Energie im Zentrum Integrierte Ansätze zur (Ab)Wasserbehandlung im Emschereinzugsgebiet. Dr. Torsten Frehmann

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1 Energie im Zentrum Integrierte Ansätze zur (Ab)Wasserbehandlung im Emschereinzugsgebiet Dr. Torsten Frehmann DBU-Innovationsforum Wasserwirtschaft 2013, Bad Honnef

2 Energiepotenziale der Wasserwirtschaft nutzen! Energieeffizienz der Anlagen weiter verbessern Eigenerzeugung weiter steigern Verfügbare Reststoffe als Rohstoffe und Energie nutzen Rolle der Kläranlagen in der Energielandschaft definieren und entwickeln 2

3 Energie und Wasserwirtschaft Aufgabe: Reduzierung klimaschädlicher Emissionen Energieeffizienz der Anlagen weiter verbessern Eigenerzeugung weiter steigern Verfügbare Reststoffe als Rohstoffe und Energie nutzen Energiewende auch ein Thema für die Rolle der Kläranlagen in der Energielandschaft Abwasserwirtschaft definieren und entwickeln 3

4 Einzugsgebiet von EG/LV Wasserlauf Entwässerungspumpwerk Kläranlage Coesfeld Verbandsgebiet Dülmen Borken Dorsten Halter n Lüdinghausen Drensteinfurt Ahlen Wesel Dinslaken Oberhausen Bottrop Gelsenkirchen Marl Datteln Recklinghausen Castrop -Rauxel Lünen Dortmund Werne Bergkamen Kamen Unna Hamm Bönen Werl Lippborg Soest Lippe Duisburg Mülheim Essen Bochum Witten Holzwickede Emscher Genossenschaftsgebiet Gebiet (km²) Einwohner (Mio.) Einwohner/ km² Lippeverband ,4 427 Emschergenossenschaft 865 2,

5 Anlagenbestand Wasserläufe 742 km Abwasserkanäle 353 km Pumpwerke 236 Polderflächen 842 km² Kläranlagen 56 Ausbaugröße 7,35 Mio. EW Abwasserentsorgung 840 Mio. m 3 /a Regenwasserbehandlung - Anlagen Volumen 0,97 Mio. m 3 Hochwasserschutz - Rückhaltevolumen 4,90 Mio. m 3 - Deiche 193 km Stand

6 Kennzahlen der Stromwirtschaft von EG/LV Stromverbrauch von EG/LV ca. 220 Mio. kwh/a Eigenstromanteil ca. 80 Mio. kwh/a Strombezug ca. 140 Mio. kwh/a Kosten ca. 23 Mio. 18 Netzgebiete Mehrfacheinspeisung bei Hochwasserpumpwerken ca. 600 Abnahmestellen insgesamt, dezentral über ca km² 235 Sonderverträge ~ 98 % der Kosten Stromeinkauf auf Basis von EEX-Börsenkursen Energiemanagement aus Benchmarking entstanden Energiemanagement nach DIN ISO Beginn Einführung ab 2013

7 Strategisch operativer Ansatz Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking Vernetzung Smart energy 7

8 Energiemanagement Energiestudien für Kläranlagen Analyse und Bewertung aller Anlagenteile - Zulaufpumpwerk - - Rechenanlage - - Belüfter - - Nachklärung - - Schlammentwässerung

9 Energiemanagement Energiestudien für Kläranlagen

10 Energiemanagement Energiebericht für Kläranlagen Jährliche Informationen/ Analysen zu: Allgemeines (z.b. neue Stromlieferverträge, Fragen des Betriebes) Probleme/Besonderheiten im untersuchten Betriebsjahr Ursachenforschung Überprüfung Auswirkung der Alt-Maßnahmen Ermittlung neuer Maßnahmen zur energetischen Optimierung der Kläranlage

11 Lastmanagement Einsparprognose: ca. 0,5 Mio. /a bzw. ca. 2% der KA-Energiekosten

12 Strategisch operativer Ansatz Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking Vernetzung Smart energy 12

13 Energiekostensteigerung Kosten und Verbräuche EG/LV

14 Stromkosten Eine stetige Veränderung Zusammensetzung Arbeitspreis und Leistungspreis (Lieferung und Netzentgelt) EEG-Umlage KWK-G-Umlage Offshore-Umlage 19.2-Umlage Konzessionsabgabe Stromsteuer Mehrwertsteuer 14

15 Energiekostensteigerung Entwicklung der EEG-Umlage ct/kwh 5,27 ct/kwh 6,24 ct/kwh 4 3 3,53 ct/kwh 3,59 ct/kwh 2 2,04 ct/kwh 1 1,11 ct/kwh

16 Strompreisbestandteile Durchschnittliche Zusammensetzung bei EGLV 2,10 Stromsteuer 20,87 ct/kwh* gesamt 6,24 EEG-Umlage 0,07 KWKG-Umlage 0, Strom NEV-Umlage 0,15 Offshore/ Haftungsumlage 0,01 AbschaltVO- Umlagen 3,50 Netzentgelte 0,11 Konzessionsabgabe * inkl. 3,33 ct/kwh MwSt. 5,15 Energiebeschaffung

17 Stromeinkauf bei EG/LV Versorgerstatus Beantragung Versorgerstatus Versorgung eines anderen Unternehmens mit 1 kwh reicht aus, Versorgung von Mietern nicht! EG und LV sind nicht Vorsteuerabzugsberechtigt Bei Abführung der Stromsteuer an den Lieferanten erhöht sich die Bemessungsgrundlage für die Umsatzsteuer Bei Abführung der Stromsteuer direkt ans Hauptzollamt entfällt Umsatzsteuer auf die Stromsteuer (0,39 ct/kwh) EGLV Direktzahlung Stromste u er ohne MwSt - Strom rec h nung ohne Stromste u er und ohne darauf entfallende MwSt Hauptzollamt Energieversorger 17

18 Stromeinkauf bei EG/LV Gewähltes Verfahren Flexible Vollstromversorgung mit indexiertem Energiepreis und Teilmengenbeschaffung Unmittelbare Fixierung nach Ausschreibung würde wegen der Bindefrist hohes Risiko für den AN erzeugen Mittelwertbildung minimiert Auswirkungen einzelner, hoher Börsenkurse Lose Netzgebiete der VNB Bis 2013 RLM, da 98 % d. Kosten, ab 2014 SLP und RLM Lastprofil und Stammdatenblatt zur Verbesserung der Transparenz Strommenge in kwh Gesamtmenge wird in linearen Teilmengen über ein Börsenjahr verteilt zum Tageskurs eingekauft - durchschnittlicher Beschaffungspreis entspricht Mittelwert Tagesnotierungen Börsentage Future-Börsenpreis in EUR/MWh für 2012 ff 18

19 Stromeinkauf bei EG/LV Gewähltes Verfahren Flexible Vollstromversorgung mit indexiertem Energiepreis und Teilmengenbeschaffung Günstige Börsenkurse können über 3 12 Monate konserviert werden Lose = Netzgebiete der VNB Bis 2014 RLM, da 98 % d. Kosten, ab 2014 SLP und RLM Mengenflexibilität Kein Regelenergierisiko Separate Netzentgeltabrechnung durch Lieferanten (Aufwand!) Festlegung Fixierungshandhabung intern abgestimmt Strommenge in kwh Tageskurs der Mittelpreisbildung wird ab Tag 35 bzw. Tag 95 für einen vorgegebenen Zeitraum festgesetzt - durchschnittlicher Beschaffungspreis Gesamtmenge entspricht Mittelwert wird in linearen aus Tagesnotierungen Teilmengen über ein Börsenjahr und festgesetztem verteilt zum Tageskurs Tageskurs - eingekauft - durchschnittlicher Beschaffungspreis entspricht Mittelwert Tagesnotierungen Börsentage Future-Börsenpreis in EUR/MWh für 2012 ff

20 Strategisch operativer Ansatz Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking Vernetzung Smart energy 20

21 Kläranlage Lünen-Sesekemündung Energetische Optimierung - Erneuerung der Belüftung EW Belebungsvolumen m³ in 3 Becken Durchschn. Luftmenge m³/h Vorgezogene Reinvestition von Belüftertellern Reinvestition

22 Kläranlage Lünen-Sesekemündung Energetische Optimierung - Erneuerung der Belüftung Alte Belüfterteller Neue Belüfterplatten

23 Kläranlage Lünen-Sesekemündung Energetische Optimierung - Erneuerung der Belüftung Erfolge - 25 % 25 % nachweisbare Energieeinsparungen nach einem Jahr Betrieb Kostensenkung /a dadurch energetisch optimierte Bemessung der Gebläse möglich

24 Gesamtverbrauch deutlich reduziert ,0% 140 Mio kwh/a Eigenerzeugung Kläranlagen EG/LV Gesamtverbrauch Kläranlagen EG/LV

25 Strategisch operativer Ansatz Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking Vernetzung Smart energy 25

26 Projekte zur Erhöhung der Eigenenergie und CO2-Reduktion Geplante und umgesetzte Maßnahmen Wasserlauf Kläranlage Co-Vergärung Verbandsgebiet Photovoltaik Windkraftanlagen Dülmen Hamm Lippe Lünen Soest Bottrop Dortmund Essen Emscher BHKW Wasserkraft Stand: Genossenschaftsgebiet Dampfturbine Wärme aus Abwasser Geothermie Wasserstoff 26

27 BHKW-Repowering 27

28 Stromerzeugung 29 BHKW-Standorte Viele BHKW sind in den nächsten Jahren zu erneuern

29 BHKW-Repowering Kennzahlen und Altersstruktur der Anlagen IST 2011 SOLL 2016 Anlagen Module Elektrische Leistung 5,1 MW 5,3 MW Faulgasnutzung 13,7 Mio. m³ 14,6 Mio. m³ Stromerzeugung netto 24,8 GWh 27,6 GWh Wirkungsgrad 28 % 30 % Eigenversorgungsgrad 43 % 48 % Anzahl Alter BHKW [a]

30 BHKW-Repowering IST-Zustand (Stand: 2011) Neubau Legende: BHKW in 2011 erneuert BHKW-Erneuerung /Neubau in Planung BHKW-Optimierung geplant BHKW ohne Maßnahme

31 Eigenenergieerzeugung gesteigert Gesamtverbrauch deutlich reduziert ,0% Mio kwh/a ,5% Eigenerzeugung Kläranlagen EG/LV Gesamtverbrauch Kläranlagen EG/LV

32 Strategisch operativer Ansatz Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking Vernetzung Smart energy Beispiel Hybrid-Kraftwerk Emscher 32

33 Klärwerk Emscher-Mitte in Bottrop 33

34 Klärwerk Emscher-Mitte in Bottrop eine der größten Kläranlagen Deutschlands Bauzeit Baukosten: ca. 230 Mio. Einzugsgebiet: 240 km² 1,4 Mio. Einwohnerwerte Abwasserbehandlung rund 4 Mio. Einwohnerwerte Schlammbehandlung Stromverbrauch 55 Mio. kwh pro Jahr = Stromverbrauch einer Einwohner-Stadt 34

35 Entwicklung zum HYBRID-Kraftwerk EMSCHER Speicherung und Steuerung regenerativer Energien Die Kombination von Technologien

36 Hybrid-Kraftwerk Emscher Ausgesuchte Maßnahmen Neubau Schlammverbrennung Neubau Turbine Thermo-Solare Klärschlammtrocknung Repowering BHKW Wasserkraftnutzung Windkraftanlage

37 Standort Bottrop Kläranlage und Klärschlammverwertung

38 Klärschlammverwertung Repowering BHKW Alt Neu Alter 15 a --- Module 3 4 Leistung je Modul kw kw Spannung 10 kv 10 kv Wirkungsgrad 36 % 42 % Investition --- 4,5 Mio. Betrieb ab --- Ende 2013 Jahresarbeit 15,4 GWh 19,0 GWh

39 Klärschlammverwertung Neubau Verbrennung und Turbine Alt Neu 2 x 10 MW 1 x 18 MW Feuerungsleistung Brennstoffmenge, max t/a t/a 8 % 15 % Wirkungsgrad Stromerzeugung 3,5 MW 4,2 MW MWh/a MWh/a Alter 30 a --- (Re-) Investition 33,5 Mio. 46,6 Mio.

40 Klärschlammverwertung Energiebilanz heute

41 Klärschlammverwertung Thermo-Solare Klärschlammtrocknung

42 Klärschlammverwertung Energiebilanz mit solarer Klärschlammtrocknung

43 Wasserkraftnutzung am Standort Kläranlage Bottrop

44 Windkraftnutzung Standortuntersuchungen in Bottrop

45 Kläranlage Emscher-Mitte in Bottrop Stand heute Gas Schlamm Abwärme Strom Bottrop Gasspeicher BHKW Alte Emscher Kohlekonditionierung Abwasserreinigung Strombezug KLEM Schlammentwässerung Klärschlammkraftwerk

46 Das Hybridkraftwerk Emscher CO-Vergärung Gas Schlamm Abwärme Strom Bottrop Gasspeicher BHKW Elektrolyse Windenergieanlage Alte Emscher Kohlekonditionierung Abwasserreinigung? Strombezug KLEM Schlammentwässerung Solartrocknung Klärschlammkraftwerk Wasserkraft

47 Szenario Energieautonomie Windenergie 2 WEA je 2 MW 13 % BHKW 4 BHKW je 1,2 MW 34 % Dampfturbine Großer Ofen 18 MW* 59 % % Gesamterzeugung 106 %

48 Energiebewirtschaftung Smart energy F&E Projekt Smart.net

49 Energiebewirtschaftung Smart energy F&E Projekt Smart.net SMART.NET

50 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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