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Frequenzumrichter

Ein Frequenzumrichter ist ein Stromrichter, der aus der speisenden Wechselspannung eine andere Wechselspannung erzeugt.

Meist sind Ausgangs-Frequenz und Ausgangs-Amplitude veränderbar. Die Geräte dienen im Gegensatz zu „einfachen“ Umrichtern meist der Versorgung von Drehstrom-Asynchronmotoren, da sie Frequenz und Amplitude der Ausgangswechselspannung mittels Sensortechnik nach den Anwendungen des Motors und dessen aktueller Last einregeln. Sogenannte Servoumrichter besitzen zudem Eingänge für die Winkelposition des Rotors und können als Positionierantrieb verwendet werden.

Frequenzumrichter können je nach Bauart mit Einphasenwechselspannung, Dreiphasenwechselspannung oder Gleichspannung gespeist werden und daraus eine Dreiphasenwechselspannung für die Versorgung von Drehstrommotoren erzeugen.

Umrichter sind elektrisch ähnlich aufgebaut, dienen aber nicht der Steuerung und Versorgung eines elektrischen Motors, sondern arbeiten üblicherweise mit einer fixen Frequenz und Spannungsamplitude am Ausgang zur Versorgung mehrerer unterschiedlicher Verbraucher.

Abwendung in der Geothermie

In der Geothermie werden Frequenzumrichter u.a. zur Ansteuerung von Unterwasserpumpen (ESP) eingesetzt.

Beispiel Stadtwerke München

Bei der Tiefengeothermie befindet sich eine Tauchkreiselpumpe in der Förderbohrung, viele hundert Meter tief im sehr heißen Thermalwasser. Von dort fördert sie das Thermalwasser an die Oberfläche, wo die Energie aus dem geförderten Thermalwasser über Wärmetauscher an das Wasser in den Fernwärmenetzen übertragen oder auch zur Stromerzeugung genutzt wird.

Der Frequenzumrichter ist dabei dem Pumpenmotor vorgeschaltet, um eine bedarfsgerechte, veränderbare Wechselspannung zu erzeugen. Damit steuert der Frequenzumrichter die Drehzahl eines Motors stufenlos von nahezu Null bis zur benötigten Nenndrehzahl.

Mobiler Frequenzumrichter überbrückt Ausfälle
Die nun beschaffte Anlage ist kompakt in einem Container untergebracht. Mittels Tieflader kann sie flexibel und schnell überall dort eingesetzt werden, wo es zu einem Teil- oder Totalausfall eines vorhandenen Frequenzumrichters kommt oder Wartungsarbeiten anstehen. Damit sichern die SWM nicht nur den Betrieb ihrer eigenen Geothermieanlagen in Riem, Freiham, Schäftlarnstraße, Sauerlach, Dürrnhaar und Kirchstockach ab, sondern können auch benachbarte Geo­thermiebetreiber unterstützen. Die SWM erhöhen damit die Verfügbarkeit der eigenen Geo­thermieanlagen in und um München sowie die weiterer Anlagen in der Region.

Der Container kann mit unterschiedlichen Mittelspannungen betrieben werden. Er hat eine standardisierte Schnittstelle zum Motor, zur bauseitigen Elektrotechnik und ggf. zur übergeordneten Leittechnik. Somit ist er mit unterschiedlichen Pumpen und Motoren kompatibel. Die Anlage kann aber auch als autarkes System in einem Neu-Projekt zum Einsatz kommen und die ersten Pumptests an neuen Bohrlöchern, etwa beim SWM Geothermieprojekt Michaelibad, ausführen. Hierfür ist eine eigenständige Steuerung für einen sicheren und unabhängigen Betrieb vorhanden.

Technische Daten

  • Dichtgeschweißter 45-Fuß-Seecontainer mit Lüftung/Klimatisierung, Umgebungstemperaturen (Transport/Lagerung):
  • -15 Grad C bis + 40 Grad C
  • Betriebsspannung des Motors der Tauchkreiselpumpe: bis zu 6.000 V, Leistung bis zu 2.600kW
  • Antriebseinheit sorgt für definierte Anfahr- und Abfahrkurven der großen Thermalwasserpumpen
  • Sensorik erfasst diverse Messwerte, die in den Auswerteinheiten aufbereitet werden

Der mobile Frequenzumrichter wurde von den SWM gemeinsam mit Partnern entwickelt, darunter auch die Firma ABB. ABB hat in den vergangenen Jahren bereits alle Anlagen der SWM mit Frequenzumrichtern ausgerüstet. Die Ersatzteilvorhaltung und ein umfangreicher Servicevertrag zur schnellen Entstörung – ein wesentlicher Bestandteil der SWM Geo­thermiestrategie – sind somit gesichert.

zuletzt bearbeitet Juli 2023, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de