Tagungsunterlagen. Auszug Abwasser- und Klärschlammbehandlung im Fokus der Energiewirtschaft der Zukunft.

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1 4 03. März Seminar - Workshop - Fachausstellung Abwasser- und Klärschlammbehandlung im Fokus der Energiewirtschaft der Zukunft Herausgeber: Verein zur Förderung des Instituts der TU Darmstadt e.v.

2 Abwasser- und Klärschlammbehandlung im Fokus der Energiewirtschaft der Zukunft 03. März Darmstadt: Seminar - Workshop - Fachaustellung im Maritim Konferenzhotel Darmstadt, Rheinstraße 105, Darmstadt Herausgeber: Verein zur Förderung des Instituts der TU Darmstadt e.v. Darmstadt: Eigenverlag, 2015 ISBN: Alle Rechte vorbehalten. Wiedergabe nur mit Genehmigung des Vereins zur Förderung des Instituts der TU Darmstadt e.v., Fontanestraße 8, Darmstadt. Herstellung: Rechnerpool Fachbereich 15 Technische Universität Darmstadt El-Lissitzky-Straße Darmstadt Vertrieb: Institut Technische Universität Darmstadt Franziska-Braun-Straße Darmstadt Telefon: Telefax:

3 Inhalt Vorwort...3 Kurzvorstellung Verbundprojekt ESiTI... 5 Workshop - inter3: Bewertungskriterien für energieoptimierte Verfahrensvarianten der Klärschlammbehandlung für eine Kläranlage der Zukunft... 9 Von der Abwasserbehandlung zur Energiewirtschaft Anforderungen und Herausforderungen an die Energiewirtschaft der Zukunft Perspektiven in der Energiewirtschaft Intelligente Systeme: Smarte Netze mit Gas und Strom Regeneratives Kombikraftwerk Deutschland: Systemdienstleistungen mit 100 % erneuerbaren Energien Abwasseranlagen in virtuellen Kraftwerken: Nutzung von Flexibiltät zur Preisoptimierung in Handels- und Energiemärkten Energie und Abwasserbehandlung Wärmerückgewinnung aus Abwasser: Erfahrungen aus der Schweiz Flexibilisierung von Energieerzeugung und -verbrauch auf Kläranlagen Energieoptimierung auf dem Klärwerk Hamburg-Kölbrandhöft durch Faulgasaufbereitung und Einspeisung von Biomethan Energieoptimierung und Risiken für den Umweltschutz

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5 Vorwort Abwasser- und Klärschlammbehandlung im Fokus der Energiewirtschaft der Zukunft Kann die Kläranlage in Zukunft flexibel Energie erzeugen, speichern und verbrauchen sowie als Energiedienstleister fungieren? Welche Interaktionen können zukünftig zwischen Energie- und Siedlungswasserwirtschaft genutzt werden? Wie relevant kann der Beitrag der Siedlungswasserwirtschaft sein? ESiTI Im Rahmen des Verbundprojektes Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch (ESiTI) sollen hierzu Lösungsmöglichkeiten erarbeitet werden. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt bestehend aus 12 Verbundpartnern aus Kommune, Industrie und Wissenschaft wird mit einem Gesamtvolumen von 2,7 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Im Fokus steht die Klärschlammbehandlung als Energieverbraucher, -erzeuger und -speicher. Die verschiedenen Energieformen - chemisch gebundene Energie (Substrat/Klärschlamm, Faulgas), Strom, Wärme, Kälte - werden miteinander verknüpft. Ziele des Seminars und Workshops Das Seminar verfolgt das Ziel, den Energie- und Wassersektor durch Vorträge miteinander zu verknüpfen und so die verschiedenen Akteure zusammenzuführen. Wir freuen uns, dass wir namhafte Referenten aus den verschiedenen Bereichen gewinnen konnten, die unterschiedliche Blickwinkel auf die Themenfelder repräsentieren: Ausgehend von der Fragestellung einer zukünftigen Abwasser- und Energiewirtschaft über mögliche Technologien bis hin zu Aspekten der Ökologie. Parallel erfolgt im Rahmen eines Workshops eine Diskussion von Kriterien und Indikatoren für die Bewertung von verschiedenen Verfahrensvarianten von Energie und Wasser auf Kläranlagen. Unser Projektpartner inter3 wird hierzu in einer Kleingruppe von Teilnehmern verschiedene Akteure aus Wissenschaft, Praxis, Politik und Gesellschaft zusammenführen. Wir sind gespannt auf die ersten Ergebnisse. Danksagung Wir möchten uns bei allen bedanken, die zum Erfolg dieser Veranstaltung beigetragen haben. Ganz besonders bei den Referenten, die mit Ihrem Vortrag einen Grundstein für die Vortragsveranstaltung legen. Dank gilt den Ausstellern sowie allen Teilnehmern, durch die ein solches Seminar erst möglich wird. Im Vorfeld aber auch während der Veranstaltung bedarf es vieler helfender Hände und Ideen, vielen Dank an alle, die hier unterstützend mitwirkten. Als Verbundprojekt der Förderinitiative ERWAS gilt unser Dank auch dem Bundesministerium für Bildung und Forschung für die Unterstützung unserer Forschungsarbeit. Darmstadt, im März 2015 Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel Dr.-Ing. Christian Schaum - 3 -

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7 Kurzvorstellung Verbundprojekt ESiTI Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel Dr.-Ing. Christian Schaum Technische Universität Darmstadt Institut IWAR - Fachgebiet Abwassertechnik Franziska-Braun-Straße Darmstadt Kurzvorstellung Verbrundprojekt ESiTI - 5 -

8 Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch Klärschlamm als flexibler Energielieferant Durch die Vernetzung von Energieverbrauch und -erzeugung steht die Kläranlage als Energiespeicher zur Verfügung. Ein weiterer wichtiger Baustein ist dabei aus energetischer Sicht die Interaktion mit technischen Infrastruktureinrichtungen, wie z.b. Industrie oder Energieversorgungsunternehmen. Im Rahmen des Verbundprojektes ESiTI soll das System der Klärschlamm- Systembetrachtung Die Kläranlage als Energiesystemdienstleister: Untersuchung von Energieströmen der Kläranlage unter Berücksichtigung der technischen Infrastruktur im Tagesgang (Dynamisierung). Ökologie behandlung mit dem Ziel einer intelligenten bzw. flexiblen Energiekonzeption weiter entwickelt werden. Das Verbundprojekt ESiTI gliedert sich in die fünf Hauptarbeitsschwerpunkte: Systembetrachtung, Technik, Ökologie, Ökonomie/Gesellschaft und Transfer. Technik Entwicklung der Klärschlammbehandlung als funktionaler Baustein für ein flexibles Energiesystem: Von der Thermodruckhydrolyse über die Faulung/Hochlastfaulung bis zur thermischen Verwertung. Ökonomie/Gesellschaft Transfer Bewertung der Maßnahmen zur Energieoptimierung im Hinblick auf Umweltauswirkungen/Treibhausgasemissionen. Multikriterielle Bewertung aufbauend auf einer betriebs- und volkswirtschaftlichen Betrachtung und Erweiterung um ökologische und soziale Aspekte. Entwicklung eines Planungswerkzeugs als Leitfaden für die Praxis; Identifizierung der Kläranalage als Energiesystemdienstleister für einen flexibilisierten Betrieb. Verbundkoordination/Verbundpartner Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel, Dr.-Ing. Christian Schaum TU Darmstadt, Institut IWAR - Abwassertechnik info@esiti.de, Kurzvorstellung Verbrundprojekt ESiTI - 6 -

9 Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch Klärschlamm als flexibler Energielieferant Technologieentwicklung Durch die Vernetzung von Energieverbrauch und -erzeugung steht die Kläranlage als Energiespeicher zur Verfügung. Ein weiterer wichtiger Baustein ist dabei aus energetischer Sicht die Interaktion mit technischen Infrastruktureinrichtungen, wie z.b. Industrie oder Energieversorgungsunternehmen. Im Rahmen des Verbundprojektes ESiTI soll das System der Klärschlamm- Flexibilisierung Labor- und halbtechnische Versuche zur Flexibilisierung bspw. durch Stoßbelastungen, Co-Substratzugabe und Variation von Betriebsparametern zur Ableitung von Kennzahlen. Thermodruckhydrolyse Transfer behandlung mit dem Ziel einer intelligenten bzw. flexiblen Energiekonzeption weiter entwickelt werden. Ein wichtiger Baustein ist hierbei die Weiterentwicklung der Faulung bzw. Hochlastfaulung sowie die Anpassung der thermischen Klärschlammverwertung an flexibilisierte Energieströme. Hochlastfaulung Labor- und halbtechnische Versuche zur Flexibilisierung bspw. durch Stoßbelastungen, Co-Substratzugabe und Variation von Betriebsparametern zur Ableitung von Kennzahlen. Thermische Verwertung Labor- und halbtechnische Versuche zur Thermodruckhydrolyse von schwerabbaubaren Substanzen, Einsatz von Oxidationsmitteln, Ableitung von Reaktionskinetiken. Übernahme und Einbindung der Ergebnisse aus der Technologieentwicklung in die Arbeitspakete Systembetrachtung, Ökologie, Ökonomie/Gesellschaft, Transfer. Konzeptentwicklung für eine thermische Verwertung unter Berücksichtigung eines ganzheitlichen Ansatzes einschl. der Rückgewinnung von Phosphor. Verbundkoordination/Verbundpartner Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel, Dr.-Ing. Christian Schaum TU Darmstadt, Institut IWAR - Abwassertechnik info@esiti.de, Kurzvorstellung Verbrundprojekt ESiTI - 7 -

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11 Workshop - inter3 Aber lohnt sich das für die Musterstädter? Welche Strategie ist im Nachbarort Erfolg versprechend? Und schließlich: Welche unerwünschten Kosten und ggf. welchen Zusatznutzen können die Maßnahmen zur Flexibilisierung von Energieverbrauch und -produktion im Prozess der Klärschlammbehandlung verursachen? Diesen Fragen geht inter 3 als Projektpartner im Rahmen von ESiTI nach. Die Verfahrensvarianten sollen anhand ihrer Kosten- und Nutzenseitigen Effekte vergleichbar gemacht und ein Bewertungstool für Entscheidungsträger entwickelt werden. Das Bewertungstool bietet vor allem vier Funktionen, um einen schnellen Überblick über die Leistungsfähigkeit der zur Auswahl stehenden Verfahrensvarianten zu erhalten: Objektiv-sachliche Analyse umfassende Analyse der Performance ausgewählter Strategien und geeigneter Verfahrensansätze; Darstellung divergierender Interessenlagen Visualisierung und Vergleich der Sicht unterschiedlicher Interessengruppen auf die Verfahrensvarianten (Transparenz im Entscheidungsprozess); Berücksichtigung von Unsicherheit Unsicherheiten in den zukünftigen Rahmenbedingungen und der Performance der Verfahrensvarianten werden explizit gemacht; Strategieentwicklung Auswahl eines passenden Ansatzes für die energetische Optimierung der eigenen Kläranlage. Für die Bewertung der Verfahrensvarianten dient der Experten-Workshop als ein erster Meilenstein. Ziel des Workshops ist, eine erste Auswahl an Kriterien aus den Bereichen Technologie, Wirtschaft, politischrechtlicher Kontext, Umwelt und Ressourcen sowie Gesellschaft zur Bewertung der ESiTI-Verfahrensvarianten zu treffen. Um dabei eine fundierte und praxisnahe Betrachtung der Verfahrensvarianten zu gewährleisten, sitzen Vertreter aller relevanten Akteurs- und Themenfelder an einem Tisch: Kläranlagenbetreiber, Händler von Regelenergie, Energieversorger, Planungs- und Ingenieurbüros, (Umwelt-)Behörden, Verbände sowie Produzenten der betrachteten Technologiebausteine und Wissenschaftler. Im Nachgang des Experten- Workshops wird den Teilnehmern der Seminarveranstaltung sowie zusätzlich einer breiten Auswahl weiterer Experten ein Bewertungsbogen zugeschickt, in dem die vorläufigen Kriterien kommentiert werden können und hinsichtlich ihrer Bedeutung zu gewichten sind. Das im Ergebnis vorliegende Set an Bewertungskriterien bildet das Gerüst zur Entwicklung des Bewertungstools für Entscheidungsträger. Workshop - inter3-12 -

12 Aufgaben und Ziele einer zukunftsfähigen Abwasserbehandlung: Gewässer- und Ressourcenschutz Von der Abwasserbehandlung zur Energiewirtschaft Dr.-Ing. Christian Schaum Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel Technische Universität Darmstadt Institut IWAR - Fachgebiet Abwassertechnik Franziska-Braun-Straße Darmstadt

13 Aufgaben und Ziele einer zukunftsfähigen Abwasserbehandlung: Gewässer- und Ressourcenschutz Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n 03. März Darmstadt Christian Schaum und Peter Cornel Mitarbeit von Dorothee Lensch, Robert Lutze und Johannes Rühl (TU Darmstadt, Institut IWAR) Wolfgang John (HSE Abwasserreinigung GmbH & Co.KG) gu Gliederung Ta Einleitung Abwasser: Schadstoff oder Ressource? Gesundheits-, Gewässer- und Ressourcenschutz Energie und Wasser Energie für Wasser und Energie im (Ab-)Wasser Energetische Optimierung Kläranlage der Zukunft Vom Jahresmittelwert zur Regelenergie Zusammenfassung und Ausblick 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

14 Was ist im Abwasser enthalten? Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n 99 % er Wass!!! org. Kohlenstoffverbindungen: Fette, Eiweiße, Kohlehydrate,!!!! Nährstoffe: N, P, K,!!!! Metalle / Schwermetalle: Fe, Cu, Zn, Al, Pb, Cr, Mn,!!!! Krankheitserreger: Keime, Viren, Wurmeier,!.!!! Salze: Ca, Mg, Na, K,!!!! Pharmaka/ Arzneimittelrückstände, endokrin wirksame Substanzen, organische Halogenverbindungen,!!!!! 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 3 gu Abwasser: Schadstoff! Kohlenstoff Ta sauerstoffzehrend/eutrophierend Stickstoff/Phosphor sauerstoffzehrend/eutrophierend Schwermetalle gesundheitsschädlich/giftig org. Spurenstoffe/Keime endogen/karzinogen Krankheitserreger [Foto: Wikipedia] Bau/Betrieb von Kanalisationen und Abwasserbehandlungsanlagen " Gesundheits- und Gewässerschutz 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

15 Abwasserbehandlung: Gesundheits- und Gewässerschutz [Foto: SEF] [Foto: SEF] [Foto: SEF] Wasserklosett England Bau Kanalisation England Gesundheitsschutz Mechanische Abwasserbehandlung Entwicklung Belebtschlammverfahren England C-Elimination Deutschland Gesundheits- und Gewässerschutz Abwasser: Schadstoff! oder Ressource? Wärme Kohlenstoff sauerstoffzehrend/eutrophierend Stickstoff/Phosphor sauerstoffzehrend/eutrophierend Schwermetalle gesundheitsschädlich/giftig org. Spurenstoffe/Keime endogen/karzinogen Krankheitserreger Energie Düngemittel antibiotikaresistente Keime Mikroplastik Nanopartikel N-/P-Elimination Deutschland Spurennährstoff? Elimination Desinfektion Mikroschadstoffe Frage des Standpunkts? Wasser Wasserwiederverwendung 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

16 Ressourcenschutz Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung P-Rückgewinnung Düngemittel Energieanalysen Deutschland, Schweiz Plus Energie Kläranlage Energie Landwirtschaftliche Bewässerung z.b. Mexiko Wasserwiederverwendung für Trinkwasser Namibia Wasserwiederverwendung Wasser Wasserklosett England Bau Kanalisation England Gesundheitsschutz Mechanische Abwasserbehandlung Energie und Wasser Entwicklung Belebtschlammverfahren England C-Elimination Deutschland Gesundheits- und Gewässerschutz N-/P-Elimination Deutschland!!Wasser für Energie!! Kühlung für Kraftwerke, Ölförderung, Biomasseanbau!!Energie für Wasser!! Wassergewinnung, -aufbereitung und -transport, Wassernutzung, Abwassertransport und -behandlung Siedlungswasserwirtschaft?!!Energie aus Wasser!! Wasserkraft, Wärmenutzung, Faulung/Faulgaserzeugung, Verbrennung Elimination Desinfektion Mikroschadstoffe 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

17 Energieverbrauch Basis: Statistische Daten Deutschland [Daten: Branchenbild Wasserwirtschaft (2011), UBA (2006)] Endenergieverbrauch Warmwassererzeugung einschl. Waschund Spülmaschine [AGEB (2011), RWI/forsa (2011)] Einleitung Schmutzstoffe (Toilette, Küche, etc.) 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 9 Energie im Abwasser Energieinhalt? Wasserförderung (Pumpenergie) Wassernutzung (Erwärmung) Energie im Abwasser/ Klärschlamm? Einleitung Schmutzstoffe (Toilette, Küche, etc.) Potentielle Energie Chemische Energie Thermische Energie 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

18 Energieinhalt und Nutzung Potentielle Thermische Chemische utzungspotential Energieinhalt! N 750 kwh/(e#a) Wärmetauscher 150 kwh/(e#a) Faulgas/BHKW Verbrennung/ Turbine Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n 1,2 kwh/(e#a) Wasserrad, Turbine Verschiedene Anlagen realisiert: z.b. Kläranlage Freital, Dresden, Mannheim Vortrag r ülle E. A. M Stand der Technik gu Energieverbrauch und Erzeugung Konventionelle Siedlungswasserwirtschaft Ta Energetische Optimierung Kläranlage der Zukunft 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

19 Energetische Optimierung Kläranlage der Zukunft Optimierung Energieeffizienz Minimierung Verbrauch/Maximierung Erzeugung Jahresmittelwert 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 13 Optimierung Energieeffizienz Jahresmittelwert/Jahressummen Durchführung Energieanalyse Diverse Handbücher/Publikationen Energie in Kläranlagen, MURL (1999) Energiecheck und Energieanalyse Instrumente zur Energieoptimierung von Abwasseranlagen (DWA-A 216) Prinzip: Aufnahme und Bewertung Energieverbräuche nach verfahrenstechnischen Einheiten Vergleich mit Kennzahlen (Optimierungspotential) Ableitung von Maßnahmen Breite Anwendung in Abwasserwirtschaft Stand der Technik Stromverbrauch nach Verbrauchergruppen 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

20 Exemplarische Maßnahmen Beispiel: Kommunale KA mit EW Biologie Erneuerung Rührwerke in den Belebungsbecken (von 30 kw/becken auf 12 kw/becken) Klärschlammbehandlung Austausch Spiralwärmetauscher (Erwärmung der Faulbehälter) Erneuerung der maschinellen Eindickung (von Zentrifuge auf Siebband) Erneuerung Pumpen (Sicherstellung Betriebspunkt) Erneuerung der Elektromotoren Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n Haustechnik Beleuchtungssteuerung über Zeit oder Bewegungsmelder Erneuerung von Laborkühlschränken Optimierung der Straßenbeleuchtung 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 15 Zum Vergleich: Gesamtstromverbrauch in Deutschland rd. 516 TWh/a gu Energiepotential in der Abwasserbehandlung Ta Stromverbrauch Ist-Zustand Stromerzeugung (nur BHKW) Optimierung Ist- Ausrüstung nach Zustand aller ABA MURL (1999) Erhöhung Einsatz von Wirkungsgrad Co-Substrat > E BHKW TWh/a TWh/a TWh/a 0,941 1,742 Richt- Idealwert TWh/a 4, wert TWh/a TWh/a 3,6 2,7 3,14-3,933 elektrischer Wirkungsgrad 26 % elektrischer Wirkungsgrad 32 % alle ABA < E, elektrischer Wirkungsgrad 40 % bzw. mit Brennstoffzelle 50 % Co-Substrat: Bioabfall, Abschätzung nach DWA (2010) über freie Faulraumkapazitäten 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel TWh/a 1,054 [nach DWA (2010)]

21 Energetische Optimierung Kläranlage 2025 Ausgleich Energie im Jahresgang (Sommer-/Winterbetrieb) Optimierung Energieeffizienz Minimierung Verbrauch/Maximierung Erzeugung Jahresmittelwert 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 17 Jahresgang Strom (Beispiel KA mit EW Jahr 2013) kein ausgeprägter Jahresgang im Stromverbrauch Schwankungen im Faulgas durch Co-Substrat 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

22 Jahresgang Wärme (Beispiel KA mit EW Jahr 2013) ausgeprägter Jahresgang im Wärmeverbrauch 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 19 Exemplarische Maßnahmen Beispiel: Kommunale KA mit EW Nutzung Wärme zur Kälteerzeugung Adsorptionskälteanlage Kälteleistung: 32 kw Absorptionskälteanlage mit Kälteleistung: 200 kw Ersatz für elektrisch betriebene Klimageräte/Kältemaschinen Einsparung von Strom durch die Nutzung von Abwärme Nutzung Wärmeüberschuss im Sommer? 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

23 Energetische Optimierung Kläranlage 2025 Vortrag U. Blotenberg Aktive Interaktion mit EVU Regelenergie Ausgleich Energie im Tagesgang Ausgleich Energie im Jahresgang (Sommer-/Winterbetrieb) Optimierung Energieeffizienz Minimierung Verbrauch/Maximierung Erzeugung Jahresmittelwert 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 21 Flexibilisierung Energiesystem Kläranlage (Beispiel KA mit EW Jahr 2013) Abhängigkeit von Zulauf Regenwetter ausgeprägter Tagesgang Trockenwetter 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

24 Rohschlammbeschickung und Faulgasanfall (Beispiel KA mit EW) Faulgasanfall abhängig von Beschickung 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 23 Beschickung von Co-Substrat im Intervallbetrieb Faulgaserzeugung mittels Co-Substrate Umsatzrate? (Geschwindigkeit der Gaserzeugung) Faulgaserzeugung einer kommunalen Kläranlage, Ausbaugröße EW Faulbehälter 1: Dosierung von Rohschlamm sowie Co-Substrat Faulbehälter 2: Dosierung von Rohschlamm

25 Umsatzrate Methanproduktion Laborversuche " Baustein für ein intelligentes Steuerungssystem " Einsatz für Lastspitzen (Lastmanagement) Stromlastgang (Leistungsspitzen) Beispiel KA mit EW Jahr 2013 > kw nur bei rd. 300 Bh/a (< 3 %) Auswertung Jahresgang (Leistung des Strombezugs) [Zhukova, 2014] 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

26 Auswertung Spitzen mittels Spektralanalyse Beispiel KA mit EW Visualisierung von Lastspitzen im Tagesgang Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n Entwicklung Lastmanagement [Zhukova, 2014] Vortrag H. Busch gu Energetische Optimierung Kläranlage 2025 Ta Vortrag K. Knorr Vortrag H. Schurig Regelenergie Ausgleich Energie im Tagesgang Optimierung Energieeffizienz Minimierung Verbrauch/Maximierung Erzeugung Jahresmittelwert 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel r g de run ad ie Gr bilis i ex Fl Ausgleich Energie im Jahresgang (Sommer-/Winterbetrieb)

27 Regelenergie Ziel: Verhinderung von Ungleichgewichten zwischen Stromerzeugung und -verbrauch (Sicherstellung konstante Netzfrequenz von 50 Hz) Ursachen nach dena (2012): Lastrauschen aufgrund vieler unterschiedlicher Nutzer Kraftwerksausfälle Prognosefehler/Lastprognosefehler Fahrplansprünge: Da der Stromhandel in Stunden bzw. 15-Min-Blöcken erfolgt, müssen An- und Abfahrrampen von Kraftwerken sowie Fahrplanstufen ausgeglichen werden. Notwendigkeit von Regelenergie 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 29 Unterscheidung der Regelleistung nach Bereitstellungszeiten [dena (2012)] 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

28 Sekundärregelleistung Minutenreserve [Daten: Regelleistung (2015)] Positive Regelleistung Defizit im Netz; Minimierung Energiebezug oder Maximierung Energieerzeugung Negative Regelleistung Überschuss im Netz; Maximierung Energiebezug oder Minimierung Stromproduktion Durchschnittliche Leistungspreise in /(MW h) [Consentec (2014), Pilgram (2014)] Sekundärregelleistung positiv 9,82 8,33 2,53 7,82 negativ 15,74 11,79 11,89 11,66 positiv 1,10 0,31 0,61 0,95 Minutenreserve 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 32 negativ 3,12 4,21 3,04 5,72 Sekundärregelleistung > Minutenreserve negative Leistung > positive Leistung

29 Regelenergiemarkt vs. Leistung Kläranlage Teilnahme an Regelenergiemarkt min. 5 MW Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n Zusammenschluss zu virtuellen Kraftwerken Vortrag A. Keil Annahme: A = 15 kwhel/(e a), B = 20 kwhel/(e a) Bh/a, keine Redundanzen 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 33 gu Gliederung Ta Einleitung Abwasser: Schadstoff oder Ressource? Gesundheits-, Gewässer- und Ressourcenschutz Energie und Wasser Energie für Wasser und Energie im (Ab-)Wasser Energetische Optimierung Kläranlage der Zukunft Vom Jahresmittelwert zur Regelenergie Zusammenfassung und Ausblick 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

30 Zusammenfassung und Ausblick Zukunftsfähige Abwasserbehandlung Gesundheits- und Gewässerschutz Ressourcenschutz: Im Fokus u.a. Energie Wasser und Energie Bereitstellung von Wasser aber auch Abwasserbehandlung benötigt Energie Abwasser enthält Energie, die es zu nutzen gilt Energetische Optimierung Kläranlage der Zukunft Steigerung Energieeffizienz auf Basis von Jahresmittelwerten, klassische Durchführung von Energieanalysen Energieoptimierung im Jahresgang, z.b. Wärme im Sommer-/Winterbetrieb Energieoptimierung im Tagesgang è Lastmanagement Nutzung der Kläranlage als Regelenergie 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 35 Zusammenfassung und Ausblick Der Energiemarkt befindet sich zzt. im Wandel Stichwort: Energiewende in Deutschland Können die Kläranlagen hierzu einen Beitrag leisten? Energieoptimierung è Risiko für den Umweltschutz? Bewertung der Treibhauspotentiale, Methan- und Lachgasemissionen bei der Abwasser- und Klärschlammbehandlung Vortrag M.-L. Wolff-Hertwig Vortrag H. Siegrist 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel

31 Au ng s 03 s zu.0 un g 3. te 20 rla 15 ge n Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch 03. März 2015 TU Darmstadt Institut IWAR Schaum Cornel 37 Ta gu Abwasserbehandlungsanlage der Zukunft: Energiespeicher in der Interaktion mit technischer Infrastruktur im Spannungsfeld von Energieerzeugung und -verbrauch Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung - Förderkennzeichen: 02WER

32 Institut Fachgebiet Abwassertechnik Technische Universität Darmstadt Prof. Dr.-Ing. Peter Cornel Dr.-Ing. Christian Schaum Franziska-Braun-Straße Darmstadt ISBN: