Energierückgewinnung
Die Energierückgewinnung beschreibt den Prozess, bei dem die genutzte Energie nach der Erfüllung einer Aufgabe aus dem System entweder für den gleichen oder einen anderen Prozess wiederverwendet wird (z. B. Turbinenbetrieb von Kreiselpumpen oder Drucktauscher in einer Meerwasserentsalzung nach dem Reverse-Osmose-Verfahren). siehe Abb. 1 Energierückgewinnung
Das Minimum an Investitionsaufwand (Lebenszykluskosten) für eine Rückgewinnungsanlage ist erreichbar, wenn das von ihr abgegebene Drehmoment ohne weiteren Regelaufwand direkt verwendet werden kann. Dies ist überall dort der Fall, wo in der Nähe der Rückgewinnungsanlage ein Drehstrommotor betrieben wird, dessen Nennleistung größer als die von der Anlage zurückgewonnene Leistung ist. Die Kosten verringern sich, wenn dieser Motor zur selben Zeit wie die Rückgewinnungsanlage aktiv ist. In diesem Fall genügt es, die Welle der Rückgewinnungsanlage mit der Welle des Elektromotors zu kuppeln.
Das auf diese Weise in den Motor eingeleitete antreibende Drehmoment vermindert die Stromaufnahme des Elektromotors. Ein zusätzlicher Effekt ist die Führung der Drehzahl der Rückgewinnungsanlage durch die Drehzahl des Motors. Schwankt etwa die Leistungsabgabe der Rückgewinnungsanlage aufgrund einer Änderung der hydraulischen Betriebsbedingungen, so bleibt die Drehzahl nahezu konstant und nur das übertragene Drehmoment reagiert. Beim Unterschreiten bestimmter Minimalwerte für den Förderstrom und die Förderhöhe kann das Drehmoment allerdings auch negative Werte annehmen, sodass es bremsend wirkt. Dieser Zustand kann durch eine zwischen Rückgewinnungsanlage und Generator gesetzte Kupplung mit Freilauf vermieden werden.
Die direkte Nutzung des von der Rückgewinnungsmaschine gelieferten Drehmomentes ist aufgrund ihrer Einfachheit die wirtschaftlichste Anwendung. Wird die Rückgewinnungsanlage mit einer Pumpe kombiniert und sitzen beide auf dem gleichen Wellenstrang, so sollten Pumpenläufer sowie Turbinenrad in ein und demselben Gehäuse untergebracht werden, sofern dies die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Fördermedien zulassen. siehe Abb. 2 Energierückgewinnung
Am Beispiel des Trinkwassernetzes wird die mögliche Energierückgewinnung deutlich. So werden diese meist so ausgelegt, dass dem Verbraucher an der Entnahmestelle eine Zulaufhöhe (H) von 50 m (5 bar) zur Verfügung steht. Unter dieser Voraussetzung ist in jedem Kubikmeter entnommenen Wassers eine technische Arbeitsfähigkeit (W) von 0,136 kWh enthalten:
Eine Ausbeutung dieser in wenig konzentrierter Form vorliegenden Energie lohnt sich nicht. Werden in den Hauptleitungen des Trinkwassernetzes allerdings große Volumenströme durchgesetzt und treten Drücke auf, welche ein Mehrfaches des Verbraucherenddruckes von 5 bar betragen, so entstehen an den Drosselstellen konzentriertere Verlustleistungen. Diese stellen ein Potenzial zurückgewinnbarer Energie dar, das bis hinunter zu Leistungen von 20 kW noch wirtschaftlich auszubeuten ist.
Ein anderes Beispiel zur möglichen Energierückgewinnung ist die Verlegung einer Hauptleitung durch unebenes Gelände besonders in bergigen Regionen. Dazu werden Druckreduzierstationen installiert.
siehe Abb. 3 Energierückgewinnung
Im Fall der steigend und fallend verlegten Leitung muss der Druck vor dem Berg in einer Pumpstation erhöht und hinter dem Berg wieder reduziert werden. Andernfalls entstünde am Hochpunkt der Leitung ein negativer Druck, wodurch die Wassersäule dort abreißen würde.
Wo die Fernleitung über Höhenzüge führt und die Zielstation auf niedrigerer oder gleicher Höhe wie die Pumpstation liegt, zeigt sich ein hohes Potenzial von zurückgewinnbarer Energie. Die Zielstation kann eine Druckreduzierstation sein, um den Druck zu regulieren siehe Abb. 4 Energierückgewinnung oder sie kann der Einlauf zu einem Speicherbehälter sein, um den vollen Druck in der Einlaufdrossel auf Null abzubauen. So reguliert die Drossel den Förderstrom.
