Deutschland / Albstadt: Wie durch die Fernmessung die Kosten für die Lecksuche deutlich gesenkt wurden.

1. Die Albstadt Region, verteilt auf drei Täler und mit 400m Höhenunterschied

»Erfahrungsbericht als PDF (nur auf Englisch verfügbar)

Einleitung

Albstadt liegt im Südwesten Deutschlands, ca. 80 km  von Stuttgart entfernt.  Die Albstadtwerke sind ein mittelständisches Dienstleistungs- und Versorgungsunternehmen, zuständig für die Trinkwasser-, Erdgas- und Stromversorgung in dieser Region mit etwa 70‘000 Einwohnern. Neben der Verwaltung und Pflege der eigenen Distributionsnetze betreiben die Albstadtwerke noch zwei weitere Trinkwasservertriebsnetze, sieben Erdgasverteilungsnetze und kümmern sich um die Stromversorgung.

Albstadtwerke ist mit 80 Mitarbeitern für den gesamtem Betrieb und die Konstruktion seiner Netze und Anlagen verantwortlich. Es gehört bereits seit Jahren zur Unternehmenspolitik, dass man ständig neue und innovative Methoden und Prozess in der Lecksuche und der grabenlosen Rohrverlegung evaluiert und gegebenenfalls einführt.

In dieser Fallstudie zeigen wir unsere Erfahrungen mit innovativen Technologien auf, die den Wasserverlust reduzieren können, und stellen auch unser neuestes System vor, das permanent das Wassernetz überwacht und somit die schnellste einfachste Art ist, um Lecks zu orten.

2. Typischer Kalksteinboden

Die Herausforderung

Abb. 1: Albstadt ist über drei Täler verteilt und verzeichnet einen Höhenunterschied von 400m. Diese tektonische Gegebenheit schafft eine Reihe von operativen Herausforderungen. Dazu gehören:

  • Eine große Anzahl verschiedener Druckzonen;
  • Lange Strecken von Hauptleitungen; und
  • Weite Fahrtstrecken für das Wartungspersonal, um die Extremitäten des Netzes zu erreichen.

Etwa 50% der Wasserversorgung kommt aus unserem Wassereinzugsgebiet und wird in mehreren Stufen in unserer Anlage zu qualitativ hochwertigem Trinkwasser verarbeitet. Die anderen 50% werden von drei Lieferanten gekauft. Wir sind nicht weit vom Bodensee, eines der größten Seen in Europa, entfernt.

Unsere aktuelle Verlustrate („Non-Revenue Water“) liegt bei 20% (500‘000 Kubikmeter), was ein grosser Anstieg ist von den 10%, die wir vor fünf Jahren hatten. Der absolute Verlust ist aber konstant geblieben, weil die gesamte Wassernachfrage 50% gefallen ist.Der Untergrund besteht aus Kalkstein, was auch bedeutet, dass nahezu kein Leck an die Oberfläche tritt, weil das Wasser gut abliessen kann. Wir hatten schon massive Lecks von bis zu 25 l/s, die einfach im Untergrund verschwanden (Abbildung 2).

Unsere erste Untersuchung war in der Braunhartsberg Reservoir-Zone. Diese Zone besteht aus 52 km langen Rohrleitungen, die aus einer Mischung von Grauguss, PVC und Duktilem Gusseisen bestehen. Es herrschen die meisten Faktoren vor, welche eine Lecksuche erschweren.

3. Installation von Durchflussmesser
4. Installation von ZS820 Logger und Repeater

Wasser-Leck Innovationen

Unsere erste Strategie, um die Effizienz des Netzes zu verbessern, war einen Durchflussmesser am Reservoir-Ausfluss zu installieren. Wir wollten die Daten regelmäßig in das Büro schicken lassen, um uns zu alarmieren, wenn eine Erhöhung im Minimalen Nachdurchfluss („Minimal Night Flow“ = MNF) verzeichnet wird. Dies ist in Abbildung 3 zu sehen. Neben dem eigentlichen Alarm wegen erhöhtem MNF, konnten wir ausserdem die Größe des Wasserverlustes abschätzen.

Lecksuche wurde wie folgt ausgeführt: Ein Team wurde in einem Minivan entsandt, um Geräuschlogger mit Funkverbindung im Netz auszusetzen (siehe Abbildung 4), um dann am nächsten Tag die über nacht aufgenommenen Geräuschdaten per Drive-by Verfahren abzurufen (d.a. mittels vorbeifahren per Funk einzeln abzulesen) und vorhandene Lecks auf diese Weise zu lokalisieren. Später wurden die Lecks mit Bodenmikrofon und Korrelator nochmals bestätigt. Wir verwenden diese Ausrüstung nun schon mehrere Jahre, und wir haben festgestellt, dass die Logger mit Funkkommunikation effizient genutzt werden können. Diese sind direkt an am Rohrnetz mit einer magnetischen Verbindung angebracht, und liefern gute Geräuschaufnahmen. In der Regel musste ein Zwei-Mann-Team zwischen 5 und 10 Tage lang unterwegs sein, um ein Leck in der großen Zone zu finden, mit Fahrtzeiten von einer Stunde hin und zurück jeden Tag.

Der nächste Schritt zur Verbesserung der Effizienz dieses Prozesses war die Installation zusätzlicher Durchflussmesser innerhalb der Zone, um die mögliche Position des Lecks geografisch weiter einschränken zu können.

Wir werden nicht die Messung oder die Analyse insgesamt in Teilbereichen fließen lassen, wir werden nur auf signifikante Veränderungen im täglichen Wasser laufen lassen um die Leck Positionen zu lokalisieren.

5. Braunhartsberg Druckzone in der ZONESCAN NET Software

Unsere nächste Verbesserung – die optimale Lösung?

Mit den zuvor identifizierten Systemen konnten wir bisher gute Ergebnisse erzielen. Allerdings gab es immer noch einigen Aufwand für uns, verbunden mit dem Einsammeln und Auswerten der Daten. Aufgrund der geographischen Gegebenheiten im Albstadt-Gebiet wurde viel Zeit verschwendet.

Deswegen entschieden wir uns, ein System einzuführen, das den Entscheidungsträgern täglich Daten ins Büro liefert, um die Reaktionszeit und die Anreisezeit zu verringern.

Geräusch-Logger wurden über die gesamte Zone fix installiert; wie bis anhin nehmen die Logger nun den Geräuschpegel und eine Tonprobe auf. Werden festgelegte Grenzwerte überschritten, sendet der Datenlogger einen Alarm an die Zentrale. Jeder Logger ist über Funk mit einem Repeater verbunden, welche die Daten wiederum per Funk an einen Datensammler (ALPHA) schicken, von dem aus sie gesammelt an den zentralen Server geschickt werden. Somit haben wir jeden Tag einen sofortigen Zugriff auf die Messdaten und können eine Leck-Beurteilung unmittelbar vornehmen, ohne in die Zone rausfahren zu müssen.

Durch Ergänzung des Systems mit geographischen Netzdaten sind die Logger in der Lage, ihre eigene Position im Netz zu erkennen und schaffen eine Beziehung allen „benachbarten“ Logger. Damit können automatisch Korrelation zwischen den Loggern gemacht werden, welche notwendig sind für eine punktgenaue Positionsbestimmung des Lecks. Ausserdem werden so auch Störgeräuschquellen um die Logger herum eliminiert.

Eine fixe Installation geht schnell und ist kostengünstig, ohne bauliche Veränderungen am Verteilnetz

In der Druckzone Braunhartsberg wurden vom ZONESCAN System 80 Logger, 42 Repeater und zwei ALPHA Einheiten verbaut (siehe Abbildung 5) verbaut. Dies ist ausreichend, um eine vollautomatische Lecküberwachung der gesamten Zone, die aus 52 km Leitungen besteht, zu gewährleisten.

Beurteilung

  • Zuverlässigkeit der Kommunikation: Wir fanden die Funk-Kommunikation sehr gut, ohne Notwendigkeit, eine Antenne vom Logger an die Oberfläche zu installieren.
  • Batterie-Lebensdauer: Wir arbeiten bei Temperaturbereichen von -30°C im Winter und +30°C im Sommer. In den 12 Monaten seit Inbetriebnahme des ZONESCAN Systems gab es keine Probleme.

Die Überwachungsplattform

Alle Daten werden auf GUTERMANN Webservern gehostet und uns via ZONESCAN.NET zugänglich gemacht. In dieser Software können geografisches Mapping, Amplitudenverteilung, Frequenzspektrum und Korrelationsgrafiken aller Daten aufgerufen werden. Die abgebildete Karte (Abbildung 5) zeigt verschiedene farblich markierte Logger. Grün bedeutet kein Leck, Orange deutet auf ein mögliches Leck hin, und Rot steht für ein sehr wahrscheinliches Leck.

Es ist auch möglich, die Logger auf einem Satelliten-Bild anzuschauen, dies sorgt für eine bessere Orientierung. Dieses spezifische Leck (in Abblidung 5) wurde von über 15 Logger-Paaren mittels Korrelation identifiziert, und wir reparierten es in absoluter Rekordzeit. Wir starteten die Analyse am 9. Februar, und am 10. Februar war das Leck bereits repariert.

Es können auch mechanische Geräusche identifiziert werden, was weiter dabei hilft, die Zeit, die für die Suche nach Lecks, welche keine sind, verschwendet wird, einzusparen.

6.1. Korrelationsgrafik
6.2. Kreuzspektrum-Grafik

Abbildung 6.1 zeigt ein Korrelationsdiagramm mit der exakten Positionen des Leckgeräusches (grafische Spitze) auf der Leitung, die bei 22,9 Metern von Logger 1 und 63,6 Meter von Logger 2 angegeben wird.

Abbildung 6.2. zeigt das Frequenzspektrum des Geräusches. Fehlalarme entstehen oft durch Geräusche in tieferen Frequenzbereichen (50 bis 150 Hz), während wahre Lecks meist eine höhere Frequenz aufweisen.

Alle Analysen werden im Büro durchgeführt, bevor ein Mitarbeiter nach draußen geschickt wird. Ein Leck – wie in Abbildung 7 abgebildet – wurde durch die Korrelation mit dem ZONESCAN System geortet und war weniger als ein halben Meter von der tatsächlichen Position entfernt.

7. Leck geortet mit ZONESCAN ALPHA

Schlussfolgerungen

Mit dieser Technologie ist es uns gelungen, unseren MNF auch unter 0.4 l/s zu bringen, mit einer durchschnittlichen Laufzeit von einem Leck von 1,5 Tage, so dass wir unseren Wasserverlust auf ein niedrigeres Niveau reduzieren konnten als jemals zuvor. Darüber hinaus haben wir den Aufwand und die Kosten der Lokalisierung um 98% reduziert.

Mit gutem Kartenmaterial des Rohrnetzes ist ZONESCAN in der Lage, eine genaue Position des Lecks zu bestimmen. Angesichts der Ausgrabungskosten, welche €3.000 betragen, bestätigen wir Lecks vor der Ausgrabung immer  mit einem Bodenmikrofon.

Wir hatten nie Kommunikationsprobleme während des kalten Winters, selbst nicht bei einer dicken Schneeschicht über den Schachtdeckeln.

Wir fanden ein kleines Leck, das selbst erfahrene Mitarbeiter nicht entdeckt hätten können, und die Leckorter sagen immer, sie könnten die Regenwürmer husten hören.

Der Autor

Frank Tantzky (email: frank.tantzky @albstadtwerke .de) ist Netzverantwortlicher bei den Albstadtwerken. Die Originalarbeit wurde beim Global Leakage Summit im Juni 2011 in London vorgestellt. Seit dieser Präsentation haben die Albstadtwerke das Gebiet, das von ZONESCAN Loggern überwacht wird, stark ausgeweitet. Und der Ausbau dauert an….