2 e 4,4 bar. Tuttavia, in seguito all'implementazione e all'adattamento del sistema Grundfos DDD, il sistema ha generato attivamente e dinamicamente una curva di controllo ottimale, che ha portato a una riduzione della pressione in uscita dalla stazione da 3,3 a 4,1 bar. Al tempo stesso, il sistema ha stabilizzato la pressione sul lato degli utenti finali, garantendo un comfort di utilizzo costante indipendentemente dalla domanda corrente, dall'ora del giorno o dalla stagione.
"Credevamo di aver già raggiunto un controllo ottimale della pressione rispetto al flusso. Tuttavia, è risultato evidente che esistono soluzioni in grado di adattarsi dinamicamente a esigenze mutevoli in modo ancora più efficace. Inoltre, abbiamo osservato che con il controllo DDD, è stato possibile mantenere il comfort degli utenti finali riducendo al contempo la pressione sulla rete. Questo, a sua volta, si è tradotto in un minor consumo energetico e in una riduzione delle perdite d'acqua."
Data la costante evoluzione della rete di distribuzione idrica, il sistema di controllo DDD utilizza i dati raccolti quotidianamente per calibrare il controllo ed ottenere un'efficienza ottimale.
"Come utente, devo semplicemente impostare la pressione desiderata nei punti critici della rete, e il controller DDD analizza autonomamente i dati per regolare la curva di controllo. Automaticamente, giorno dopo giorno, costantemente."
La riduzione della pressione nelle condutture contribuisce a ridurre le perdite sotterranee, con conseguente diminuzione delle perdite idriche grazie all'ottimizzazione della rete. Prima della ristrutturazione, l'azienda registrava il 12,5% di acqua non fatturata. In seguito all'implementazione del Grundfos DDD, l’acqua non fatturata (NRW) è scesa al 9,3%, segnando una riduzione sostanziale di 3,2 punti percentuali. Di conseguenza, l'azienda ha evitato la perdita di quasi 60.000m3 di acqua dolce e trattata. Considerando il costo significativo associato alla produzione di ogni m3 di acqua potabile, per non parlare della necessità imperativa dell'utilizzo sostenibile delle risorse naturali, questi risultati sono degni di nota.
Inoltre, con il sistema Grundfos Demand Driven Distribution, il sistema aumenta la pressione solo nei periodi di richieste elevate per garantire il comfort dell'utente finale. Durante i periodi di bassa richiesta, la pressione di scarico viene notevolmente ridotta. Questo controllo omogeneo riduce al minimo le sollecitazioni sulle condutture, con conseguente riduzione dei guasti alla rete, dei costi di riparazione e l'erogazione sicura dell'acqua.
"Grundfos ha accettato la sfida di affrontare i nostri problemi e di raggiungere un risultato finale specifico. Nel fare questo, hanno dimostrato non solo il loro ruolo di fornitore di hardware, ma anche di vero e proprio partner nel processo di ottimizzazione."
Dariusz Kozak, Direttore Tecnico dell’Azienda Acquedotti e Servizi Fognari Goleniów