Bauer PMSM 技术和 Allweiler 泵帮助施滕达尔污水处理厂实现了能源自给自足

欧洲各地的市政当局都在寻找如何降低能耗并最大限度减少碳足迹的方法。通过污水处理过程生产沼气，为工厂实现自给自足提供了一种方法。然而，要想实现自给自足，必须使用高效的设备。

Bauer Gear Motor（减速电机的领先制造商）与 Allweiler 携手，通过安装高效的永磁同步电机 (PMSM)，减少了德国施滕达尔污水处理厂中偏心螺杆泵的能源用量。

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施滕达尔污水处理厂的目标是在 2025 年前完全实现能源自给自足。该工厂设有沼气生产设施，可从废物中获取低碳能源。污水处理所产生的污泥被泵入储罐，然后转移到沼气厂。

为了减少对电网的依赖，并提高低碳能源在运营中发挥的作用，工厂经营者开始评估如何改进设备来实现这一目标。偏心螺杆泵很快就被确定为改进对象。

偏心螺杆泵（也称为螺杆泵），用于运输污水处理过程中所产生的大量污泥。首选这种泵设计，因为它能防止堵塞，并且可以容纳混有固体的液体。偏心螺杆泵能够全天候运行，支持污水处理过程不间断。

但是，连续运行需要大量的能源。此外，泵经常低速运行，这会导致为其提供动力的电机工作效率低下。施滕达尔污水处理厂的经营者明确表示，希望在实现能源自给自足的同时，提高这些泵的效率，从而减少整体能源需求。幸运的是，一个成熟的解决方案已经准备就绪，等待着工厂经营者投入使用。

Altra Industrial Motion Corp. 旗下一流品牌 Bauer Gear Motor 的大客户经理 Marc Piwko 说道：“我们的减速电机技术在全世界首屈一指。” “我们的 PMSM 系列就是最好的证明，它在整个性能曲线范围内都表现出了卓越的效率。对于寻求降低连续运行能耗并最大限度提高成本效益的经营者来说，这些装置是理想的选择。”

安装 PMSM 后，与使用 IE3 异步电机相比，泵在泵送初级污泥时的能耗要低 24%。

Bauer PMSM 采用了非常高效的转子设计，配合经过优化的永磁体，与传统设计相比，具有明显的性能和效率优势。转子不会造成热损失，总损耗可降低 25%。与其他传动装置相比，经营者的电机效率通常可稳定提升超过 10%。Bauer PMSM 符合 IEC TS 60034-30-2 的 IE3、IE4 甚至 IE5 效率标准。

PMSM 在偏心螺杆泵应用中的一个关键优势是，它们可在低速下提供高转矩，同时提高效率。在施滕达尔污水处理厂中，泵通常以 25 Hz 左右的频率运行以减少磨损，并为大量的水提供性能储备 — 而以该频率运行的异步电机为了达到所需的转矩值，必须加大电机功率，因此导致了能源效率低下。然而，由于部分负载下的固有特性，PMSM 可在这种速度下以较小的电机功率提供全转矩。它也可以从启动时提供高转矩，非常适合泵送应用。此外，与异步电机相比，在部分负载下，经营者预计可节省 30% 以上的能源。

CIRCOR 的德国企业 Allweiler GmbH（全球领先的泵制造商）注意到了这些优势，并与 Bauer 合作将旗下的泵与 PMSM 相结合。2017 年，两家公司在拜罗伊特污水处理厂进行了一次安装试验，显著提高了效率。

针对施滕达尔污水处理厂，Allweiler 指定使用 AE2E 系列偏心螺杆泵，这种泵能够处理含有固体或纤维的高粘度或侵蚀性液体，因此广泛用于污水处理过程。这种泵还具有很高的耐磨性，使用寿命更长。它们与 Bauer BG30 螺旋系列齿轮（带 PMSM）连接，并安装在工厂的泵送房地下室中。

“PMSM 设计的另一个优点是功率密度非常大。这意味着我们可以在保持性能不受影响的情况下有效减小电机功率，同时提高效率。在施滕达尔污水处理厂中，我们可以把最初的 5.5 kW 异步电机改为 3 kW 电机，”Marc 说道。

“除此之外，由于 PMSM 具有低热特性，因此无需使用强制冷却风扇，这又是一项价值优势。”

施滕达尔污水处理厂的目标是在 2025 年前实现完全能源自给自足，因此正在安装新的高效设备。

正如施滕达尔污水/水处理部门主管 Micheal Riske 所说，数据已表明，采用由 Bauer Helical PMSM 减速电机驱动的 Allweiler 泵已为工厂带来了诸多优势：“我们使用 PMSM 和 IE3 异步电机交替驱动两台完全相同的泵，每个泵运行一个月，并对电力需求和初级污泥泵送情况进行了比较。结果是装有 PMSM 的泵能耗减少了 24%。”

在评估期间，使用 PMSM 的泵消耗了 495.3 kW 的能源，泵送了 2,410 m3 的初级污泥。IE3 异步电机泵送 2699.5 m3 的污泥则需要 729.3 kW 的能源。这相当于 PMSM 每千瓦可泵送 4.866 m3，而 IE3 电机每千瓦可泵送 3.7 m3。在施滕达尔污水处理厂，Allweiler 偏心螺杆泵在相同输出下泵送的污泥几乎多出了三分之一。Bauer 减速电机不仅提高了功率效率，还改善了应用性能。

Allweiler 的销售工程师 Klaus Kaiser 研究多个安装地点的调查结果后，补充说到：“根据我们的经验，在 PMSM 上实现投资回报 (ROI) 所需的时间不超过 6 个月。”

事实上，由于施滕达尔污水处理厂传动装置的功耗较低，因此仅三个月就实现了投资回报。这不仅可以减少功耗、提高性能，而且在工厂向低碳能源转型方面也迈出了一大步。