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Abwasser-Forum EVS, 06.12.2007 Zentrum für Innovative AbWassertechnologien an der Technischen Universität Kaiserslautern Steigerung der Energieeffizienz.

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1 Abwasser-Forum EVS, Zentrum für Innovative AbWassertechnologien an der Technischen Universität Kaiserslautern Steigerung der Energieeffizienz von kommunalen Kläranlagen Jo Hansen Gerd Kolisch, Inka Hobus, Kai Wu

2 Abwasser-Forum EVS, Veranlassung Erweiterung der kommunalen Abwasserreinigungsanlagen hat zu steigendem Energieverbrauch geführt Anstieg der Bezugskosten für Energie in den letzten Jahren: erheblicher Kostenfaktor beim Betrieb von Anlagen Kläranlagen tragen bei Kommunen mit ca % zum Gesamtenergieverbrauch mit entsprechenden Kostenanteilen bei Reduzierung des Energieverbrauchs kann kommunalen CO 2 - Ausstoß verringern Modellprojekt Energetische Optimierung von Kläranlagen in Rheinland-Pfalz im Auftrag des MUFV

3 Abwasser-Forum EVS, Ziel: Steigerung der Energieeffizienz bei der Abwasserreinigung in Rheinland-Pfalz Energieanalysen für 4 Referenzanlagen Bewertung des Energieeinsatzes Ableitung von Optimierungsmaßnahmen Überprüfung der Wirtschaftlichkeit Abschätzung des Einsparpotentials RLP Prüfung der Übertragbarkeit Betrachtung von Maßnahmenszenarien Einsatz weitergehender Technologien 2 Projektziel, Vorgehensweise und Ergebnisse

4 Abwasser-Forum EVS, Ausgewählte Referenzanlagen KA Fischbachtal (5.500 EW) simultane aerobe Stabilisierung KA Billigheim ( / EW) getrennte aerobe Stab., Kampagne KA Bad Ems ( EW) anaerobe Stabilisierung KA Speyer ( EW) anaerobe Stabilisierung

5 Abwasser-Forum EVS, Grobanalyse Feinanalyse Umsetzung Erfolgskontrolle Vorgehensweise: in Anlehnung an Handbuch Energie NRW Grobanalyse Bestandsaufnahme von Verfahrenstechnik Betriebs- und Anlagendaten Kennzahlenvergleich und Bewertung Ableitung von Optimierungsmaßnahmen Feinanalyse: Erstellen einer Energiematrix detaillierte Maßnahmenbeschreibung und Wirtschaftlichkeitsberechnung

6 Abwasser-Forum EVS, Energierelevante Anlagendaten

7 Abwasser-Forum EVS, Begriffe: Richtwert: Ein aus durchgeführten Energieanalysen in NRW abgeleiteter Wert, der realistisch erreicht werden kann Idealwert: Ein theoretischer Wert, der anhand von Berechnungen an einer Modellanlage unter optimalen Voraussetzungen erreicht werden kann

8 Abwasser-Forum EVS, Kennzahlensystem Handbuch Energie in KA Bsp.: Aerobe Stab.anlage für EW

9 Abwasser-Forum EVS, Energienachweis für den Ist-Zustand

10 Abwasser-Forum EVS, Spezifischer Elektrizitätsverbrauch, alle Anlagen

11 Abwasser-Forum EVS, ) ohne RÜB und HW-Pumpwerk 2) abzüglich Einspeisung 3) EVU, Deponie, Notstrom Energieverbrauchermatrix

12 Abwasser-Forum EVS, Verfahrenstechnische Maßnahmen: Anpassung des Sauerstoffgehaltes Überprüfung des Schlammalters Überprüfung der Regelstrategien Mengenproportionale RS-Förderung... Maschinentechnische Maßnahmen Einsatz energieeffizienter Pumpen Ersatz Belüfterelemente Austausch von Gebläsen / Verdichtern Einrichtung BHKW/MGT... Maßnahmen zur Energieoptimierung

13 Abwasser-Forum EVS, Beispiel: Anpassung von Schlammalter und O 2 -Gehalt Hintergrund: O 2 -Gehalte größer 2 mg/l verbessern die Nitrifi- kationsrate nur noch geringfügig hohe Schlammalter: hohe endogene Atmung, (Teil-)Stabilisierung und geringer Gasertrag KA Speyer: 1. Ist-Zustand 1,9 Mio. kWh/a (22,8 kWh/(E*a)) bei t TS von bis zu 30 d und c O2 von 2,8 mg/l 2. Optimierter Zustand (t TS = 16 d und 1,5 mg O 2 /l) verbraucht 1,5 Mio. kWh/a (18,3 kWh/(E*a)) 3. Vorschlag TS BB und c O2 stufenweise absenken (4. Alternativ: Belebungsbecken stilllegen)

14 Abwasser-Forum EVS, Beispiel: Austausch von Belüftungselementen Hintergrund: Belagsbildung, Auslösen von Weichmachern und Alterung verschlechtern den Sauerstoffertrag neue flächendeckende Druckluftbelüftungssysteme erreichen Einträge von über 20 g O 2 /(m³*m ET ) KA Billigheim (außerhalb Kampagne): 1. Ist-Zustand 0,47 Mio. kWh/a (25 kWh/(E*a)) 2. Einsatz feinblasiger Plattenbelüfter mit einem Sauerstoffeintrag von 29 g O 2 /(m³*m ET ) 3. Optimierter Zustand verbraucht 0,21 Mio. kWh/a (11 kWh/(E*a))

15 Abwasser-Forum EVS, Beispiel: Einsatz von energieeffizienten Pumpen Hintergrund: energieeffiziente Pumpen haben Kenn- werte zwischen 4 und 6 Wh/(m³*m FH ) ungünstige Auslegung, Verschleiß und fehlende Regelbarkeit erhöhen den Energieverbrauch KA Fischbachtal: 1.Ist-Zustand kWh/a (4,7 kWh/(E*a)) 2.Installation einer RS-Pumpe mit einem spez. Energiebedarf von 5 Wh/(m³*m FH ) 3.Optimierter Zustand verbraucht kWh/a (0,7 kWh/(E*a))

16 Abwasser-Forum EVS, Theoretisches Einsparpotenzial über alle Anlagen

17 Abwasser-Forum EVS, Sofortmaßnahmen Realisierungshorizont 0-2 Jahre Erfordern geringe Investitionen K/N bis 0,3 Können aufgrund der betrieblichen Randbedingungen sofort realisiert werden

18 Abwasser-Forum EVS, Kurzfristige Maßnahmen Realisierungshorizont 2-5 Jahre Insgesamt wirtschaftlich K/N zwischen 0,3 und 0,6 Mit Investitionen verbunden Präzisierung in Ausführungsplanung

19 Abwasser-Forum EVS, Abhängige Maßnahmen Realisierungshorizont 1-10 Jahre Sind an Bedingungen geknüpft Mit Investitionen verbunden In der Regel erst nach Nutzungsdauerende der alten Aggregate/Bauwerke

20 Abwasser-Forum EVS, Energienachweis nach Umsetzung der Maßnahmen

21 Abwasser-Forum EVS, Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen

22 Abwasser-Forum EVS, Potenzial für Energieoptimierung in Rheinland-Pfalz Abschätzung ausgehend von der Verteilung der Anlagen auf Größenklassen und spez. Besonderheiten in RLP Konzentration auf Belebungsanlagen (> 95% aller EW in RLP)

23 Abwasser-Forum EVS, Charakterisierung der vorhandenen Anlagen In RLP werden derzeit etwa 750 kommunale KA mit einer Gesamtausbaugröße von etwa 7,175 Mio EW betrieben

24 Abwasser-Forum EVS, Energieverbrauch der Belebungsanlagen in RLP ca. 17% 533 Anlagen ca. 37 Mio !

25 Abwasser-Forum EVS, Abschätzung des Optimierungspotenzials Betrachtung unterschiedlicher Szenarien (1)Umsetzung betrieblicher und maschinentechnischer Maßnahmen (2)Umstellung von aeroben Stabilisierungsanlagen der GK 4 (82 Anlagen) auf Faulung (3)Reduzierung Fremdwasser von 30 auf 20% (4)Erhöhung der Eigenstromerzeugung 4.1 Nutzung vorhandener Faulraumkapazitäten (Reserve: ca EW) 4.2Verstromung des derzeit abgefackelten Faulgases zu 80% mit elektr. Wirkungsgrad von 30%

26 Abwasser-Forum EVS, durch Kombination von Maßnahmen sind in Einzelfällen durchaus Potenziale von 35 – 40% zu erwarten ( Mix aus Einsparung und Erzeugung) Potenzielles Einsparpotenzial von dann MWh! Prioritäten!

27 Abwasser-Forum EVS, Fazit und Ausblick Erhebliches Potenzial zur energetischen Optimierung der Abwasserreinigungsanlagen in RLP Umsetzung der betrieblichen und maschinentechnischen Maßnahmen weist mit rund 30% das größte Potenzial auf Ca. 65% aller Maßnahmen sind Sofortmaßnahmen mit K/N = 0,1 Sehr kostenaufwendige Umstellung von aeroben Stabilisierungsanlagen auf Faulung birgt Potenzial von knapp 10% Fremdwasserentflechtung ca. 1,5% großes Potenzial bietet Eigenstromerzeugung und –nutzung: konsequente Nachrüstung der Faulungsanlagen mit effizienten BHKW (wenn wirtschaftlich sinnvoll) sowie Nutzung der vorhandenen Faulraumkapazitäten bietet erhebliches Potenzial


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