Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.

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1 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.
Musterfolien Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Wissenstransfer: Vermehrung und Verbreitung des Wissens in allen übergreifenden Wasserfragen Förderung des Umweltbewusstseins Erreichen eines einheitlichen und aktuellen Wissensstandards Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen Wasserwirtschaft Behandlung technisch-wissenschaftlicher Themen Bearbeitung wirtschaftlicher und rechtlicher Belange des Umwelt- und Gewässerschutzes unabhängige politische und wirtschaftliche Beratung F:\06_Kommunikation und Information\Oeffentlichkeitsarbeit\Präsentationen - Allg Öffentlichkeit\Folien_Deutsch\Präsentationen_ab_2010

2 Fast alles zum Thema Energieeffizienz auf Kläranlagen ist bereits gesagt !
Ich hab mich also entschlossen, die von vielen Kollegen zusammengetragenen Informationen zusammen zu führen und danke den Herren Frank Reißig, Rainer Kunz, Prof. Ulf Theilen und vielen anderen Kollegen und Kolleginnen für umfassende Vorarbeiten, aus denen ich viele Informationen entnommen habe.

3 Entwicklung der Energieeffizienz auf Kläranlagen Status Quo Ausblick
Gliederung Entwicklung der Energieeffizienz auf Kläranlagen Status Quo Ausblick

4 Entwicklung Seit ca. 30 Jahren beschäftigen sich die Kolleginnen und Kollegen mit der Betriebsoptimierung - hierzu gehört natürlich auch die Sondierung der Möglichkeiten zu Nutzung der vorhandenen Energie das erforderte bisher schon qualfiziertes Personal, die Anforderungen werden sich künftig noch erhöhen. Erste ausführliche Leitfäden zum Thema Energieeffizienz auf Kläranlagen wurden ab 1997 vom Land NRW und vom Land Hessen veröffentlicht, in RLP gab es eine Handlungshilfe

5 Status Quo

6 Die Kläranlage (KA) ist ein Energie-Großverbraucher, in der Kommune liegt sie verbrauchsmäßig vor den Schulen und ist der größte Einzelverbraucher. Vorteil: Die KA ist eine große, kontinuierlich zur Verfügung stehende Energiequelle. Die organische Masse, Wärme und kinetische Energie reicht aus, um die KA zumindest teilweise energetisch zu versorgen.

7 Projekte der Länder Rheinland-Pfalz: Bei der Auswertung von div. Projekten und Energie-Analysen wurde ein Energie-Einsparpotential von ca. 30% festgestellt.

8

9 Vier repräsentative Kläranlagen in RLP

10 Die Bewertung des Ist-Zustandes ergab einen spezifischen Energieverbrauch der Gesamtanlagen zwischen 36 bis 43 KWh (E*a). Der Verbrauch bei der Kampagne-Anlage lag insgesamt höher. Im Vergleich zum Idealwert ergab sich im Mittel ein Einsparpotial von im Mittel 38%.

11 Optimierungspotentiale
Verfahrenstechnische Maßnahmen - Schwerpunkt Belebung Maschinentechnische Maßnahmen - Austausch Belüftungselemente, Erhöhung der spezifischen Gebläseleistung - Austausch von Pumpen Ca. 70% der Einsparmaßnahmen kann durch Sofortmaßnahmen realisiert werden.

12 Abschätzung des Einsparpotentiales für das Land Rheinland-Pfalz: Durch Kombination von Maßnahmen incl. Erhöhung der Eigenstromerzeugung und konsequente Nutzung der vorhandenen Faulraumkapazitäten zu einer energetischen Klärschlammverwertung und Co-Fermentation liegt bei rd MWh/a, was einer Reduzierung des Gesamtenergieverbrauches (der KA) von mehr als 40% entspricht. (Verbrauch von ca Personen-Haushalten)

13 Klärschlamm als Energieträger
Entwicklungstendenzen der Klärschlammbehandlung und -verwertung Zielvorgabe Klärschlamm als Energieträger und Düngemittel Energie Dünger Dr.-Ing. K. Siekmann 10/2010

14 Ungenutztes Energiepotential 
Entwicklungstendenzen der Klärschlammbehandlung und -verwertung Abwasser / Klärschlamm - Quantität und Qualität bekannt - Energie kalkulierbar - Kontinuierliche Nutzung möglich Ungenutztes Energiepotential  Dr.-Ing. K. Siekmann 10/2010

15  Ziele für Planung und Betrieb einer Kläranlage:
Entwicklungstendenzen der Klärschlammbehandlung und -verwertung Problemstoff Klärschlamm  Energierohstoff - Rationeller und ressourcenschonender Energieeinsatz - Rückführung des Phosphors (endlicher Rohstoff!) in den Stoffkreislauf Ziele für Planung und Betrieb einer Kläranlage: - Einhaltung der Ablaufgrenzwerte - Ordnungsgemäße Entsorgung der Reststoffe - Betriebssicherheit  Dr.-Ing. K. Siekmann 10/2010

16 Entwicklungstendenzen der Klärschlammbehandlung und -verwertung
Förderrichtlinien Wasserwirtschaftsverwaltung Förderung besonders energieeffizienter Abwasser- behandlungsanlagen insbesondere: Produktion und Verwertung von Klärgas auf rheinland-pfälzischen Kläranlagen Verfahrenstechnische Anpassung der Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung Dr.-Ing. K. Siekmann 10/2010

17  Massenreduktion um ca. 75 %
Beispiele: vorentwässert  Massenreduktion um ca. 75 % 60-90 %TR ca. 500 t/a getrocknet Solare Trocknungsanlage Verdunstung: ca t/a Vorteile der solaren Klärschlammtrocknung Grünstadt 1 600 t/a (Quelle: Präsentaion Wasmuth) 22 %TR

18 Vorteile der solaren Klärschlammtrocknung Grünstadt
Solare Trocknungsanlage 25 LKW/a Verdunstung: 1100 t/a  Reduktion von Transportaufwand und –kosten um ca. 75 % (Quelle: Präsentaion Wasmuth) 80 LKW/a

19 Solare Schlammtrocknung mit elektrischem Schwein
elektr. Schwein

20 Einsatz einer Mikrogasturbine (Bad Kreuznach)
Vergleich der Konzepte: - Brennstoffzelle - Gasaufbereitung auf Erdgasqualität und Einspeisung ins öffentliche Netz der Bad Kreuznacher Stadtwerke - BHKW - Mikrogasturbine

21 Erfahrungen mit der Mikrogasturbine der Stadt Bad Kreuznach
Vergleich der Konzepte Systemfindung - Vergleich - BHKW mit Gasottomotoranlage Wirkungsgrad nel = 34 % geringere Betriebszeiten, höhere Wartungskosten - Mikrogasturbine Wirkungsgrad nel = 28 % höhere Betriebszeiten, geringere Wartungskosten  Wie kann man das wirtschaftlich vergleichen? Abwasserbeseitigungseinrichtung der Stadt Bad Kreuznach 10/2010

22 Erfahrungen mit der Mikrogasturbine der Stadt Bad Kreuznach
Vergleich der Konzepte Gegenrechnung der Invest- und Betriebskosten anhand einer bestehenden Kläranlage mit EW und m3/a Klärgasanfall BHKW mit 66 kW netto Turbine mit 57 kW netto Verbrauchsmaterial/Betriebsmittel Motoröl, Ölfilter, Luftfilter, Zündkerzen wartungsfreie Luftlagerung 2.364,00 € 0,00 € Personalkosten Kontrolle 2 h/Woche 104 h/a Kontrolle 0,6 h/Woche 31 h/a Wartungsarbeiten h/a Wartungsarbeiten 0 4.800,00 € ,00 € Instandhaltung spez. Satz BHKW1,2 x h(85%) spez. Satz Turb.0,41 x h(95%) 8.935,00 € ,00 € Abwasserbeseitigungseinrichtung der Stadt Bad Kreuznach 10/2010

23 Kläranlage Selters: Semizentrales Klärschlammbehandlungszentrum

24 Kläranlage Selters - Projektumsetzung
Investitionskosten KA Selters Wasserweg € Schlammfaulung € Gesamt € Energieausbeute aus BHKW Wirkungsgrad der Strom-erzeugung (bei Volllastbetrieb) ~ 32 % Theoretische Gasproduktion (3.570 kWh/d x 32%) 1.140 kWh/d Jahresgesamtproduktion (bei 53 kW Leistung und 21 h/d Laufzeit) kWh/a Energieeinsparpotenziale Energieeinsparung durch Umstellung auf Schlammfaulung summiert für alle KA kWh/a Verminderung CO2-Emissionen 1 kWh Strom verursacht im Kraftwerk ca. 0,6 kg CO2 (Kohlenstoffdioxid) Jahresstromproduktion aus Schlammfaulung kWh/a Energieeinsparungen kWh/a ~ 349,5 t/a Gasertrag Faulgasanfall je Tag 557,6 m³/d Energiegehalt (je m³ ca. 6,4 kWh) 3.570 kWh/d

25 Viele Projekte sind bereits realisert
Einbau eines Wärmetauschers im Kanal realisiert in Ludwigshafen

26 Projekte der Länder Hessen 2008/2009 gab es ein Projekt des RP Gießen und der FH Gießen-Friedberg. Zielstellung war es, die Energiepotentiale der Kläranlagen in Hessen abzuschätzen und nach-haltige Handlungsfelder in der Abwasserwirtschaft zu entwickeln. Schwerpunkt der Untersuchungen: Nutzung der regenerativen Energien (Klärgas, Sonne, Abwasserwärme, Wasser- und Windkraft), Abschätzung der energetischen Potentiale Grundsätzliche Ziele des Gewässerschutzes sind einzuhalten …§ 57 (2) WHG, Stand der Technik

27 Kriterien zur Bestimmung des St. d. T.
Bei der Bestimmung des St. d. T. sind unter Berücksichtigung der Verhältnismäßigkeit zwischen Aufwand und Nutzen möglicher Maßnahmen sowie des Grundsatzes der Vorsorge und der Vorbeugung, jeweils bezogen auf Anlagen einer bestimmten Art, insbesondere folgende Kriterien zu berücksichtigen: 1. Einsatz abfallarmer Technologie, 2. Einsatz weniger gefährlicher Stoffe, 3. Art, Auswirkungen und Menge der jeweiligen Emissionen, 4. Verbrauch an Rohstoffen und die Art der bei den einzelnen Verfahren verwendeten Rohstoffe sowie Energieeffizienz, …….

28 Ausgangssituation in Hessen
In Hessen gibt es 746 kommunale Kläranlagen mit einer Klärkapazität von ca EW Anschlussgrad an zentrale Kläranlagen: 99% 167 kommunale Kläranlagen sind größer als EW, davon 109 mit anaerober Schlammstabilisation. Diese 109 Kläranlagen können kWh Strom erzeugen, entspricht dem Stromverbrauch von Haushalten.

29 Spezifische Stromverbräuche der untersuchten Kläranlagen
(Quelle: RP Gießen)

30 Spezifische Stromproduktion in kWh je produziertem m³ Faulgas.
Nur 10 der 15 Kläranlagen verfügen über ein BHKW. (Quelle: RP Gießen)

31 Laufzeiten der BHKW im Jahr 2006
(Quelle: RP Gießen)

32 Eigenversorgungsgrad an elektrischer Energie
(Quelle: RP Gießen)

33 Maßnahmen zur Energieoptimierung:
Optimierung der Verfahrenstechnik Erhöhung der Klärgasproduktion - Neubau von Faultürmen -Co-Vergärung (Zugabe von Biomasse) -Optimierung Faulraumbetrieb (TS-Gehalt, Beschickung, Temperatur,…) Verbesserung der Klärgasverwertung -Nachrüstung von BHKW` s bzw. MicroTurbinen -Modernisierung von BHKW`s nach heutigem St. d. T. Nutzung der Abwasserwärme in der Kanalisation und in der Kläranlage Installation von Photovoltaikanlagen Nutzung der Wasserkraft -Optimierung des Schlammalters in der Biologie

34 Beispiele: Optimierung der Verfahrenstechnik (Quelle: RP Gießen)

35 Steigerung Eigenversorgungsgrad Elektr
Steigerung Eigenversorgungsgrad Elektr. von 40 auf über 60% Steigerung Eigenversorgungsgrad Wärme von 24 auf 100% Beginn Co-Vergärung Umbau BHKW (Quelle: RP Gießen) Nach Fink, 2008

36 Einsparpotential: ca. 30.000 kWh/a
Einsparpotential durch Optimierung des Belebtschlamm-gehaltes in der Biologie für eine Kläranlage EW (Quelle: RP Gießen) Einsparpotential: ca kWh/a Nach Theilen,2008

37 Getrennte aerobe Schlammstabilisierung
(Quelle: RP Gießen)

38 Photovoltaikanlagen auf Kläranlagen
(Quelle: RP Gießen)

39 Heizung Betriebsgebäude durch Wärmepumpe im Belebungsbecken (seit 28 Jahren)
(Quelle: RP Gießen)

40 Nutzung der Abwasserwärme im Kanal
(Quelle: RP Gießen)

41 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit !
Musterfolien Lernen ist wie das Rudern gegen den Strom: Sobald man aufhört, treibt man zurück ! (Benjamin Britten) Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit ! F:\06_Kommunikation und Information\Oeffentlichkeitsarbeit\Präsentationen - Allg Öffentlichkeit\Folien_Deutsch\Präsentationen_ab_2010