Die Pumpe als Turbine: Einsatz in Industrieprozessen

Als energieerzeugende sowie betriebskostensenkende Begleitmaßnahme in Industrieanlagen oder bei Kleinst- und Kleinwasserkraftwerken werden durch den Einsatz einer Pumpe als Turbine (PaT) bis dato unbeachtete Potentiale zur Energiegewinnung rentabel realisiert.

Meist werden rückwärtslaufende Kreiselpumpen für die Stromerzeugung eingesetzt: Durchströmt Wasser eine Pumpe rückwärts, kehrt sich die Drehrichtung des Laufrads um, und aus den Pumpen werden Turbinen.

Wann sind Pumpen als Turbinen sinnvoll?

Pumpen eignen sich besonders dann als Turbinen, wenn die Investitionskosten für herkömmliche Turbinen zu hoch sind und dadurch die Energiegewinnung unwirtschaftlich wird. Als Serienprodukt verursacht eine Pumpe deutlich geringere Investitionskosten und so wird der gegebenenfalls geringere Wirkungsgrad gegenüber einer „echten“ Turbine kompensiert. Bereits ab 2m Fallhöhe, 10 l/s Volumensstrom und auch bei diskontinuierlichem Zulauf kann ein rentabler Einsatz einer Pumpe als Turbine realisiert werden.

Wirkungsgradvergleich

Der hydraulische Wirkungsgrad von Turbinen beträgt je nach Bauart um die 95% und eine rückwärtslaufende Pumpe erzielt beim Turbinieren einen Wirkungsgrad bis ~85%. Ist nicht mit einem konstanten Volumensstrom zu rechnen, erhält die Betrachtung der Teillastfähigkeit eine wesentliche Bedeutung, um den erzielbaren Jahresertrag zu maximieren. Durch den fehlenden Leitapparat der Pumpe gegenüber der Turbine kann ein gutes Teillastverhalten der Pumpe nur durch die Aufteilung des Gesamtvolumensstrom auf mehrere Aggregate erreicht werden, die bedarfsabhängig zu- und abgeschaltet werden.

Einsatzgebiete

Im Zuge der Bemühungen, den Anteil von erneuerbaren Energiequellen massiv zu steigern, werden bis heute vernachlässigte Potentiale erkannt und mit innovativen Ansätzen realisiert. Neben der klassischen Wasserkraft werden vermehrt bestehende industrielle Prozesse zur Rückgewinnung von Energie genutzt. So gilt der großtechnische Einsatz von PaT-Aggregate bei Pumpspeicherkraftwerken als klarer Beweis für den erfolgreichen und rentablen Einsatz. So ergibt sich ein breites Einsatzgebiet und damit verbundenen Medieneinsatz:

Medien:

  • Trinkwasser
  • Rest- und Abwasser
  • Beliebe Medien in der Industrie:
    • Stoffsuspensionen in der Zellstoff- und Papierindustrie
    • Öl / Ölgemische
    • Kühlkreisläufe
    • Gaswäscheanlagen
    • u.v.m.

Einsatzgebiete:

  • Kleinwasserkraft
  • Trinkwassernetze
    • Druckdifferenz-Abbau zwischen Hoch- und Tiefbehälter
    • Druckregelung in geschlossenen Systemen
    • Druckreduktion von Gefällen
    • Restwassernutzung bei Wasserkraftwerken
    • Pisten-Beschneiungsanlagen
    • Industrieanlagen als Ersatz für Drosseleinrichtungen, z.B. in Kühlkreisläufen
    • Kläranlagen
    • Pipelines

u.v.m.

Die Vorteile einer Pumpe gegenüber Turbinen

Pumpen weisen niedrige Lebenszykluskosten, aufgrund der sehr geringen Anschaffungskosten für die Pumpe bei einem ebenso beachtlichen Wirkungsgrad.

PaT-Aggregate amortisieren sich meist innerhalb einiger Jahre. Die Investitionskosten sind gering und meistens kann mit einer Einspeisevergütung oder Förderung für erneuerbare Energien gerechnet werden und dadurch die ökonomische Attraktivität einer solchen Anlage nochmals erhöhen.

Aufgrund der Standardisierung von Pumpen kann eine Anpassung auf ein schwankendes Wasserangebot durch die Aufteilung des Gesamtvolumens auf mehrere gleich oder unterschiedlich große Aggregate erfolgen. Dies verbessert das Teillastverhalten der Anlage, da im Gegensatz zur Turbine keine regelbaren Leiteinrichtungen vorhanden sind.

Im optimalen Fall wird eine bestehende Pumpe auch zeitweise zur Stromerzeugung eingesetzt und somit erlangt eine vorhandene Infrastruktur durch Adaptionen eine rentable Nutzungserweiterung, wie z.B. für Beschneiungsanlagen für Skipisten auch beim Einsatz von mehrstufigen Pumpen.

Resümee

Die Verwendung von Pumpen als Turbinen überzeugt durch die deutlich günstigeren Anschaffungskosten, wobei jeder Einsatz auf Basis der erzielbaren durchschnittlichen Jahresleistung im Vergleich zu den Lebenszykluskosten, d.h. Beschaffungskosten, Folgekosten sowie ausgelöste Kosten/Einsparungen in anderen Unternehmensbereichen, kritisch analysiert werden soll. Mit Hilfe des Know-Hows von Experten, die beide Felder „Pumpe“ und „Turbine“ abdecken, werden unbeachtete Potentiale zur Energiegewinnung bzw. zur Steigerung der Energieeffizienz von Anlagen realisiert - die Wettbewerbsfähigkeit stärken und die Umwelt schonen.