Anregungen zur Energieeffizienz von Pumpanlagen
Teil 2: Maßnahmen in der Praxis
Verbesserung des Wirkungsgrads der Anlagen
Wie ist bei der Ermittlung des Wirkungsgrads der Anlage vorzugehen, wenn nur wenige Betriebsdaten vorliegen? Hier ist
zunächst eine Priorisierung anhand des Stromverbrauchs sowie der Pumpenlaufzeiten wichtig und weniger nach der installierten elektrischen Leistung. Da für den Energiecheck im Sinn des DWA-A 216 [1] sehr häufig nur der Energieverbrauch zur Verfügung steht und andere Daten zunächst zusätzlich erhoben oder berechnet werden müssen, sind die Grenzen zwischen dem Energiecheck und der Energieanalyse fließend. Um den daraus resultierenden Aufwand für den Betreiber von Pumpanlagen in vertretbarem Rahmen zu halten, wird bezüglich Betrieb, Instandhaltung und Optimierung des bestehenden Systems eine gestaffelte Vorgehensweise…
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http://klaerwerk.info/DWA-Informationen/KA-Betriebs-Info
Betriebsinfo Informationen für das Betriebspersonal von Abwasseranlagen Heft 4-2018 ab Seite 2776
Kontakt
Dipl.-Ing. Gert Bamler
Sprecher der DWA-Arbeitsgruppe ES-7.4
Stadtentwässerung Dresden GmbH
Scharfenberger Straße 152
01139 Dresden, Deutschland
Tel. +49 (0)351/822-11 21
E-Mail: gbamler@se-dresden.de
Energieoptimierung auch bei kleinen Kläranlagen
Einleitung
Der Energieeinsatz für die Abwasserbehandlung ist ein erheblicher Kostenfaktor für jeden Anlagenbetreiber. Ein energieeffizienter Betrieb der Kläranlagen muss daher ein zentrales Anliegen von Gemeinden und Abwasserverbänden sein. Das betrifft aber nicht nur die großen Anlagen. Das hier beschriebene Praxisbeispiel zeigt eindrucksvoll, wie auch bei kleineren Anlagen durch fachkundige Beobachtung der Betriebsdaten bedeutende Einsparungspotenziale erkannt werden können.
Das Betriebspersonal sollte durch regelmäßige (jährliche) Auswertung der Betriebsdaten und Vergleich mit Referenzwerten relativ leicht ungewöhnliche Betriebswerte erkennen können und darauf reagieren. Dabei sollte auch ein kritischer Blick auf die Betriebsweise und den Zustand der Kläranlagen geworfen werden. So können unwirtschaftliche Zustände erkannt werden. In der…
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Betriebsinfo Informationen für das Betriebspersonal von Abwasseranlagen Heft 3-2018 ab Seite 2737
Autor
Dipl.-Ing. Franz Schneider
Amt der Niederösterreichischen Landesregierung
Abteilung Siedlungswasserwirtschaft
Landhausplatz 1, 3109 St. Pölten, Österreich
E-Mail: post.wa4@noel.gv.at
Fazit
Zusammenfassend können wir festhalten, dass es sich lohnt, den Betrieb auch von kleineren Kläranlagen im Hinblick auf Optimierungsmaßnahmen zu betrachten. Immerhin konnte innerhalb
eines Jahres der Energieeinsatz für die biologische Abwasserreinigung etwa halbiert werden.
Häufig genügen verfahrenstechnische Anpassungen ohne wesentliche technische Adaptierungen, um das angestrebte Ziel zu erreichen. Die Kosten für die erforderlichen Maßnahmen können sich dann binnen weniger Jahre amortisieren.
Leitfaden „Energie in ARA“ um das Kapitel „Energieeffizienz in MV-Anlagen“ ergänzt
Die Verfahren zur Elimination von Mikroverunreinigungen aus dem kommunalen Abwasser erhöhen den Energieaufwand für den Betrieb der ARA signifikant. Dementsprechend gross ist das Potenzial, mittels konkreter Massnahmen in der Planung und dem Betrieb die Energieeffizienz dieser Anlagen systematisch zu verbessern.
Das neue Kapitel „Energieeffizienz in MV-Anlagen“ (siehe Abb. 1) ergänzt den Leitfaden „Energie in ARA“ (der gesamte Leitfaden kann unter folgendem Link kostenpflichtig bestellt werden).
Abbildung 1. Kapitel Energieeffizienz in MV-Anlagen gratis zum Download verfügbar
Dieses Kapitel wurde im Auftrag des Vereins InfraWatt durch Hunziker Betatech AG mit Unter-stützung durch das Bundesamt für Energie (BFE) erarbeitet und kann kostenlos heruntergeladen werden (Link). Damit sollen Betreiber und Planer dabei unterstützt werden, den Energieverbrauch von ARA systematisch zu analysieren und gene-rell zu optimieren. Falls dies im Rahmen einer gesamtheitlichen Betrachtung erfolgt, können solche energetischen Feinanalysen durch Infra- Watt bis zu 40% der effektiven Kosten (max. 10‘000 CHF) gefördert werden (Link).
1491 Gigawattstunden Strom aus Klärgas im Jahr 2017 erzeugt
Im Jahr 2017 wurden in Deutschland 1491 Gigawattstunden Strom aus Klärgas in Kläranlagen erzeugt. Gegenüber 2016 war das ein Plus von 2,8 Prozent. Mit dieser Strommenge könnte bei einem durchschnittlichen Pro-Kopf-Stromverbrauch von rund 1900 Kilowattstunden eine Großstadt wie Frankfurt am Main ein Jahr lang mit Strom versorgt werden. Wie das Statistische Bundesamt (Destatis) weiter mitteilt, hatte Klärgas im Jahr 2017 einen Anteil von rund 1 Prozent an der gesamten Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien. Von den rund 10 000 Kläranlagen in Deutschland erzeugten 1258 Anlagen im Jahr 2017 Klärgas, davon 87 Prozent mit Stromgewinnung. Im Jahr 1998 – dem ersten Jahr der Erfassung der Stromerzeugung in Kläranlagen – waren es 1114 Anlagen mit Klärgasgewinnung gewesen, von denen nur rund die Hälfte daraus Strom erzeugt hatte. Strom und Wärme aus Klärgas werden heute meist vor Ort in Blockheizkraftwerken erzeugt, wobei der überwiegende Teil des Stromes (2017: 92 Prozent) innerhalb der Kläranlagen verbraucht wird. Auch die dabei anfallende Abwärme wird in den meisten Fällen selbst genutzt, beispielsweise zur Beheizung der Faultürme.
Weiterführende Links
Lange Zeitreihen zur Gewinnung, Verwendung und Abgabe von Klärgas
Themenbereich Energie des Statistischen Bundesamts
http://www.gfa-news.de/webcode.html?wc=20180806_001
EU-Verbundvorhaben zur Nutzung von Abwasser als Energiequelle
Neue Verfahren zur Nutzung von Abwasser als Energiequelle hat das EU-Verbundvorhaben POWERSTEP getestet. Das dreijährige Forschungsprojekt wurde vom Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) zusammen mit 15 europäischen Partnern aus Industrie und Forschung das 3jährige Forschungsprojekt POWERSTEP durchgeführt; es wurde durch die Europäische Union im Programm Horizon 2020 mit 5,2 Millonen Euro gefördert. Im Rahmen von POWERSTEP hat das KWB ein neues Konzept der Abwasserreinigung in Deutschland erstmals großtechnisch in einem Klärwerk in Sachsen getestet. Über ein innovatives Filtrationsverfahren werden die energiereichen organischen Stoffe schon im Zulauf der Kläranlage dem Abwasser entzogen und direkt in die Schlammfaulung überführt, wo über den Weg der Biogasgewinnung Strom erzeugt wird. Der energieaufwendige Weg der „Schlammbelebung“ wird dadurch entlastet. Auf dem Klärwerk des Abwasserzweckverbandes Döbeln-Jahnatal in Westewitz/Sachsen wurde dieses Konzept erfolgreich getestet. Es konnte nachgewiesen werden, dass kommunales Abwasser tatsächlich als Energiequelle nutzbar ist und damit einen Beitrag zur Realisierung der Energiewende in Deutschland leisten kann, so das KWB in einer Pressemitteilung. Zusammen mit weiteren innovativen Bausteinen wie Power-to-gas, Heat-to-Power und Nährstoffrückgewinnung wurde ein Gesamtkonzept einer zukünftigen Kläranlage entwickelt, die vorhandenen Ressourcen im Abwasser optimal ausnutzt. Die Betriebskosten der Kläranlage bleiben dabei im heute üblichen Rahmen, auch die Reinigungsleistung des Klärwerks wird nicht verschlechtert. Im gesamten Projekt POWERSTEP konnte gezeigt werden, dass das Konzept und die Realisierung einer energie-positiven Kläranlage bereits heute mit innovativen Technologien (wie dem Einsatz von Filtration zur Extrahierung des energiereichen Schlamms) realisiert und in Zukunft mit neuen Technologien sogar ein Energieüberschuss von mehr als 70 Prozent erzielt werden kann, so das KWB. Nach Meinung des KWB sei es möglich, mit rund 5 Prozent Mehrinvestition eine Kläranlage zum Energieproduzenten werden zu lassen und dabei im laufenden Betrieb Geld für den Stromeinkauf zu sparen.
Klimarappen finanziert energie-positive Kläranlage
Im Abwasser stecken jede Menge Energie und Nährstoffe. Neue Verfahren ermöglichen die Rückgewinnung dieser Ressourcen aus Abwasser und Klärschlamm und haben zum Ziel, die Funktion der Kläranlagen neu zu definieren – vom Energieverbraucher zum Energieversorger und zum Lieferanten von wertvollem Dünger. Die neue Technologie überzeugte auch die Stiftung Klimarappen. Sie unterstützt den Bau einer neuen Anlage in der Ara Altenrhein finanziell.
Ein sehr wichtiger Nährstoff im Abwasser ist der Stickstoff, der im Übermass in unseren Gewässern grossen Schaden anrichten kann. Andererseits ist er eine wertvolle Ressource, ein Nährstoff, welcher nach seiner Rückgewinnung aus dem Abwasser in der Landwirtschaft wiederverwendet werden kann. Der Nährstoffkreislauf wird geschlossen und aus dem vermeintlichen Abfallprodukt Abwasser entsteht ein gefragter Dünger. Um den Stickstoff zu recyclieren, haben sich bislang biologische Verfahren sehr bewährt, zeigen aber bei nicht optimaler Betriebsweise Schwächen bezüglich Prozessstabilität sowie Emissionen des klimaschädlichen Lachgases. Schon länger bekannt ist die Technologie des Luftstrippings wie es beispielsweise in der Abwasserreinigungsanlage (Ara) Kloten/Opfikon mit Unterstützung der Eawag grosstechnisch und mit einer innovativen Vorbehandlung umgesetzt wurde. Dieses Verfahren wird zwar in verschiedenen Kläranlagen angewendet, ist aber teuer und hat sich daher nicht flächendeckend durchsetzen können.
Gegenwärtig befasst sich die Abwassertechnik mit der vielversprechenden Methode des Membranstrippings. Forschende der Eawag konnten in der Ara Neugut (Dübendorf/Wallisellen) bereits erste Erfahrungen mit halbtechnischen Pilotanlagen sammeln. Aufbauend auf diesen ersten Aktivitäten startete 2015 das EU Projekt Powerstep, an welchem sich auch die Eawag beteiligt. Im Rahmen dieses Projektes hatten die Verfahrenstechniker unter der Leitung von Marc Böhler den Auftrag, die erste volltechnische Membranstrippungsanlage zu planen und mit Partnern aus der Industrie baulich zu realisieren. Geplant ist die Realisierung dieser Anlage 2018 auf der Ara Altenrhein am Bodensee. Parallel entstand auch eine volltechnische Membranstrippanlage zur Stickstoffrückgewinnung auf der Westschweizer Ara Yverdon. Mit der Realisierung der Anlage in Yverdon und dem Betrieb seit Mitte 2016 konnte die Eawag im Projekt Powerstep durch eine Evaluation der Betriebsdaten wertvolle Kenngrössen zum Energie- und Betriebsmittelverbrauch sammeln.
Im Mai 2018 findet das Projekt seinen Abschluss auf der IFAT, der Weltleitmesse für Wasser, Abwasser, Abfall und Rohstoffwirtschaft, in München. An der Veranstaltung werden auch andere innovative Technologien des Powerstep-Projektes vorgestellt, welche volltechnisch erprobt wurden und unsere Kläranlagen in der Zukunft energie-positiv machen sollen.
CO₂ Bilanz der Ara verbessern
Die in Yverdon gesammelten Erfahrungen und Kennzahlen fliessen nun in die Realisierung der Anlage auf der Ara Altenrhein ein. Mitfinanziert wird sie durch den Klimarappen, weil durch die neue Membranstrippinganlage die CO₂ Bilanz der Ara massiv verbessert werden können. Mit den bisher angewendeten biologischen Verfahren wird beim Stickstoffrecycling als unerwünschtes Nebenprodukt klimaschädliches Lachgas freigesetzt. Mit dem Membranstripping wurde erstmals eine Methode entwickelt, die keine Lachgasemissionen erzeugt. Diese positive Wirkung führte zur Unterstützung durch die Klimarappen, einer Stiftung der Schweizer Wirtschaft, die sich für einen wirksamen Klimaschutz einsetzt. Die Gelder der Stiftung wurden durch eine Abgabe von 1,5 Rappen pro Liter auf Benzin- und Dieselimporten in den Jahren 2006 bis 2012 generiert.
In Rahmen des Eawag-Infotags 2018 zum Thema „Abwasser als Ressource – zukunftsweisende Technologien zur Rückgewinnung von Wertstoffen“ werden Eawag-interne sowie externe Experten auf verschiedene Aspekte rund um das Thema Kreislaufwirtschaft und Ressourcenrückgewinnung eingehen. Neue technische Verfahren sollen in Zukunft nicht nur dazu beitragen, die natürlichen Ressourcen zu schonen und wiederzuverwerten, sondern auch negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren.
Wie kann man die Energieeffizienz einer Abwasserpumpe erhöhen …
… ohne deren Funktionalität zu beeinträchtigen? Denn klar ist, dass für Betreiber von Abwasserentsorgungsnetzen die Betriebssicherheit der technischen Systeme eine übergeordnete Rolle spielt. Diese Fragen beschäftigen auch Prof. Dr.-Ing. Peter Uwe Thamsen von der TU-Berlin. Dazu hat er mit seinem Team einen Prüfstand mit künstlichem Abwasser entwickelt. Im Exklusiv-Interview gibt er Einblick in den Stand der Dinge.
? Herr Prof. Thamsen, die Diskussion um die Effizienz von Abwasserpumpen im Rahmen der Ökodesign-Vorgaben beschäftigt die Branche ja bereits geraume Zeit. Gibt es Zwischenergebnisse?
Thamsen: Ja, an dem Thema arbeiten die Pumpenhersteller im Rahmen des Europäischen Sektor Komitees Europump innerhalb eines Arbeitskreises zur gemeinsamen Definition der Vorgehensweise und der erreichbaren Ziele. Parallel läuft noch die Studie zur Revision der aktuell geltenden Verordnung (547/2012), die eine Ausweitung des Anwendungsbereiches …mehr:
Fachtagung „Kläranlagen in der Energiewende: Faulung optimieren & Flexibilität wagen“ am 30.11.2017 – Bericht und Vorträge
Im Rahmen der Veranstaltung wurden die Ergebnisse der Forschungsprojekte ZEBRAS (Zukunftsorientierte Einbindung der Faulung und Faulgasverwertung in die Verfahrenskette der Abwasserreinigung, Schlammbehandlung und -verwertung in Rheinland-Pfalz) und arrivee (Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit Erneuerbarer Energieerzeugung) vorgestellt, die am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft bearbeitet wurden.
Veranstalter: Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft und Zentrum für Innovative AbWassertechnologien (tectraa) an der TU Kaiserslautern.
Weitere Informationen und das Tagungsprogramm finden sie hier.
https://www.bauing.uni-kl.de/fileadmin/siwawi/pdfs/fachtagungen/Flyer_Fachtagung_SIWAWI_2017_aktuell.pdf
Der Tagungsband ist in der Schriftenreihe des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft der TU Kaiserslautern als Band 40 erschienen. Er kann als Papierversion zum Preis von 20 € erworben werden und/oder hier kostenlos heruntergeladen werden: Tagungsband_2017.pdf
https://kluedo.ub.uni-kl.de/frontdoor/index/index/docId/5113
Die Präsentationen der Vortragenden stehen ebenfalls zum Download bereit:
Vortrag Prof. Dr. Markus Schröder, DWA
https://www.bauing.uni-kl.de/fileadmin/siwawi/pdfs/fachtagungen/2017-11-30/Schroeder.pdf
Die Kläranlage – ein kommunaler „Energiefresser“
Mit einem jährlichen Energiebedarf von insgesamt rund 3.200 GWh gehören die mehr als 10.000 überwiegend kommunal betriebenen Kläranlagen zu den größten Energieverbrauchern Deutschlands. Ihr Anteil am Stromverbrauch in den Kommunen liegt durchschnittlich bei etwa 20 Prozent und ist damit höher als bei Schulen oder Krankenhäusern.
Das Land Sachsen-Anhalt verfügt derzeit über einen Bestand von rund 230 kommunalen Kläranlagen (Stand Dezember 2015) und eine Vielzahl von Kläranlagen in privater Hand in verschiedensten Größenklassen. Damit stellt sich ganz konkret die Frage nach Energieeinsparpotenzialen: Welche es gibt und wie groß diese sind, konnte durch eine wissenschaftliche Auseinandersetzung in der Kombination zeitgemäßer Mess- und Prüfverfahren ermittelt werden.
In Kooperation mit dem Institut für Automation und Kommunikation (ifak e. V.) und dem Eigenbetrieb Abwasser Aschersleben hat die Landesenergieagentur Sachsen-Anhalt GmbH (LENA) ein Pilotprojekt zur Energieeffizienzanalyse durchgeführt. Durch die am ifak entwickelte Software SIMBA# wurden die Prozesse in der Kläranlage Aschersleben simuliert. Mit vorhandenen Parametern und neuen Messdaten konnten die Wissenschaftler Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage ziehen und so Einspar- potenziale ermitteln. Im Rahmen der Studie wurden verschiedene Szenarien zur Einsparung untersucht, so unter anderem der Austausch der Gebläse bzw. der Umbau der Anlage. Die Ergebnisse sind bemerkenswert. Bereits mit einfachen Eingriffen in den Betriebsablauf (u. a. die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Rührwerke und der Austausch der Gebläse) können unter bestimmten Bedingungen Einsparungen von 183 MWh pro Jahr erzielt werden. Das sind 17 Prozent der verbrauchten Energie (vgl. Abbildung Energieverbrauch).
Ein zweites Fazit der Analyse ist, dass ein Umbau der Anlage zur anaeroben Schlammstabilisierung mit Faulgasnutzung zusätzliche Einsparpotenzial ein erheblichem Maße mit sich bringt. Dies zieht einerseits umfangreiche Investitionen nach sich. Anderseits kann Energie eingespart und zum Teil sogar selbst erzeugt werden. Durch die Verstromung des Faulgases könnten etwa 48 Prozent des jährlichen Gesamtstrombedarfes gedeckt werden.
Der Umbau zu einer Anlage zur anaeroben Schlammstabilisierung mit Faulgasnutzung erweist sich ab einem gewissen Einwohnerwert als wirtschaftlich sinnvoll. Der Einwohnerwert ist der Referenzwert der Schmutzfracht in der Wasserwirtschaft. Unter dem Aspekt der demografischen Entwicklung müssen auch die Investitionen betrachtet werden. An dieser Stelle könnten gezielte Fördermaßnahmen motivierend wirken.
Ihr Ansprechpartner für den Bereich Energieeffiziente Kläranlagen
Landesenergieagentur Sachsen-Anhalt GmbH
Herr René Bertram
Tel.: 0391/567 2039
Email: bertram@lena-lsa.de
https://lena.sachsen-anhalt.de/oeffentlicher-sektor/energieeffizienz-und-klaeranlagen/
Broschüre „Kläranlagen im Spannungsfeld der Energiewirtschaft“ erschienen
Die ESiTI-Broschüre „Kläranlagen im Spannungsfeld der Energiewirtschaft. Analysen – Ergebnisse – Impulse“ zeigt Möglichkeiten und Wege auf, wie die heutige kommunale Abwassertechnik aus ihrer Rolle der ausschließlichen Abwasserreinigung zum Zweck des Gesundheits- und Gewässerschutzes hin zu einem Akteur der Kreislaufwirtschaft entwickelt werden kann. Im Mittelpunkt stehen dabei Ansätze für die ganzheitliche Optimierung der energetischen Effizienz von Kläranlagen, als Beitrag zur Energiewende. Die Broschüre richtet sich insbesondere an Fachkundige der Abwassertechnik, aber auch an sonstige interessierte Leser.
Im BMBF-geförderten Projekt ESiTI hat inter 3 potenzielle Treiber und Hemmnisse für die Sektorkopplung von Energie- und Abwasserwirtschaft identifiziert und strategische Ansätze für eine erfolgreiche Implementierung der Verfahrensvarianten in die Praxis abgeleitet. Zudem bewertete inter 3 die einzelnen Verfahren.
Von inter 3 werden in der Broschüre detaillierte Erläuterungen zu den identifizierten Hemmnissen und Treibern gegeben. Darüber hinaus hat inter 3 in Abstimmung mit zahlreichen Experten Empfehlungen für die multikriterielle Bewertung von Umsetzungsstrategien formuliert. Die Erstellung der Broschüre wurde von inter 3 außerdem redaktionell begleitet.
Ein PDF der ESiTI-Broschüre mit interaktiven Elementen steht hier zum Download zur Verfügung. Um alle interaktiven Elemente problemlos nutzen zu können, sollte die Datei mit der Anwendung Adobe Acrobat Reader geöffnet werden.
Die im DIN A4 Format gedruckte Broschüre kann auch kostenlos bei inter 3 angefordert werden. Dazu senden Sie uns einfach einen ausreichend frankierten Rückumschlag mit Ihrer Adresse zu.
Maßnahmen zur Energieoptimierung greifen
Situation
Die Kläranlage des Reinhaltungsverbands Region Neusiedler See-Westufer (Schützen am Gebirge, Burgenland in Österreich) wurde im Jahre 1998 genehmigt und nachfolgend mit einer Kapazität von 66 500 EW für simultane, aerobe Schlammstabilisierung im Umlaufbecken errichte (Abbildung 1). Aufgrund des Sommertourismus und des lokalen Weinbaus war es notwendig, die biologische Stufe auf Spitzenbelastungen auszulegen. Die Dimensionierung des Belüftungssystems musste daher auf mehr als das Doppelte des normalen Bemessungswerts aus¬gerichtet werden.
Die Immissionsrichtlinien, die Vorbelastung des Gewässers Wulka sowie die unmittelbare Nähe zum Bade- und Nationalparkgewässer Neusiedler See führten zu wasserrechtlich strengen Auflagen. So wurden Ablaufwerte von 0,5 mg Ges.-P/l, 0,5 mg NH4-N/l, 0,5 mg NO2-N/l und mindestens 85 % Reduktion Ges.-N vorgeschrieben.
Die mittlere organische Belastung der Anlage lag in den letzten Jahren etwa bei 40 %, der gesamte jährliche Stromver-brauch betrug rund 1 GWh/a. Die monatlichen Schwankunge…
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Betriebsinfo Informationen für das Betriebspersonal von Abwasseranlagen Heft 4-2017 Seite 2666
Autor
Dipl.-Ing. Christof Giefing
Reinhaltungsverband Region Neusiedler See – Westufer
Pappelwiesen 1, 7081 Schützen/Geb., Österreich
Tel. + 43 (0)26 84/25 25-0
E-Mail: christof.giefing@rhv-nsw.at
Grünes Licht aus Brüssel – EU öffnet Weg für Flexibilisierung der KWK-Erzeugung
Mit der beihilferechtlichen Genehmigung der EU-Kommission fällt in Deutschland der Startschuss für den Bau neuer, für einen systemdienlicheren Betrieb geeigneter KWK-Anlagen. Durch die Einführung der verpflichtenden Direktvermarktung ist es für die Betreiber interessanter geworden, ihre KWK-Anlagen flexibel zu steuern, um so auf die fluktuierende Einspeisung aus erneuerbaren Energien zu reagieren. Über die Anbindung an ein virtuelles Kraftwerk kann die Erzeugungsflexibilität der KWK-Anlagen optimal genutzt und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden.
Nachdem das im Januar 2016 in Kraft getretene KWKG 2016 zunächst noch unter dem Vorbehalt einer beihilfe-rechtlichen Genehmigung gestanden hatte, hat die EU-Kommission heute – mit einiger Verzögerung – offiziell ihre Genehmigung erteilt und somit die bestehenden Rechtsunsicherheiten beseitigt. Außerdem wird zum Jahreswechsel die Förderung von KWK-Anlagen mit einer elektrischen Leistung zwischen 1 MW und 50 MW auf ein Ausschreibungsverfahren umgestellt, wobei die erste Ausschreibungsrunde allerdings erst zum Jahreswechsel 2017/2018 stattfinden soll.
Auch wenn die Ausschreibungspflicht kontrovers diskutiert wird, ist das KWKG 2016 aus Sicht der Clean Energy Sourcing AG (CLENS) ein wichtiger Schritt zur Integration von KWK-Anlagen in ein von erneuerbaren Energien geprägtes Energiesystem. Denn mit der verpflichtenden Direktvermarktung für Anlagen ab 100 kW und der Aussetzung der Förderung bei negativen Strompreisen werden durch den Gesetzgeber wichtige Flexibilisierungsanreize gesetzt. Ein Instrument zur direkten Förderung flexibler Anlagenkonzepte, wie es im EEG mit der sogenannten Flexibilitätsprämie erfolgreich zur Anwendung kommt, ist im KWKG 2016 allerdings leider nicht vorgesehen.
„Aus den veränderten Rahmenbedingungen ergeben sich für den Betrieb von KWK-Anlagen neue Möglichkeiten, die die Wirtschaftlichkeit der Anlagen erhöhen, jedoch auch technische und operative Anpassungen von Seiten der Betreiber erfordern“, erklärt Marcel Kraft, Poolmanager Virtuelles Kraftwerk bei CLENS. „Unsere Berechnungen zeigen, dass eine flexible Anlagenauslegung trotz eines höheren Investitionsbedarfs meist wirtschaftlich attraktiver ist als die ‚klassische‘ Grundlastauslegung.“
Grundlage hierfür ist eine strompreisorientierte Fahrweise der KWK-Anlage, die die Preisschwankungen an den Strommärkten aufgreift und die Stromerzeugung in Zeitphasen mit hohen Marktpreisen verlegt. Die dafür erfor-derlichen Zusatzinvestitionen werden durch das KWKG gefördert. Das gilt nicht nur für Wärmespeicher, für die die Betreiber einen Investitionskostenzuschuss erhalten, sondern auch für das größere BHKW: Eine Verdoppelung der installierten elektrischen Leistung führt, vereinfacht gesagt, zu einer Verdopplung der KWK-Zuschlagszahlungen über den Förderzeitraum, da die Zuschlagszahlungen in der Summe von der installierten Leistung abhängig sind. „Grob gerechnet finanzieren die zusätzlichen KWK-Zuschläge das zusätzliche BHKW“, so Kraft.
Aus einer flexiblen Anlagenauslegung, welche in aller Regel auch einen Wärmespeicher umfasst, ergeben sich darüber hinaus weitere Vorteile:
• Erhöhung des KWK-Anteils am Wärmeabsatz bei gleichzeitiger Reduzierung der KWK-bedingten Must-run-Stromeinspeisung
• Reduktion des Primärenergiefaktors im Wärmenetz (Einhaltung EnEV-Anforderungen)
• Maximierung der Strom-Vermarktungserlöse durch optimierten flexiblen Anlagenbetrieb
• Verlängerung der förderfähigen Betriebsdauer
„Um die Vorteile einer flexiblen Erzeugung nutzen zu können, bedarf es neben der technischen Anpassung der Anlagen in der Regel auch einer Anbindung an einen Kraftwerkspool“, erklärt Marcel Kraft. „Bei CLENS betreiben wir bereits seit über fünf Jahren ein virtuelles Kraftwerk, an das neben Wind- und Bioenergieanlagen auch Blockheizkraftwerke angeschlossen sind. Unter Berücksichtigung aller relevanten Restriktionen der einzelnen Anlagen – beispielsweise Wärmebedarf, Speicherfüllstand oder Brennstoffkosten – und der Preise an den jeweiligen Märkten, erstellen wir wirtschaftlich optimierte Fahrpläne für unsere Kunden und ermöglichen Ihnen damit, Ihre Vermarktungserlöse deutlich zu steigern.“ Die Vermarktungsoptionen reichen dabei von der langfristigen Absicherung der Stromerlöse am Terminmarkt bis hin zur hochflexiblen Kurzfristoptimierung im untertägigen Stromhandel. Die Teilnahme am Regelenergiepool kann jederzeit als ergänzende Erlösquelle genutzt werden.
Alle Interessierten, die mehr über die Chancen der Flexibilisierung der KWK-Erzeugung erfahren möchten, lädt CLENS zu kostenfreien Webinaren zum Thema „Betrieb und Wirtschaftlichkeit flexibler KWK-Anlagen“ ein. Mehr Informationen unter: www.clens.eu/webinar-kwk
Betreiber von KWK-Anlagen profitieren darüber hinaus von neuen Angeboten, die CLENS durch den Zusammenschluss mit dem italienischen Energiedienstleister Innowatio seit diesem Jahr auch in Deutschland anbietet. Dazu zählen die Identifikation und die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen sowie die Errichtung und der Betrieb dezentraler und flexibler KWK-Anlagen zur effizienten Energieversorgung im Rahmen von Contractingprojekten.
Forschungsvorhaben NoNitriNox erfolgreich abgeschlossen
Planung und Betrieb von ressourcenund energieeffizienten Kläranlagen mit gezielter Vermeidung umweltgefährdender Emissionen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Vorhaben NoNitriNox (Planung und Betrieb von ressourcen- und energieeffizienten Kläranlagen mit gezielter Vermeidung umwel tgefährdender Emissionen) konnte Ende des Jahres 2016 erfolgreich abgeschlossen werden. Das Forschungsvorhaben, mit einer Laufzeit von 06/2013 bis 11/2016, wurde von Weber-Ingenieure GmbH in Zusammenarbeit mit den beteiligten Verbundpartnern ifak e.V. Magdeburg, ISWA Universität Stuttgart, Eigenbetrieb Stadtentwässerung Pforzheim (ESP) und Abwasserverband Steinlach-Wiesaz (AVSW) bearbeitet. Im Rahmen einer Abschlussveranstaltung am 22.11.2016 in Pforzheim wurden die Projektergebnisse vorgestellt und diskutiert. Im Ergebnis von NoNitriNox entsteht ein integriertes Planungswerkzeug, mit dem
• die verfahrenstechnische Funktion von Kläranlagen detailliert beschrieben werden kann,
• sich Emissionen von Nitrit (NO2-N) und Lachgas (N2O, 300-mal so klimaschädlich wie CO2), abschätzen lassen,
• die Funktion der maschinentechnischen Ausrüstung det a il l ier t geplant werden kann (insbesondere Belüftungssysteme) und
• (fast) alle Optionen zur operativen Verbesserung des Kläranlagenbetriebes entwickelt und detailliert analysiert werden können.
Hierfür wurde zunächst unter Federführung des ifak e.V. ein Simulationssystem entwickelt, welches neben Nitrat- und Ammonium-Stickstoff auch wichtige Zwischenprodukte wie Nitrit und N2O beschreibt. Die Simulation wurde mit realen Daten von großtechnischen Messungen auf den beteiligten Kläranlagen Pforzheim (250.000 EW) und Dußlingen (115.000 EW) gespeist. Unter Umsetzung der Projektergebnisse wurden dann allgemein nutzbare Verfahrensregler für Kläranlagen entwickelt. Die Zusammenstellung der relevanten Automatisierungsblöcke erfolgte durch die Weber-Ingenieure GmbH unter Einbringung der regelungstechnischen Expertise des Partners ifak e.V. Damit wurde zunächst eine simulative Analyse verschiedener Belüftungsregelungen (Konstantdruck-, Gleitdruckund Luftverteilregelung) durchgeführt. Im Ergebnis konnten einfache und übertragbare Einstellungsempfehlungen für die untersuchten Varianten abgeleitet und zusammengestellt werden. Auf beiden beteiligten Kläranlagen sind seither die Belüftungsregelungen verbesser t eingestellt und zeigen ein schnelleres und stabileres Regelverhalten. Zusätzlich wurde unter anderem eine Analyse von Ammoniumreglern…mehr:
http://www.weber-ing.de/files/201709_focus_ausgabe17.pdf
Energieeffizienz und Kläranlagen
Die Kläranlage – ein kommunaler „Energiefresser“
Mit einem jährlichen Energiebedarf von insgesamt rund 3.200 GWh gehören die mehr als 10.000 überwiegend kommunal betriebenen Kläranlagen zu den größten Energieverbrauchern Deutschlands. Ihr Anteil am Stromverbrauch in den Kommunen liegt durchschnittlich bei etwa 20 Prozent und ist damit höher als bei Schulen oder Krankenhäusern.
Das Land Sachsen-Anhalt verfügt derzeit über einen Bestand von rund 230 kommunalen Kläranlagen (Stand Dezember 2015) und eine Vielzahl von Kläranlagen in privater Hand in verschiedensten Größenklassen. Damit stellt sich ganz konkret die Frage nach Energieeinsparpotenzialen: Welche es gibt und wie groß diese sind, konnte durch eine wissenschaftliche Auseinandersetzung in der Kombination zeitgemäßer Mess- und Prüfverfahren ermittelt werden.
In Kooperation mit dem Institut für Automation und Kommunikation (ifak e. V.) und dem Eigenbetrieb Abwasser Aschersleben hat die Landesenergieagentur Sachsen-Anhalt GmbH (LENA) ein Pilotprojekt zur Energieeffizienzanalyse durchgeführt. Durch die am ifak entwickelte Software SIMBA# wurden die Prozesse in der Kläranlage Aschersleben simuliert. Mit vorhandenen Parametern und neuen Messdaten konnten die Wissenschaftler Rückschlüsse auf den Zustand der Anlage ziehen und so Einspar- potenziale ermitteln. Im Rahmen der Studie wurden verschiedene Szenarien zur Einsparung untersucht, so unter anderem der Austausch der Gebläse bzw. der Umbau der Anlage. Die Ergebnisse sind bemerkenswert. Bereits mit einfachen Eingriffen in den Betriebsablauf (u. a. die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit der Rührwerke und der Austausch der Gebläse) können unter bestimmten Bedingungen Einsparungen von 183 MWh pro Jahr erzielt werden. Das sind 17 Prozent der verbrauchten Energie (vgl. Abbildung Energieverbrauch).
Ein zweites Fazit der Analyse ist, dass ein Umbau der Anlage zur anaeroben Schlammstabilisierung mit Faulgasnutzung zusätzliche Einsparpotenzial ein erheblichem Maße mit sich bringt. Dies zieht einerseits umfangreiche Investitionen nach sich. Anderseits kann Energie eingespart und zum Teil sogar selbst erzeugt werden. Durch die Verstromung des Faulgases könnten etwa 48 Prozent des jährlichen Gesamtstrombedarfes gedeckt werden.
Der Umbau zu einer Anlage zur anaeroben Schlammstabilisierung mit Faulgasnutzung erweist sich ab einem gewissen Einwohnerwert als wirtschaftlich sinnvoll. Der Einwohnerwert ist der Referenzwert der Schmutzfracht in der Wasserwirtschaft. Unter dem Aspekt der demografischen Entwicklung müssen auch die Investitionen betrachtet werden. An dieser Stelle könnten gezielte Fördermaßnahmen motivierend wirken.
https://lena.sachsen-anhalt.de/oeffentlicher-sektor/energieeffizienz-und-klaeranlagen/
LEOBEL will Leistungsfähigkeit und Energiebilanz von Kläranlagen verbessern
Fast 4.400 Gigawattstunden pro Jahr benötigen die kommunalen Kläranlagen in Deutschland, um ihre Aufgabe zu erfüllen – etwa die Jahresleistung eines modernen Kohlekraftwerks. Besonders energieintensiv sind bei der Abwasseraufbereitung Prozesse in den sogenannten Belebungsbecken, in denen Bakterien Kohlenstoff- und Ammoniumverbindungen abbauen. In den meisten Kläranlagen übersteigt die aufgewendete Energie den tatsächlichen Bedarf, da sie nicht optimal ausgelegt sind. Im Verbundprojekt LEOBEL wollen Forscher deshalb neue Betriebsvarianten entwickeln, die die Effizienz der Anlagen steigern. Mehr: