Stabilne ciśnienie w sieci, ponad 75% mniej zużywanej energii i zwrot z inwestycji w zaledwie 15 miesięcy. Takie efekty przyniesie kompleksowa modernizacja pompowni hydroforowej wraz z zabudową instalacji paneli fotowoltaicznych w Oddziale KWK Piast-Ziemowit Ruch Ziemowit. Inwestycja pozwala nie tylko radykalnie obniżyć koszty eksploatacji, ale także ograniczyć awaryjność i wyeliminować ryzyko przerw w dostawach wody. To konkretna odpowiedź na wyzwania, z którymi mierzy się dziś wiele zakładów przemysłowych: rosnące koszty energii, starzejąca się infrastruktura i potrzeba zapewnienia niezawodności kluczowych instalacji.

Pompownia hydroforowa zlokalizowana przy stacji SUW przy ulicy Oficerskiej w Lędzinach od lat pełni kluczową funkcję w strukturze Ruchu Ziemowit. Zlokalizowana w dwupomieszczeniowym budynku (pompownia oraz hala sześciu zbiorników ciśnieniowych o pojemności 10 m3 każdy) odpowiada za dostarczanie wody pitnej do sieci kopalnianej oraz do podmiotów zewnętrznych. Dotychczasowy system opierał się na czterech zestawach pompowych o mocy 90 kW każdy, sterowanych tradycyjnymi wyłącznikami ciśnieniowymi (presostatami). Choć układ przez lata spełniał swoje zadanie, jego formuła technologiczna wyczerpała się. Zły stan techniczny, brak stabilności ciśnienia, częste awarie oraz przede wszystkim ogromne koszty energii zaczęły realnie zagrażać ciągłości dostaw wody. Zmiana stała się koniecznością. Kluczowym założeniem projektu była całkowita zmiana filozofii sterowania procesem tłoczenia wody. W tradycyjnym układzie pompy pracowały w trybie zero-jedynkowym: włączały się przy spadku ciśnienia w zbiornikach i wyłączały po osiągnięciu wartości maksymalnej. Generowało to potężne uderzenia hydrauliczne oraz drastycznie skracało żywotność urządzeń przez ciągłe cykle start-stop. Modernizacja, oparta na nowoczesnych zestawach hydroforowych sterowanych falownikami (przetwornicami częstotliwości), całkowicie eliminuje te wady.

Co zmienia nowa technologia?
Po wdrożeniu nowego systemu z układu całkowicie znikają wielkie, 10 m3 zbiorniki buforowe. Ich rolę przejmuje zaawansowana automatyka. Nowe pompy o mocy zredukowanej do zaledwie 22 kW na bieżąco dostosowują swoją pracę do aktualnego zapotrzebowania na wodę, gwarantując idealnie stabilne ciśnienie wyjściowe w sieci.

Matematyka efektywności: 15 miesięcy do pełnego zwrotu
Z perspektywy ekonomicznej modernizacja okazała się strzałem w dziesiątkę. Liczby mówią same za siebie. Dzięki automatycznej regulacji i wymianie silników na energooszczędne, roczne zużycie energii elektrycznej pompowni hydroforowej spadnie z dotychczasowych 725 760 kWh/rok do zaledwie 54 400 kWh/rok. Oznacza to gigantyczną czystą oszczędność na poziomie 671 360 kWh rocznie, co powoduje, że poniesione nakłady inwestycyjne zawracają się po ok. 15 miesiącach.

Dodatkowy zysk: Białe certyfikaty
Oszczędność energii finalnej została wyliczona na około 63 toe. Pozwoliło to zakładowi na złożenie wniosku do Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (URE) o wydanie świadectw efektywności energetycznej (tzw. białych certyfikatów). Biorąc pod uwagę aktualne giełdowe notowania (1 toe = ok. 2300 zł), Ruch Ziemowit może pozyskać z rynku prawa majątkowe o wartości aż 145 tys. zł, co jeszcze bardziej podnosi rentowność całego przedsięwzięcia. Prawidłowość tych wyliczeń potwierdził szczegółowy audyt energetyczny.

Mózg operacyjny: Pełna automatyzacja i monitoring
Modernizacja technologiczna pociągnęła za sobą rewolucję w zakresie zarządzania obiektem. Nowy zestaw hydroforowy sterowany jest w pełni automatycznie. Dla zapewnienia niezawodnej i płynnej pracy zestawu hydroforowego, system wyposażony jest w falowniki. Służą one do regulacji prędkości obrotowej pomp w celu utrzymywania stałego ciśnienia w instalacji, niezależnie od wielkości rozbioru. Jako jednostkę sterującą pracą zestawu zastosowano sterownik PLC Siemens S7-1200. Układ pracuje w funkcji ciśnienia mierzonego w kolektorze tłocznym. Sygnał z analogowego przetwornika ciśnienia porównywany z sygnałem ciśnienia zadanego. Gdy mierzone ciśnienie jest mniejsze od zadanego, a obroty pompy są niższe od nominalnych, wtedy następuje regulacja pracą falownika – falownik zwiększa prędkość obrotową pompy, podnosząc ciśnienie i wydajność. Jeżeli pompa osiągnie prędkość nominalną, a ciśnienie wciąż jest niższe od zadanego – uruchomiona zostaje kolejna pompa. Gdy ciśnienie rośnie (malejący rozbiór) układ sterowania stabilizuje ciśnienie za pomocą falownika. Dla zabezpieczenia pompy przed pracą na sucho, zastosowano czujnik obecności wody w kolektorze ssawnym. W przypadku braku wody powoduje on wyłączenie pomp.

Dodatkowe oszczędności: Instalacja fotowoltaiczna o mocy 50 kWp
Równolegle do wspomnianej wcześniej modernizacji hydroforowni przystąpiono do zabudowy zestawu 98 paneli fotowoltaicznych o mocy 505 Wp każdy, skierowany na południe, podłączonych do falownika Sofar typu: 50KTLX-G3 3F. Moduły zostały zamontowane na gruncie w dwóch rzędach pionowo na trzech stołach w układzie: 42, 42 ,14 paneli. Takie rozlokowanie było najbardziej optymalne ze względu na miejsce oraz dla uzyskania maksymalnej sprawności układu. Kluczem do opłacalności była w założeniach autokonsumpcja – czyli wykorzystanie wyprodukowanej energii na bieżąco, bez oddawania jej do sieci. Praca instalacji już pozwala znacząco obniżyć koszty związane z pracą zmodernizowanej hydroforowni, gdzie roczne planowane zapotrzebowanie na energię wyniesie ok. 100 tyś. kWh, natomiast zakładana produkcja energii z paneli fotowoltaicznych będzie na poziomie ok. 50 tyś. kWh. Z prezentacji założonych danych widzimy, że praca wymienionej instalacji znacząco wpłynie na skrócenie czasu zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych związanych z przeprowadzoną modernizacją hydroforowni.

Przykład KWK Piast-Ziemowit pokazuje, że nowoczesna inżynieria i automatyzacja procesów to jedyna słuszna droga dla przemysłu w dobie wysokich cen mediów. Zastąpienie przestarzałego, energochłonnego systemu z centralnymi hydroforami przez dynamiczny układ pompowy sterowany falownikami udowadnia, że ekologia i dbałość o efektywność energetyczną idą w parze z gigantycznymi, bezpośrednimi oszczędnościami finansowymi.

tekst: Adam Czarnynoga / zdjęcia: arc KWK Piast-Ziemowit