Drikkevand – Økonomisk gevinst ved bedre styring

HOFOR har gennemført en omlægning af forsyningsstrukturen i Brønshøj Højdezone, idet to gamle vandtårne er blevet erstattet med tre nye regulerbare pumpestationer. Og takket være grundige topologiske overvejelser og avanceret styring har omlægningen ført til et fald i driftsomkostningerne.

Af civilingeniør Anders Christiansen, ØLLGAARD Rådgivende Ingeniører, og civilingeniør Kaare Klit Johansen, HOFOR

Pumpestationer er ofte blevet betragtet som en økonomisk kostbar løsning i vandforsyningen sammenlignet med almindelige højdebeholdere. Men erfaringer fra en omlægning af forsyningsstrukturen i HOFOR viser, at det ikke er tilfældet. Med den rette placering af pumpestationer og målepunkter, passende dimensionering af rørledninger samt avanceret styring er der skabt en mere omkostningseffektiv forsyningsstruktur i Brønshøj Højdezone. Den nye struktur giver en energibesparelse på omkring 25 procent i forhold til den tidligere. Det kan ses på driftsomkostningerne.

Plusser og minusser
Brønshøj Højdezone havde oprindeligt to højdebeholdere, der forsynede områdets ca. 50.000 indbyggere med rent drikkevand. Bellahøj Højdebeholder fra 1913 og Brønshøj Vandtårn fra 1931 var begge opført i jernbeton og stod over for en omfattende betonrenovering.

HOFOR stod med valget mellem en stor udgift til vedligehold og renovering af den eksisterende forsyningsstruktur eller investering i et nyt system baseret på moderne, regulerbare trykforøgerstationer. Forsyningsområdet ligger nemlig så højt, at det generelle tryk i København ikke er tilstrækkeligt.

Med i overvejelserne talte hensynet til forsyningssikkerhed, vandkvalitet, tryk- og flowforhold, energiforbrug, pumpestrategi samt ledningsnettets kapacitet og beskaffenhed.

Placering og styring af pumpestationer bestemmer økonomien
Sammen med ØLLGAARD Rådgivende Ingeniører undersøgte HOFOR fire modeller som alternativ til den eksisterende vandforsyningsstruktur i Brønshøj Højdezone. Beregninger viste, at vandforsyningsnettets udformning og topologi er vigtig for driftsøkonomien med trykforøgerstationer.

På den baggrund blev det besluttet at placere to helt uafhængige pumpestationer på Bellahøj, hvor det ene vandtårn lå. Ud fra hovedledningerne giver det en hydraulisk optimal placering. Derudover har man etableret en pumpestation på Åkandevej i det nordvestlige hjørne af området, hvor man kan suge fra en ledning med en højere trykkote og dermed spare løftehøjde. For at udnytte det høje tilgangstryk mest muligt er Åkandevej i drift hele døgnet, mens den ene af stationerne på Bellahøj først kobles ind ved større forbrug.

De tre identiske pumpestationer har hver har en kapacitet på 50 % af det maksimale timeforbrug. HOFOR kan derfor opretholde 100 % forsyning, selv når en pumpestation tages ud til vedligehold. Derudover er der sat nødstrømsanlæg på den dobbelte pumpestation, så man også i tilfælde af strømsvigt kan bibeholde 100 % kapacitet.

Figur 1 - Trykkote

Figur 1. Længdesnit gennem Brønshøj Højdezone med trykkoter i ledningsnettet.

Styring efter et fjernt beliggende målepunkt med varierende værdi
Figur 1 viser et skematisk længdesnit gennem højdezonen. Der er vist trykkoterne dag og nat både for pumpestationernes sugeside og trykside. Endvidere er vist vandspejlskoterne i vandtårnet, der tidligere styrede trykket i højdezonen.

Det, der er afgørende for energiforbruget og dermed driftsøkonomien i forsyningsstrukturen, er styringen af pumperne, så de får den lavest mulige løftehøjde.  Det mest kritiske punk i højdezonen ligger ved Bispebjerg, der er længst væk fra pumpestationerne og det område i højdezonen med den højeste terrænkote og de højest beliggende brugere.

Ved at placere en trykmåler på Bispebjerg og lade den styre pumpestationernes PLC-anlæg, opnår man en jævn trykstyring, hvor trykket ikke er større end det faktiske behov i den del af ledningsnettet med de sværeste forsyningsvilkår. Det optimerer energiforbruget. Endvidere er det valgt at variere dette sætpunkt gennem døgnet, så trykket bliver lavere om natten ved lavt vandforbrug i højdezonen.

Ydelsen fra pumpestationerne synkroniseres til samme løftehøjde, når begge lokationer er i drift. Det reducerer den gennemsnitlige løftehøjde mest muligt og sikrer optimal udnyttelse af ressourcerne.

Figur 2. Trykkoter i ledningsnettet gennem ét døgn

Figur 2. Trykkoter i ledningsnettet gennem ét døgn

Resultatet af trykstyringen er vist i figur 2. Det ses, at trykket ved Bispebjerg varierer med den ønskede forskel mellem dag og nat, mens forskellen bliver større ved de to pumpestationer på grund af det dynamiske trykforhold fra disse til Bispebjerg.

Figur 3. Højdezonens energiforbrug og besparelser fordelt i grupper

Figur 3. Højdezonens energiforbrug og besparelser fordelt i grupper. Den anførte besparelse i lækagetab giver også en besparelse på vandværkerne, idet de skal producere en tilsvarende mindre vandmængde.

Drift og økonomi
Den nye forsyningsstruktur i Brønshøj Højdezone blev taget i brug i foråret 2012, og HOFOR kunne efter de første seks måneder konstatere, at drifts- og budgetkalkulationerne holder på øre. Hverken forbrugere eller driftspersonale har haft klager, hvilket tolkes som et udtryk for, at der ikke er eller har været problemer med trykforhold eller indkøringen af det nye system.

Samtidig er energiforbruget faldet fra 415.000 kWh/år til 299.000 kWh/år. Det giver en energibesparelse på knap 28 procent svarende til en besparelse på driftsomkostningerne på godt 100.000 kr/år.

Det er altså lykkedes at optimere driften gennem aktiv styring af tryk, flow og energiforbrug i de nye pumpestationer. Forsyningssikkerhed og vandkvaliteten er højnet. Og driftspersonalet har fået et bedre arbejdsmiljø, fordi de ikke længere skal stå for rengøring og vedligehold af de gamle vandtårne.

Faktaboks
Forsyningsområde: 50.000 indbyggere

Tidligere kapacitet
Bellahøj Højdebeholder: 10.000 m3 vand fordelt på 5 kamre
Brønshøj Vandtårn: 3.000 m3 vand fordelt på 2 kamre

Nuværende kapacitet
3 pumpestationer hver med 4 regulerbare pumper
Kapacitet for hver station: 350 m3/h

Denne artikel har været publiceret i danskVAND nr. 2 2013

ØLLGAARD Rådgivende Ingeniører A/S
Strandvejen 128
2900 Hellerup

39 61 01 61
mail@ollgaard.dk