Klimaschutz-Teilkonzept Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Wasserversorgung der Stadtwerke Bad Camberg

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1 Klimaschutz-Teilkonzept Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Wasserversorgung der Stadtwerke Bad Camberg aquadrat ingenieure gesellschaft für wasserwirtschaft und informationssysteme mbh Raiffeisenstraße 15, Griesheim

2 Inhaltsverzeichnis 1. Ausgangssituation und Zielsetzung Beschreibung der Anlagenteile Datenbasis Vorgehensweise Ergebnisse Möglichkeiten für Energieeinsparungen Zukünftiger Energieverbrauch, CO 2 -Emissionen und Energiekosten Veränderung der energetischen Beurteilungskriterien... 8 Die Erstellung des Klimaschutz-Teilkonzepts wurde mit 50 % der Kosten im Rahmen der Klimaschutzinitiative des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert. Projekttitel: Klimaschutz-Teilkonzept Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Wasserversorgung der Stadtwerke Bad Camberg Projektlaufzeit: BMU-Förderkennzeichen: 03KS3929 Seite I

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4 1. Ausgangssituation und Zielsetzung Wasserversorgungsanlagen zählen zu den größten kommunalen Energieverbrauchern und bieten daher gute Ansatzpunkte für Energieeinsparungen sowie die Nutzung erneuerbarer Energien. Beides führt unmittelbar zur Verminderung der energiebedingten CO 2 -Emissionen und zur Verminderung der Kosten für den Bezug von elektrischer Energie sowie fossilen Brennstoffen. Die Stadtwerke Bad Camberg versorgen rund Häuser mit insgesamt Einwohnern mit Trinkwasser, das ausschließlich aus eigenen Gewinnungsanlagen gefördert und aufbereitet wird. Um weitere Einsparpotenziale zu ermitteln wurde das Ingenieurbüro aquadrat ingenieure beauftragt, ein Klimaschutz-Teilkonzept Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Trinkwasserversorgung für die zu erstellen. 2. Beschreibung der Anlagenteile Die Wasserversorgung der Stadt Bad Camberg besteht im Wesentlichen aus den folgenden energierelevanten Anlagenteilen: Tiefbrunnen Dammersborn, Herrnau I+II, Walsdorfer Weg, Untere Etzwiese, Blinzelberg Mühlberg und Kleinmühle, Schürfungen Herrnau, Wasseraufbereitungen Herrnau, Würges und Oberselters, Reinwasserpumpwerk Kreuzkapelle, Erbach und Schwickershausen, 10 Druckerhöhungsanlagen sowie 7 Hoch- und 1 Tiefbehälter. Seite 1

5 Abbildung 1: Pumpenkeller mit den Reinwasserpumpen der Wasseraufbereitung Herrnau Seite 2

6 3. Datenbasis Die folgenden Daten stehen für eine vertiefte Auswertung des Anlagenbetriebes zur Verfügung: Monats- und Jahresberichte 2012, Verbrauchsdaten 2011, Hochauflösende Datenaufzeichnungen des Prozessleitsystem (PLS) vom bis , Messdaten (Druckmesswerte, Durchflüsse, elektrische Leistungsaufnahmen Pumpen) des im Rahmen dieses Projektes im September 2013 durchgeführten Messprogramms Weiterhin stehen Ergebnisse einer im Rahmen vorausgegangener Projekte durchgeführten Netzkalibrierung zur Verfügung, um hydraulische Verluste in den Transportleitungen bestimmen zu können. 4. Vorgehensweise Zunächst werden die verfügbaren Betriebsdaten hinsichtlich der vorliegenden Fördermengen und Stromverbräuche ausgewertet. Die Energieeffizienz der Gesamtanlage sowie der einzelnen Anlagenteile wird durch einen Vergleich der betrieblichen Daten mit bekannten Ziel- und Toleranzwerten bestimmt und bewertet. Die nicht ausreichend effizient arbeitenden Anlagenteile werden anschließend hinsichtlich ihres Stromverbrauchs, der Betriebsweise und der Anlagentechnik detailliert betrachtet, um daraus geeignete Energiesparmaßnahmen ableiten zu können. Die Energiesparmaßnahmen werden so weit im Detail beplant, dass ausreichend belastbare Kostenansätze für eine erste Bewertung der Wirtschaftlichkeit vorliegen. Abschließend werden für alle vorgeschlagenen Maßnahmen Kosten-Nutzen-Berechnungen durchgeführt. Anhand der Wirtschaftlichkeit und des erforderlichen Planungsumfangs werden die folgenden Maßnahmenkategorien unterschieden: Sofortmaßnahmen (Umsetzung empfohlen innerhalb von 2 Jahren), Seite 3

7 Kurzfristige Maßnahmen (Umsetzung empfohlen innerhalb von 2 bis 5 Jahren, vertiefte Planung erforderlich), Abhängige Maßnahmen (Umsetzung erst nach Ausnutzung der Restnutzungsdauer vorhandener Bauteile sinnvoll). 5. Ergebnisse 5.1. Möglichkeiten für Energieeinsparungen Nachfolgend sind die wesentlichen Einsparungsmöglichkeiten an den verschiedenen Anlagenteilen aufgeführt. Insgesamt wurden 5 Sofortmaßnahmen, 2 kurzfristige und 3 abhängige Maßnahmen ausgearbeitet. Weiterhin gibt es noch weitere Maßnahmen, deren Umsetzung wirtschaftlich nicht darstellbar ist. Im Folgenden sollen die Sofortmaßnahmen beschrieben werden: Wassergewinnung und -aufbereitung Herrnau Der Stromverbrauch der Wasseraufbereitungsanlage Herrnau am Gesamtstromverbrauch ist von allen Anlagenteilen mit Abstand am größten und beträgt ca. 50%. Dieser beinhaltet den Stromverbrauch der Rohwassergewinnung, der Wasseraufbereitung und der anschließenden Reinwasserverteilung. Potenziale zur Einsparung von elektrischen Energieaufwendungen sind durch den teilweisen Austausch der Reinwasser- sowie der Tiefbrunnenpumpen gegen aktuelle effizientere Modelle inklusive Anpassung der Steuerung durch den Einsatz von Frequenzumformern möglich. Wassergewinnung und -aufbereitung Würges Der Stromverbrauch resultiert vorwiegend aus den drei Tiefbrunnenpumpen der Rohwassergewinnung. Die Pumpen haben ihre maximale Nutzungsdauer bereits überschritten und arbeiten nach heutigen technischen Standards nicht mehr effizient. Daher sind Einsparungsmöglichkeiten durch den Austausch gegen aktuelle Pumpenmodelle mit Motoren hoher Effizienzklasse möglich und sinnvoll. Wassergewinnung und aufbereitung Tiefzone Der Stromverbrauch resultiert vorwiegend aus der Tiefbrunnenpumpen der Rohwassergewinnung. Die Pumpe hat ihre maximale Nutzungsdauer bereits überschritten und arbeitet nach heutigen technischen Standards nicht mehr effizient. Daher sind Einsparungsmöglichkeiten durch den Austausch gegen aktuelle Pumpenmodelle mit Motoren hoher Effizienzklasse möglich und sinnvoll. Seite 4

8 Wassergewinnung und -aufbereitung Oberselters Der Stromverbrauch resultiert vorwiegend aus der Tiefbrunnenpumpen der Rohwassergewinnung. Die Pumpe hat ihre maximale Nutzungsdauer noch nicht überschritten. Jedoch haben aktuelle Pumpenmodelle infolge des technischen Fortschritts einen höheren Wirkungsgrad. Daher sind Einsparungsmöglichkeiten durch den Austausch gegen aktuelle Pumpenmodelle mit Motoren hoher Effizienzklasse möglich und sinnvoll. Druckerhöhungsanlagen Der Stromverbrauch der Druckerhöhungsanlagen ist jeweils so gering, dass Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz wirtschaftlich nicht darstellbar sind. Häufig überschreitet der Stromverbrauch zur Sicherstellung des Frostschutzes den der Pumpen. Es wird empfohlen, nur bei notwendiger Sanierung der Anlage, aktuelle Pumpenmodelle einzubauen und die Transmissionsverluste der Gebäudehülle zu reduzieren. Änderung der Druckzoneneinteilung Im Rahmen von hydraulischen Netzberechnungen wurde untersucht, ob durch eine Anpassung der Druckzoneneinteilung bei simultaner Stilllegung eines Hochbehälters der Energiebedarf der Reinwasserförderung reduziert werden kann. Eine Reduktion des spezifischen Energieverbrauchs konnte damit nicht erreicht werden, da die alternativen Hochbehälter höher liegen als der stillzulegende. Somit hätte sich der Stromverbrauch der Wasseraufbereitung Herrnau zur zusätzlichen Förderung des Trinkwassers der betrachteten Versorgungszonen erhöht Zukünftiger Energieverbrauch, CO 2 -Emissionen und Energiekosten Abbildung 2 zeigt die mit den einzelnen Maßnahmenpaketen verbundenen Einsparungen bei CO 2 und externem Strombezug sowie die Kosten der Maßnahmen. Die Sofortmaßnahmen und die kurzfristige Maßnahme ergeben Einsparungen beim Stromverbrauch. Seite 5

9 Abbildung 2: Kosten, Energie- und CO 2 -Bilanz der einzelnen Maßnahmen Abbildung 3 zeigt die Entwicklung des Stromverbrauchs, die sich aus der Umsetzung der verschiedenen Maßnahmenpakete ergibt. Der Stromverbrauch der Wasserversorgung Bad Camberg kann um maximal weitere 12 % gesenkt werden. Abbildung 3: Strombilanz nach der Maßnahmenumsetzung Durch die Umsetzung der Sofortmaßnahmen und der kurzfristigen Maßnahmen wird der energiebedingte CO 2 -Ausstoß ebenfalls um 12 % reduziert (Abbildung 4). Seite 6

10 Abbildung 5 zeigt eine erste Abschätzung der Energiekosteneinsparungen. Da der genaue Zeitpunkt der Maßnahmenumsetzung offen ist, werden Energiepreise ohne zukünftige Preiserhöhungen angesetzt. Preiserhöhungen führen zu höheren Kosten aber auch zu höheren Einsparungen. Insgesamt ist eine Reduktion der Energiekosten von 12 % möglich. Abbildung 4: Entwicklung des CO 2 -Ausstoßes und des Energiebezugs Abbildung 5: Entwicklung der Energiekosten (Preisstand 2012) Seite 7

11 5.3. Veränderung der energetischen Beurteilungskriterien Durch die Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen wird sich die Energieeffizienz Wasserversorgung der Stadt Bad Camberg erhöhen. Abbildung 6 zeigt die Veränderung der wichtigsten energetischen Beurteilungskriterien und den Vergleich mit den Ziel- und Toleranzwerten. Die Werte der energetischen Beurteilungskriterien verschieben sich überwiegend in den günstigen Bereich. Der überwiegende Teil der Verbesserung wird durch die Erhöhung der Effizienz der Tiefbrunnenpumpen sowie der Reinwasserverteilung der Wasseraufbereitung Herrnau erreicht. Aktuelle und zukünftige Verbrauchswerte als Jahresmittelwerte Bereich der Ziel- und Toleranzwerte. Abbildung 6: Beurteilungskriterien heute und nach Umsetzung aller Maßnahmen In den vorgeschlagenen Maßnahmen sind Sanierungen und Ersatzbeschaffungen enthalten, die auch ohne energetische Optimierung allein aufgrund des Alters und der üblichen Abnutzung Seite 8

12 der Anlagenteile in den nächsten Jahren sukzessive erforderlich werden. Die abhängigen Maßnahmen bestehen definitionsgemäß fast ausschließlich aus solchen Baumaßnahmen. Griesheim, den 24. März 2014 aquadrat ingenieure Seite 9