Integrierte Systemlösungen für Wasser und Energie

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1 Integrierte Systemlösungen für Wasser und Energie INIS Konferenz, April 2016 Harald Hiessl (Fraunhofer ISI, Karlsruhe)

2 Überblick und Zielsetzung TWIST++: Transitionswege WasserInfraSTruktursysteme: Anpassung an neue Herausforderungen im städtischen und ländlichen Raum 1. Modellgebiete: konkrete Planungsvarianten für Lünen, Wohlsborn/Rohrbach, Westerholt 2. Integrierte Konzepte für den städtischen und ländlichen Raum 3. Technikweiterentwicklung (Ab-)Wasserbehandlung 4. Software: Planungstools und Serious Game 5. Multikriterielle Bewertung integrierter Konzepte 3SConsult 6. Übertragbarkeit: Institutionelle Rahmenbedingungen, Treiber und Hemmnisse für die Umsetzung 7. Fazit / Ausblick 2

3 1. Modellgebiete Wohlsborn / Rohrbach ländlicher Raum, Sanierungsbedarf, Nutzung von Synergien mit Landwirtschaft IBA-Kandidat, Einbindung Thüringer UM, Bürgerbeteiligung, Beginn der Umsetzung Ende 2016 Lünen städtischer Raum, rückgängige Bevölkerungszahlen, Starkregenproblematik Letter of Intent zur Umsetzung von TWIST++ Konzepten, Umsetzung voraussichtlich ab 2017 Westerholt ehemaliges Zechengelände, schwierige Rahmenbedingungen, Altlasten TWIST++: Konzept für Integration Wasser & Energie -> Input für Architekturwettbewerb; Prozessbegleitung. Workshop Derzeit: Suche nach Investoren /Finanzierung für Umsetzung 3

4 2. Integrierte Konzepte: Urbane Situation Aufbereitung von Regen- und Grauwasser zu Betriebswasser zur Wiederverwertung im Haushalt Lokaler Wasserhaushalt: Grauwassergarten und Bewässerungswasser Ökosystemdienstleistungen, Retention i.wet Rückgewinnung von Wärme aus Grauwasser Energieallee: weitere Reinigung und Ableitung Ökosystemdienstleistungen, Retention wichtige Merkmale von i.wet * : Transitionsfähigkeit: Umsetzung in mehreren Schritten möglich; Puzzleteile funktionieren für sich alleine; sukzessive Einführung mit Gebäude- bzw. Kanalsanierung ( windows of opportunity nutzen) Mehrwertschaffung: Rückgewinnung von Wasser und Energie (Wärme, Biomasse), grüne Stadt (Verbesserung des Mikroklimas, Verdunstungsleistung, Biodiversität) * integriertes WasserEnergieTransitionskonzept by Fraunhofer ISI 4

5 2. Integrierte Konzepte: Ländliche Situation Wärmerückgewinnung aus Grauwasser Transitionskonzept für den ländlichen Raum zur Nutzung der im Abwasser enthaltenen Ressourcen Verschiedene Teilkomponenten: Trennung der Abwasserteilströme, Integration mit der Landwirtschaft, Netzentkoppelte Löschwasserbereitstellung Quelle: Bauhaus Universität Weimar 5

6 2. Integrierte Konzepte: Ländliche Situation Grafik: Andreas Bauermeister (2016) Vorgeschlagener Transitionspfad: Trennung von Regenwasser und häuslichem Abwasser (Schmutzwasser und Grauwasser) Zentrale Behandlung des Abwassers in bewachsenem Bodenfilter (Pflanzenkläranlage) Sanierung der Freispiegelkanäle erforderlich Sukzessive Trennung von häuslichem Abwasser in Schwarzwasser und Grauwasser Vakuumsystem für Schwarzwasser Weiternutzung des bewachsenen Bodenfilters zur Grauwasserbehandlung. Schwarzwasserbehandlung in Biogasanlage zur Gewinnung von Energie und Dünger Kooperation mit Landwirtschaft 6

7 3. Technikweiterentwicklung Input Nutzung Bad Niederschlag Häusliche Nutzung Schwarzwasser Trinkwasser Regenwasser Teilstrom Industrie & Gewerbe Wassergewinnung Teilstrom Löschwasser NaWaRo Landwirtschaft Quelle: TWIST++ Wärme Strom Wärme Behandlung Aerobe biologische Behandlung Grauwasser Energieallee gereinigtes Grauwasser Schlamm Elektrokoagulation gereinigtes Abwasser Konzentrat Fit-For-Purpose Aufbereitung Trübwasser aus Schwarzwasserbehandlung Schwarzwasserbehandlung mit MAP- & N-Gewinnung Output Überstand der MAP- Fällung und N-Gewinnung MAP & N Konzepte zur Anpassung von Trinkwassernetzen, Netzentkoppelte Löschwasserbereitstellung Systeme zur gezielten Aufbereitung von Ausgangswässern ( fit for purpose ): insbes. Verfahren zur Grauwasseraufbereitung und Nährstoffrückgewinnung Systematische Untersuchungen der Eignung von Anaerobprozessen (UASB, CSTR), Identifikation der Anpassungsbedarfe unter Transitionsbedingungen Konzepte zum Umgang mit Gewerbeabwasser 7

8 4. Software: Planungstools und Serious Game Quellen: TAKOMAT GmbH, Tandler GmbH TWIST-FluGGS: GIS Tool zur zentralen Datenhaltung Schnittstelle zwischen Anwendungen PUS (Planungsunterstützungssystem): Integriertes System für Wasserver- und Abwasserentsorgung Planspiel (Serious Game): Interaktives Lernspiel zur Vermittlung von Handlungswissen Highlights Direkte Kopplung PUS u. Serious Game (Berechnungsvalidität) Integration innovativer Technikkomponenten (z.b. Neuartige Sanitärsysteme NASS) Integration des multikriteriellen TWIST-Bewertungsverfahrens 8

9 5. Multikriterielle Bewertung Ökologische Ziele Gewässerschutz Bodenschutz Klimaschutz Reduktion Flächenverbrauch Zukunftsfähigkeit/Performance von WIS Sicherheitsrelevante Ziele Gesundheitsschutz / hygienische Sicherheit Ökonomische Ziele Betriebswirtsch. Wirtschaftlichkeit Systemflexibilität Festlegung quantifizierbarer Indikatoren und Berechnungsvorschriften Soziale Ziele Akzeptanz Technische Ziele Integration in PUS und Spiel Oberziel Teilziele Unterziele Betriebssicherheit / Robustheit Aktuell in der Anwendung / Vermeidung von Erprobung Externalitäten für TWIST++ - Modellgebiete Ressourceneffizienz Anwendungsfähigkeit / Erweiterbarkeit Integrierbarkeit mit anderen Infrastruktursystemen Unter Verwendung von DWA A-272 (Grundsätze für die Planung und Implementierung neuartiger Sanitärsysteme) 9

10 6. Institutioneller Rahmen und Übertragbarkeit - Bausteine Identifikation konkreter Anpassungsbedarfe für technische Regelwerke aufgrund neuer Leitbilder Einbringung von Änderungs- und Ergänzungsstrategien zur Lösung rechtlicher und verwaltungsorganisatorischer Hemmnisse Erarbeitung alternativer Organisationsmodelle zur Beförderung von Systeminnovationen (z.b. GW-Anlage, Energieallee) Verbesserte Öffentlichkeitsarbeit zur frühzeitigen Information und Beteiligung der Bürger: Bürgerversammlungen, Workshops Veröffentlichung der Ergebnisse als DWA-Themenband (Ende 2016) Quellen: TWIST++ 10

11 7. Fazit /Ausblick Umfeldveränderungen und neue Herausforderungen bedingen Anpassung und Weiterentwicklung der Wasserinfrastrukturen TWIST++ - Ergebnisse: technische und nicht-technische Innovationen zur Konzeption und Umsetzung nachhaltiger, zukunftsfähiger Wasserinfrastruktur-Lösungen Software-Tools zur Konzeption, Planung und Visualisierung integrierter, ressourcenorientierter Wasserinfrastruktursysteme. Transitionskonzepte zur energetischen und stofflichen (Wieder-)Nutzung von (Ab-)Wasser für urbanen sowie ländlichen Raum Verschiedene Hemmnisse behindern die Umsetzung (z.b. Organisationsstrukturen, rechtlicher Rahmen, Regelwerk) Konkrete Umsetzung der TWIST++ - Ergebnisse in den Modellgebieten ab 2016 / 2017: Hemmnisse können überwunden werden! 11

12 Danke... für Ihre Aufmerksamkeit für die BMBF-Förderung Weiterführende Informationen auf dem Marktplatz unter: und am 19. Mai 2016 in Lünen: TWIST++-Abschlussveranstaltung Wir freuen uns auf Ihren Besuch! Fraunhofer ISI