Abwasserwärmenutzung

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1 Abwasserwärmenutzung Dr. Jürgen Görres Landeshauptstadt Stuttgart Amt für Umweltschutz, Abteilung Energiewirtschaft Gaisburgstraße 4, D Stuttgart Telefon 0711/ , Fax 0711/ Juergen.Goerres@stuttgart.de Folie 1

2 Entwässerung in Stuttgart Hauptklärwerk zu reinigende Ablaufwassermenge: 100 Mio. m³/a Abfluss bei Trockenwetter im Hauptklärwerk Mühlhausen: l/s Folie 2

3 Temperatur Kläranlage Stuttgart Lufttemperatur Belebungsbecken Temperatur lt. den Aufzeichnungen im Betriebstagebuch 2005 Hauptklärwerk Mühlhausen Temperatur [ C] Auch Temperaturverlauf im Winter im Mittel Klärwerkszulauf über 12 C! Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan l/s Trockenwetterabfluss 2 Grad Abkühlung 11 MW Heizleistung Folie 3

4 Mindestabwassertemperatur in Kläranlagen BW 10 C Mindestsolltemperatur zur Abwasserreinigung Hauptklärwerk Stuttgart 2 Grad wärmer als Durchschnitt vor allem im Winter Zuckerbergstollen als saisonaler Wärmespeicher Temperatur im Belebungsbecken verschiedener Kläranlagen in Baden-Württemberg Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart Folie 4

5 Hauptkläranlage Abwasserwärmepotenzialkarte Randbedingungen: Trockenwetterabfluss > 15 l/s pro Kanal Kanaldurchmesser > DN 800 Abstand zum Kanal von 150 m (grün) bzw. 300 m (rot) Neckarpark 7 % des Kanalnetzes für Wärmenutzung denkbar Folie 5

6 Stadtquartier Neckarpark 22 ha Brachfläche Hauptabwasserkanal DN1200 Neues Stadtquartier für 450 Wohneinheiten und Dienstleistungsbetriebe (ehemaliger Güterbahnhof Bad Cannstatt) Folie 6

7 Messung Kanaldurchfluss Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart Folie 7

8 Kanaltemperatur 22 Messung über 2 Jahre Kanaltemperatur [ C] Folie 8

9 Dauer niedriger Temperatur Temperaturunterschreitung [h] Jahresstunden maximale Dauer 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 Abwassertemperatur [ C] Folie 9

10 Ursprünglicher Rahmenplan Folie 10

11 Städtebaulicher Entwurf 2009 Folie 11

12 Städtebaulicher Entwurf 2015 SWSG Stadtarchiv Potenzialfläche in.stuttgart Folie 12

13 Projektveränderungen Veränderungen im Städtebau und in der Ansiedlung von Bauherren: Neue Nutzungen (Sportklinik, Mehrgenerationenhaus, Sportbad) Auflösung von Grundstücksverkauf (im Vorfeld der Gebietsentwicklung) Ergänzung des Versorgungsgebiets um 2 Hotelstandorte mit hohem Brauchwarmwasserbedarf Verlegung Hauptabwasserkanal Veränderung der Primärenergiefaktoren in der EnEV2014 Überprüfung Anforderung EnEV09-45% (-30 % Transmissionswärme) Erhöhung des Brauchwarmwasserbedarfs auf über 50 % des Wärmebedarfs Folie 13

14 Aufsiedelungsszenario Baubeginn: GeschäftsQ1 haus Q2 BauQ5 gemeinq4 Geschäfts- schaft haus Inbetriebnahme im Folgejahr Q3 MehrQ6.1 generationenq6 haus Q11 Bildungszentrum Q7 Q9 Sportklinik Geschäftshaus Q8 Q10 Q12 Wohnen Q13 Q15 Q14 Q16 Q19 Wohnen Q17 Gewerbe Q18 Q20 Potenzialfläche Q21 Veranstaltungen Q22 Folie 14

15 Wärmetauscher außerhalb Kanal außerhalb Kanal Folie 15

16 Wärmetauscher im Kanal Bedingung: Fließgeschwindigkeit ausreichend um Ablagerungen zu verhindern/abzuspülen Gefälle > 0,1 % Folie 16 Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart

17 Spülschild zum Abschwemmen von Ablagerungen wenn Gefälle < 0,1 % Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart Folie 17

18 Beispiel Neckarpark: Investitionskostenvergleich Rinne und Bypass Rinnenwärmetauscher Bypass spezifische Investitionskosten [ /kw] Entzugsleistung [kw] Berechnung: Klinger und Partner, Stuttgart Folie 18

19 Energiekonzept aktuell Energiezentrale Q2 Q1 Q5 Q4 kanalintegrierter Wärmetauscher Q3 Q6.1 Q6 Q11 Q12 Q7 Q13 Q9 Q8 Q10 Spülschild Q15 Q14 Q16 Q19 Q17 Q18 Q20 Q21 Q21 Q22 Hauptsammler bisherige Trasse verlegte Trasse Folie 19

20 Größenvergleich Neckar- park Entzugsleistung [kw] bestehende Anlagen Länge Wärmetauscher [m] Folie 20

21 Wärmepreise gemittelter Wärmegestehungspreis Variante Preissteigerung 1. Abwasserwärme 18,7 Cent/kWh 35,1 Cent/kWh 3,3 %/a 2. Fernwärme 17,1 Cent/kWh 42,1 Cent/kWh 4,6 %/a 3. Gas-Brennwertkessel 16,1 Cent/kWh 31,2 Cent/kWh 3,4 %/a 4. Groß-BHKW 15,1 Cent/kWh 28,9 Cent/kWh 3,3 %/a 5. Abwasserwärme+BHKW 15,0 Cent/kWh 26,5 Cent/kWh 2,8 %/a Preisvergleich verschiedener Wärmeversorgungen inkl. Kapital-, Betriebs- und Energiekosten Umsetzung Variante 5 Abwasserwärme und BHKW Folie 21

22 Aktuelle Kostenschätzung Energiebedarf/-erzeugung Wärmeerzeugungsleistung Wärmeerzeugung Wärmelieferung kw kwh kwh Kostenschätzung Zentrale Wärmeversorgung Bau 8,7 Mio. Zentrale Wärmeversorgung Planung 1,5 Mio. Personal+Sachmittel städtisch 0,3 Mio. Heizzentrale Planung+Bau 0,7 Mio. Gesamtkosten 11,2 Mio. Folie 22

23 Kenndaten Abwasserwärmenutzung Hauptabwasserkanal (DN2100 ) tangiert Wärmeversorgungsgebiet Trockenwetterabfluss: 200 l/s, Abwassertemperatur gemessen 6,5 22 C Versorgung des Gebiets mit Heizenergie aus Abwasser möglich, Entzugsleistung des Abwasserwärmetauschers 2,1 MW Abkühlung des Abwassers am Gebiet um 2,5 Grad, 0,5 Grad an der Hauptkläranlage Folie 23

24 Projektpartner Förderung durch das BMWi weiterer Förderbescheid für Kooperationspartner Fraunhofer-Institut für Bauphysik Ingenieurbüros Folie 24

25 Aktueller Projektstand Abschluss HOAI Leistungsphase 3 (Vorplanung, Kostenschätzung) Erste Gespräche mit Anschlussnehmern Entwurf Satzung zum Anschluss- und Benutzungszwang 1. Bebauungsplan in der Auslegung Regelungen für Photovoltaik-Anlagen, Standort Heizzentrale Klärung der Betreiberfrage mit den Stadtwerken Stuttgart Entwicklung von Muster-Wärmelieferverträgen Folie 25

26 Zeitplan Gebietsaufsiedelung Rahmenplan Neckarpark Förderbescheid BMWi Beginn Erschließungsplanung Wärmeabnahme Beginn Wärmeversorgung, Verlegung Hauptabwasserkanal Abschluss Gebietsaufsiedelung Nichtwohnen Förderantrag Bau Energiezentrale, BMWi Wärmenetz Planung und Abstimmung der Energieversorgung 1. Grundstückskaufvertag Inbetriebnahme Abwasserwärmenutzung Beginn Wohnbebauung Folie 26

27 Stadtmuseum 2016/ kw Entzugsleistung Abwasserwärme 4,5 Jahresarbeitszahl Wärmepumpe 65 m Rinnenwärmetauscher 0,5 Mio Investitionskosten Folie 27

28 Klinikum Mitte Voraussetzungen Bauteiltemperierung Heiz- und Kühlbedarf Antriebsenergie aus BHKW Trockenwetterabfluss 100 l/s Kanaldimension DN 2200/2500 Potenzial: 400 kw Wirtschaftliche Rahmendaten Investitionsvolumen jährliche Betriebskosteneinsparung Kapitalrückflusszeit 11,9 a Folie 28

29 Abwasserwärmenutzung in Stuttgart Realisierte Vorhaben Städtische Projekte Konkrete Anfragen Auskünfte Schoch-Areal Wohnen am Neckar Seelberg Wohnen Rosenstein Neckarpark Azenberg-/Relenberg/Seestr. Mercedes-Benz Arena City Gate BW-Bank Katharinenhospital Innenministerium Seiden-/Breitscheidstr. Landesbibliothek Stadtmuseum Projekt Inbetriebnahme Entzugsleistung 2011 Seelberg Wohnen 120 kw 2013 Innenministerium 370 kw 2016 Stadtmuseum 160 kw 2016 Katharinenhospital 400 kw 2017/18 Neckarpark kw kw Abkühlung am Hauptklärwerk: 0,6 Grad Folie 29

30 Systematisch Prüfung bei Bauprojekten Prüfung des Stadtgebiets zur Verwendung von Abwasserwärme in Baugebieten oder in Einzelgebäuden Notwendige Arbeitsschritte: 1. Analyse möglicher Standorte: Kanal mit ausreichender Wärmekapazität in der Nähe? Höhe des Energieverbrauchs Energieversorgungsmöglichkeit 2. Machbarkeitsstudie mit Abschätzung der Investition/Energieeinsparung 3. Akquise von Fördermitteln, Klärung der Finanzierung 4. Umsetzung Einbettung in die Energieleitplanung Folie 30

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