Energieverbrauch von Rührwerken auf Belebungsanlagen

Transkript

1 Institut für Wassergüte Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft Energieverbrauch von Rührwerken auf Belebungsanlagen Klemens Füreder, Karl Svardal, Jörg Krampe Institut für Wassergüte, TU Wien Hagenberg,

2 Gliederung 1) Einleitung 2) Energieverbrauch Rührwerke 3) Leistungsdichte Rührwerke 4) Energiesparpotential bei Rührwerken 5) Zusammenfassung 2/21

3 Einleitung - Rührwerke in Österreich bisher noch kein zentraler Bereich der Energieoptimierung - Analyse der Leistungsdichten PR [W/m³] ZIELWERTE (BENCHMARKS) - Beckenvolumen - Rührwerkstyp - Beckengeometrie - etc. - Abschätzung Energiesparpotential bei Rührwerken in Ö 3/21

4 Einleitung 4/21

5 Einleitung Teilnehmer: mangelnde Datenqualität: auswertbare Daten: 393 Kläranlagen 168 Kläranlagen 225 Kläranlagen - gute Leistungsdaten (+ Beckenkubaturen) - suboptimale Energiedaten 5/21

6 Gliederung 1) Einleitung 2) Energieverbrauch Rührwerke 3) Leistungsdichte Rührwerke 4) Energiesparpotential bei Rührwerken 5) Zusammenfassung 6/21

7 Energieverbrauch Rührwerke (kwh/ew120/a) ca % der mechanisch biologischen Abwasserreinigung spez. elektr. Energieverbrauch [kwh/ew 120 /a] Median spez. elektr. EV mech.-biolog. Abwasserr. (Prozess 2 - Abwasserbenchmarking 2013 [5]) spez. elektr. Energieverbrauch Rührwerke (aus Umfragedaten) Belastung Kläranlage [EW 120 ] Median (Toleranzwert) spez. elektr. EV Rührwerke 25%Quantil (Zielwert) spez. elektr. EV Rührwerke Belastung Kläranlage Zielwert Energiebedarf EW 120 kwh/ew 120 /a , , ,8 > ,3 7/21

8 Gliederung 1) Einleitung 2) Energieverbrauch Rührwerke 3) Leistungsdichte Rührwerke 4) Energiesparpotential bei Rührwerken 5) Zusammenfassung 8/21

9 Leistungsdichte: Definitionen installierte Leistungsdichte: P,. [ ] R install Nennleistung Beckenvolumen W m³ Leistungsdichte: P [ ] R Leistungsaufnahme Beckenvolumen W m³ bei nur 15% der Becken angegeben P R W PR, install. 0,74 [ ] m³ mittlerer Energieverbrauch: W, P Laufzeit [ ] R mittel R kwh m³ d 9/21

10 Leistungsdichte P R, [W/m³] Leistungsdichte: Datenüberblick y = 69,848x -0,468 R² = 0, belüftete Becken mit Rührwerken - 59 unbelüftete Becken mit Rührwerken - 15: Belüftung läuft ständig - 13: Belüftung läuft nicht ständig Beckenvolumen [m³] Leistungsdichte (n=286) Pot.(Leistungsdichte (n=286)) Druckbelüftung ohne Rührwerke (n=28) 10/21

11 Leistungsdichte P R [W/m³] Leistungsdichte: Zielwerte (25%-Quantile) 1 W/m³ vsohle ~ cm/s (ISV=100ml/g) keine Ablagerungen Leistungsdichten unterhalb der Zielwerte führen nicht zu 18 mehr Ablagerungen als Leistungsdichten m³ oberhalb 16 der Zielwerte m³ 14 Ablagerungen 13 in m³ Becken P R < Zielwert 4 Kontollsumme 3 100% 100% 2 1 Zielwerte sind ohne vermehrte Beckenvolumen [m³] P R > Zielwert m³ keine 28% >2000m³ 25% wenig 66% 75%-Quantil 68% Toleranzwert (Median) erheblich 7% 7% Ablagerungen realisierbar! Zielwert (25%-Quantil) 11/21

12 Leistungsdichte: Zielwerte (25%-Quantile) Beckenvolumen TOLERANZWERT (Median) ZIELWERT (25%Quantile) Baumann et al. (2014) [4] m³ W/m³ W/m³ W/m³ 200 6,8 5, ,8 3,5 4,0-2, ,7 2,1 2,5-2, ,0 1,7 2,0-1,5 > ,6 1,1 1,5 ca. 50 bis 75% der Becken sind hinsichtlich Energieverbrauch (Leistungsdichte) der Rührwerke optimierbar 12/21

13 Leistungsdichte: Belüftete vs. unbelüftete Becken Leistungsdichte W * R belüftete Becken (n ges. = 227 Becken) Volumen Anzahl rel. Anzahl 75%Quantil Median 25%Quantil Baumann et al. (2014) m³ n % W/m³ W/m³ W/m³ W/m³ ,4 9,3 6, ,9 4,1 3,2 4,0-2, ,0 2,8 2,1 2,5-2, ,7 2,1 1,7 2,0-1,5 > ,2 1,5 1,1 1,5 Leistungsdichte W * R unbelüftete Becken (n ges. = 59 Becken) Volumen Anzahl rel. Anzahl 75%Quantil Median 25%Quantil Baumann et al. (2014) m³ n % W/m³ W/m³ W/m³ W/m³ ,6 6,5 5, ,6 5,3 4,2 4,0-2, ,7 2,5 2,3 2,5-2, ,5 2,1 1,9 2,0-1,5 keine markanten Unterschiede; allerdings viel schmalere Datengrundlage bei unbelüfteten Becken 13/21

14 Leistungsdichte: Es konnte kein Einfluss von Beckengeometrie und Belüftungsart - Rechteckbecken - Druckbelüftung - Umlaufbecken - Mammutrotoren - Rund-/Kreisringbecken - unbelüftet auf Leistungsdichte festgestellt werden! 14/21

15 Leistungsdichte: Einfluss Rührwerkstyp horizontaler Anriebstwelle: schnelllaufender Propeller horizontaler Antriebswelle: langsamlaufender Propeller vertikale Antriebswelle: Hyperboloid-Rührer vertikale Antriebswelle: langsamlaufender Propeller Leistungsdichte W R * bei Becken < 1000m³ Rührwerkstyp 25%-Quantil W/m³ horizontale AW: schnelllaufend 5,2 horizontale AW: langsamlaufend 2,4 vertikale AW: Hyperboloidrührer 2,4 vertikale AW: langsamlaufend 2,4 Richtige Drehrichtung: von oben nach unten! 15/21

16 Gliederung 1) Einleitung 2) Energiebedarf Rührwerke 3) Leistungsdichte Rührwerke 4) Energiesparpotential bei Rührwerken 5) Zusammenfassung 16/21

17 W R,mittel [kwh/m³/ d] Einsparung durch Abschaltung von Rührwerken bei belüfteten Becken 0,22 0,21 0,20 0,19 0,18 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 y = 27,722x -0,349 R² = 0,28 y = 31,57x -0,411 R² = 0,47 y = 15,62x -0,403 R² = 0, Beckenvolumen [m³] Impulsbelüftung: 0,7 h/d * 25 W/m³ Laufzeit Rührwerke 24h/d Laufzeit Rührwerke 14-22h/d Laufzeit Rührwerke 2-12h/d keine Rührwerke (Belüftung läuft nicht ständig) Pot.(Laufzeit Rührwerke 24h/d) Pot.(Laufzeit Rührwerke 2-12h/d) 0,018 kwh/m³/d (ISV=110ml/g) wenig Ablagerungen 17/21

18 Theoretisches Energiesparpotential Österreich Energiesparpotential Rührwerke Gesamt-Österreich Ausbaukapazität Österreich EWCSB 120 Faktor Kapazität Gesamt/Studie 3,60 - theoretisches Einsparpotential Rührwerke bei Senkung auf "Toleranzwert" theoretisches Einsparpotential Rührwerke bei Senkung auf "Zielwert" ~11 Mill. kwh/jahr ~19 Mill. kwh/jahr 18/21

19 Gliederung 1) Einleitung 2) Energiebedarf Rührwerke 3) Leistungsdichte Rührwerke 4) Energiesparpotential bei Rührwerken 5) Zusammenfassung 19/21

20 Zusammenfassung I Rührenergiebedarf ca % des Energiebedarfs der mech.-biologischen Abwasserreinigung ~ 50 bis 75% der Becken in Ö sind hinsichtlich Energieverbrauch der Rührwerke optimierbar Leistungsdichten von 1 W/m³ ohne Ablagerungen realisierbar großes Einsparpotential durch teilweiser Abschaltung von Rührwerken theoretisches Einsparpotential bei Senkung auf......toleranzwert (Median): ~25% der Rührenergie in Ö...Zielwert (25%-Quantil): ~40% der Rührenergie in Ö 20/21

21 Zusammenfassung II Zielwerte der Leistungsdichte sind ohne vermehrte Ablagerungen realisierbar! Beckenvolumen ZIELWERTE (25%Quantile) m³ W/m³ 200 5, , , ,7 > ,1 Zielwerte spezifischer Rührenergiebedarf Belastung Kläranlage ZIELWERTE (25%-Quantil) EW 120 kwh/ew 120 /a , , ,8 > ,3 P R P Raum Leistungsaufnahme Beckenvolumen W [ ] m³ AUSRECHNEN UND VERGLEICHEN! AUSRECHNEN UND VERGLEICHEN! 21/21

22 DANKE FÜR IHRE AUFMERK- SAMKEIT! 22/21 22