Dipl.-Ing. Elmar Brügging, MSc
Diplomprüfung: 08/2001
Diplomprüfung: 08/2001
Die seit 1990 rückläufigen Trinkwasserverbräuche und die kaum schwankenden Bevölkerungszahlen, waren für die Stadtwerke Düsseldorf AG der Anlass für die Überlegung, die Überkapazitäten des Düsseldorfer Hauptleitungsnetzes zu untersuchen. Mit den Ergebnissen sollte dann eine an die aktuellen Wasserverbräuche angepasste Instandhaltungsstrategie entwickelt werden.
Das Hauptleitungsnetz der Druckzone Düsseldorf-Stadt wurde mit dieser Zielsetzung und unter Berücksichtigung der Anforderungen des DVGW für Versorgungsnetze, mit Hilfe eines computergestützten Netzberechnungsprogramms, neu berechnet.
Das Hauptleitungsnetz wurde durch Nennweitenreduzierungen und Außerbetriebnahmen von Rohrleitungen optimiert. Diese Netzoptimierungen wurden stets der Versorgungssicherheit untergeordnet.
Eine weitere Zielvorgabe dieser Arbeit war es die Vielzahl an verschiedenen Nennweiten im Hauptleitungsnetz zu verringern und die geringen Fließgeschwindigkeiten in Großteilen des Netzes zu erhöhen.
Beiden Zielsetzungen kann das Neuberechnete "Zukunftsnetz" Rechnung tragen.
Die Nennweiten konnten von bisher 15 auf insgesamt 7 verschiedene standardisierte Nennweiten reduziert werden. Diese Standardisierung der Nennweiten bedeutet für die Materiallagerung eine nicht unerhebliche Steigerung der Effizienz.
Die Fließgeschwindigkeiten konnten durch die Nennweitenreduzierungen in vielen Teilen des Netzes erhöht werden. Dadurch sind auch in Zukunft keine Qualitätseinbußen des Trinkwassers aufgrund mangelnder Fließgeschwindigkeiten zu erwarten.
Die Hauptaufgabe dieser Arbeit bestand allerdings darin, das rund 300 km umfassende Hauptleitungsnetz zu reduzieren um somit eine betriebstechnische und wirtschaftliche Verbesserung zu erzielen.
Insgesamt wurden 98 km des Hauptleitungsnetzes verändert und berechnet. Rund 30 km dieser Hauptleitungen werden für das zukünftige Netz nicht mehr benötigt und können außer Betrieb genommen werden.
An den übrigen 68 km wurden teilweise erhebliche Nennweitenreduzierungen vorgenommen. Diese Ergebnisse spiegeln sich im Speichervolumen des Hauptleitungsnetzes wieder, dass von 62.000 m³ auf 38.000 m³ um rund 38 % verringert werden konnte.
Alle Veränderungen des Hauptleitungsnetzes wurden in einer Datenbank festgehalten.
In dieser Datenbank wurden folgende "Ist-Daten" sowie die "Zukunfts-Daten" aufgenommen.
Diese Kosten wurden dann dem finanziellen Aufwand für die Neuerrichtung, der gleichen Rohrleitungen allerdings in ihren bisherigen Nennweiten, gegenübergestellt.
Als Basis für diese Kalkulationen wurden konkrete Kostenaufstellungen der Stadtwerke, für eine Neuinstandsetzung einer Rohrleitung aufgeschlüsselt nach Nennweiten, verwendet.
Daraus ergab sich, dass die Stadtwerke im Falle einer Neuverlegung der veränderten Stränge ein Investitionsvolumen von etwa 100 Mio. DM aufwenden müsste. Darin enthalten ist die vergleichsweise geringe Investitionssumme von rund 5 Mio. DM für die Außerbetriebnahme der dafür vorgesehenen Leitungen. Für diese rund 30 km Rohrleitung würden dann zukünftig die Rücklagen für eine Neuverlegung und die Wartungs-, Reparatur- und Inspektionskosten wegfallen.
Im Vergleich mit einer Neuverlegung der gleichen Rohrleitungen in ihren bisherigen Nennweiten (ca. 160 Mio. DM), würde dies eine Einsparung von rund 60 Mio. DM bedeuten. Um weitere Einsparungspotentiale aufzuzeigen, wurden dem herkömmlichen offenen Neuverlegungsverfahren, Kosten von unterschiedlichen Sanierungsverfahren gegenübergestellt. Als Ergebnis kristallisierte sich heraus, dass weitere 20 bis 30 Prozent der Investitionskosten einer Neuverlegung durch grabenlose Sanierungsverfahren eingespart werden könnten.
Diese Grobkostenanalysen sind ebenfalls Bestandteil der Ergebnisdatenbank.
Auf dieser Grundlage wurde eine mögliche Instandhaltungsstrategie des Hauptleitungsnetzes beschrieben.
Diese Strategie soll in das jährliche Sanierungsprogramm der Stadtwerke eingebettet werden. Demnach wird ein Leitungsstrang, erst nachdem er durch seine Schadenshäufigkeit auffällig geworden ist und in die Sanierungsplanung mit einbezogen wird, nach den Maßgaben der Ergebnisse des Zukunftsnetzes ausgerichtet.
Bei einer aktuellen jährlichen Instandsetzung der Hauptleitungen von rund 3 km pro Jahr würde somit das Zukunftsnetz in etwa 40 Jahren vollständig umgesetzt sein.
Dieses Beispiel des Hauptleitungsnetzes der Stadtwerke Düsseldorf AG ist prinzipiell auf viele Versorgungsnetze in Deutschland übertragbar. Da wie in der Einleitung bereits beschrieben die Wasserverbrauchszahlen in Gesamtdeutschland rückläufig sind kann man auch hier von Überkapazitäten der Versorgungsnetze ausgehen. Wenn tendenziell wie in Düsseldorf rund 18 % der Versorgungsnetze Hauptleitungen sind und rund 16 % dieser Leitungen eingespart werden können, so kann aus dem unterirdischen Milliardenobjekt "Versorgungsnetz", ein zukünftiges wirtschaftliches Milliardenkonzept entstehen.
Diese Diplomarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Stadtwerke Düsseldorf AG erstellt.
Vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) wurde die Arbeit mit dem VDI-Förderpreis 2002 ausgezeichnet!
Das Hauptleitungsnetz der Druckzone Düsseldorf-Stadt wurde mit dieser Zielsetzung und unter Berücksichtigung der Anforderungen des DVGW für Versorgungsnetze, mit Hilfe eines computergestützten Netzberechnungsprogramms, neu berechnet.
Das Hauptleitungsnetz wurde durch Nennweitenreduzierungen und Außerbetriebnahmen von Rohrleitungen optimiert. Diese Netzoptimierungen wurden stets der Versorgungssicherheit untergeordnet.
Eine weitere Zielvorgabe dieser Arbeit war es die Vielzahl an verschiedenen Nennweiten im Hauptleitungsnetz zu verringern und die geringen Fließgeschwindigkeiten in Großteilen des Netzes zu erhöhen.
Beiden Zielsetzungen kann das Neuberechnete "Zukunftsnetz" Rechnung tragen.
Die Nennweiten konnten von bisher 15 auf insgesamt 7 verschiedene standardisierte Nennweiten reduziert werden. Diese Standardisierung der Nennweiten bedeutet für die Materiallagerung eine nicht unerhebliche Steigerung der Effizienz.
Die Fließgeschwindigkeiten konnten durch die Nennweitenreduzierungen in vielen Teilen des Netzes erhöht werden. Dadurch sind auch in Zukunft keine Qualitätseinbußen des Trinkwassers aufgrund mangelnder Fließgeschwindigkeiten zu erwarten.
Die Hauptaufgabe dieser Arbeit bestand allerdings darin, das rund 300 km umfassende Hauptleitungsnetz zu reduzieren um somit eine betriebstechnische und wirtschaftliche Verbesserung zu erzielen.
Insgesamt wurden 98 km des Hauptleitungsnetzes verändert und berechnet. Rund 30 km dieser Hauptleitungen werden für das zukünftige Netz nicht mehr benötigt und können außer Betrieb genommen werden.
An den übrigen 68 km wurden teilweise erhebliche Nennweitenreduzierungen vorgenommen. Diese Ergebnisse spiegeln sich im Speichervolumen des Hauptleitungsnetzes wieder, dass von 62.000 m³ auf 38.000 m³ um rund 38 % verringert werden konnte.
Alle Veränderungen des Hauptleitungsnetzes wurden in einer Datenbank festgehalten.
In dieser Datenbank wurden folgende "Ist-Daten" sowie die "Zukunfts-Daten" aufgenommen.
- Strang- bzw. Straßenname
- Strangnummer
- Ist-Material
- Ist-Nennweite
- Leitungslänge
- Zukunfts-Nennweite
Diese Kosten wurden dann dem finanziellen Aufwand für die Neuerrichtung, der gleichen Rohrleitungen allerdings in ihren bisherigen Nennweiten, gegenübergestellt.
Als Basis für diese Kalkulationen wurden konkrete Kostenaufstellungen der Stadtwerke, für eine Neuinstandsetzung einer Rohrleitung aufgeschlüsselt nach Nennweiten, verwendet.
Daraus ergab sich, dass die Stadtwerke im Falle einer Neuverlegung der veränderten Stränge ein Investitionsvolumen von etwa 100 Mio. DM aufwenden müsste. Darin enthalten ist die vergleichsweise geringe Investitionssumme von rund 5 Mio. DM für die Außerbetriebnahme der dafür vorgesehenen Leitungen. Für diese rund 30 km Rohrleitung würden dann zukünftig die Rücklagen für eine Neuverlegung und die Wartungs-, Reparatur- und Inspektionskosten wegfallen.
Im Vergleich mit einer Neuverlegung der gleichen Rohrleitungen in ihren bisherigen Nennweiten (ca. 160 Mio. DM), würde dies eine Einsparung von rund 60 Mio. DM bedeuten. Um weitere Einsparungspotentiale aufzuzeigen, wurden dem herkömmlichen offenen Neuverlegungsverfahren, Kosten von unterschiedlichen Sanierungsverfahren gegenübergestellt. Als Ergebnis kristallisierte sich heraus, dass weitere 20 bis 30 Prozent der Investitionskosten einer Neuverlegung durch grabenlose Sanierungsverfahren eingespart werden könnten.
Diese Grobkostenanalysen sind ebenfalls Bestandteil der Ergebnisdatenbank.
Auf dieser Grundlage wurde eine mögliche Instandhaltungsstrategie des Hauptleitungsnetzes beschrieben.
Diese Strategie soll in das jährliche Sanierungsprogramm der Stadtwerke eingebettet werden. Demnach wird ein Leitungsstrang, erst nachdem er durch seine Schadenshäufigkeit auffällig geworden ist und in die Sanierungsplanung mit einbezogen wird, nach den Maßgaben der Ergebnisse des Zukunftsnetzes ausgerichtet.
Bei einer aktuellen jährlichen Instandsetzung der Hauptleitungen von rund 3 km pro Jahr würde somit das Zukunftsnetz in etwa 40 Jahren vollständig umgesetzt sein.
Dieses Beispiel des Hauptleitungsnetzes der Stadtwerke Düsseldorf AG ist prinzipiell auf viele Versorgungsnetze in Deutschland übertragbar. Da wie in der Einleitung bereits beschrieben die Wasserverbrauchszahlen in Gesamtdeutschland rückläufig sind kann man auch hier von Überkapazitäten der Versorgungsnetze ausgehen. Wenn tendenziell wie in Düsseldorf rund 18 % der Versorgungsnetze Hauptleitungen sind und rund 16 % dieser Leitungen eingespart werden können, so kann aus dem unterirdischen Milliardenobjekt "Versorgungsnetz", ein zukünftiges wirtschaftliches Milliardenkonzept entstehen.
Diese Diplomarbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Stadtwerke Düsseldorf AG erstellt.
Vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) wurde die Arbeit mit dem VDI-Förderpreis 2002 ausgezeichnet!