Einsparungspotentiale, Betriebsoptimierung auf Abwasserreinigungsanlagen anhand von Beispielen

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1 Einsparungspotentiale, Betriebsoptimierung auf Abwasserreinigungsanlagen anhand von Beispielen Stefan Lindtner Ingenieurbüro kaltesklareswasser Erfahrungsaustausch für Führungskräfte der kommunalen Abwasserwirtschaft Seite 1 Was ist eine Einsparung? Euro/a EW-CSB Betriebskosten (absolut) EW-CSB EW-CSB EW-CSB ,00 8,00 6,00 4,00 2,00 spez. Betriebskosten [Euro/EW-CSB110/a] 8,49 7,91 7,96 8,15 0, Seite 2

2 Kostenarten und deren Verteilung VARIABLE KOSTEN ~ 40 % von der Belastung abhängig Energie 17% Energie Material 11% Reststoffe Reststoffe 13% Personal 42% Personal Sonstige Sonstige 7% Leistungen Leistungen Dritter Dritter 10% FIXKOSTEN ~ 60 % von der Belastung unabhängig Seite 3 Berechnung von Einsparungen Berechnung eines theoretisch erwarteten Wertes in den Folgejahren und Differenzbildung zum tatsächlichen Absolutbetrag Berechnung des theoretisch erwartenden Wertes wobei Variable Betriebskosten proportional der Kläranlagenbelastung extrapoliert wurden Fixe Kostenarten auch in den Folgejahren in gleicher Höhe angenommen wurden (keine Kostenänderung bei Änderung der Belastung) Seite 4

3 Euro/a Euro/a Berechnung der Einsparung bei fixen Betriebskosten Einsparung Verteuerung Personalkosten theoretisch Personalkosten tatsächlicher Wert indexiert Leistungen Dritter theoretisch Leistungen Dritter tatsächlicher Wert indexiert Sonstige Kosten theoretisch Sonstige Kosten Tatsächlicher Wert indexiert Seite 5 Berechnung der Einsparung bei variablen Betriebskosten EW-CSB Einsparung Verteuerung Euro/a Material- u. Stoffkosten theoretisch Material- u. Stoffkosten tatsächlicher Wert indexiert Energiekosten theoretisch Energiekosten tatsächlicher Wert indexiert Reststoffkosten theoretisch Reststoffkosten tatsächlicher Wert indexiert Seite 6

4 Gesamtes theoretisch ermitteltes Einsparpotenzial Berechnet für 13 Anlagen zwischen und 1 Mio. EW-Ausbau welche 3 Jahre beim Benchmarking teilgenommen hatten Summe der Einsparung von 13 Anlagen in den Jahren 2003 bis 2006 ca. 3,4 Mio. Euro Durchschnittlich sind dies Euro/Anlage/Jahr bzw. 0,8 Euro/EW-CSB110/a Seite 7 Einsparungspotenziale in der Praxis Reststoffentsorgung Auswirkung geänderter Entsorgungskosten Material- und Stoffkosten Einsparung durch Preisverhandlung Energiekosten Energieverbrauch/-erzeugung und -einsparungspotential Energieeinsparung bei bereits sehr niedrigem Energieverbrauch Energieeinsparung aufgrund höherem Zulaufpumpenwirkungsgrad Energiekostensenkung durch Anschaffung eines BHKWs Seite 8

5 Entsorgungskostenanteil und Kosten je Art der Entsorgung Anzahl Median der Kosten Entsorger Euro/t Landwirtschaft nass 2 49 Euro/t Landwirtschaft Euro/t Kompostierung Euro/t Landschaftsbau 2 24 Euro/t Deponie 2 72 Euro/t Verbrennung 9 62 Euro/t Alle Euro/t Energie 17% Reststoffe 13% Material- & Stoffkosten 11% Personal 42% Sonstige 6% Leistungen Dritter 10% Seite 9 Praxisbeispiel 1: Änderung des Klärschlamm-Entsorgungsweges Material- u. Stoffkosten theoretisch Material- u. Stoffkosten Energiekosten theoretisch Energiekosten Reststoffkosten theoretisch Reststoffkosten jährliche Kostenreduktion von rund Euro Seite 10

6 Material- und Stoffkosten und anteilige Fällmittelkosten Energie 17% Material- & Stoffkosten 11% Kondi.-Mittel, Chemikalien, andere Material & Stoffkosten 7% davon 4,5 % Konditionierungsmittel für MÜSE und Schlammentwässerung und 2,5 % für Hilfsprozess I Fällmittel 4% Reststoffe 13% Personal 42% Sonstige 7% Leistungen Dritter 10% Fällmittel Material- und Anteil Fällmittelkosten kosten Stoffkosten an Mat.&Stoffkosten Euro/EW-CSB110 Anzahl Alle 0,67 2,08 35% 80 < EW-Ausbau 0,64 2,98 40% EW-Ausbau 0,80 2,23 33% EW-Ausbau 0,74 2,08 36% 44 > EW-Ausbau 0,54 1,81 28% 18 Seite 11 Praxisbeispiel 2: Fällmittelkostenverhandlungen Im Extremfall betrugen bei einer Anlage die Material- und Stoffkosten 26 % der Betriebskosten (Fällmittelkosten betrugen 14 % der Gesamtbetriebskosten. Aufgrund der Ergebnisse des Benchmark-Vergleiches wurde ein etwas anderes Produkt zu deutlich niedrigeren Preisen ausverhandelt Fällmittelkosten nunmehr 5 % der Betriebskosten Reststoffkosten 15% Sonstige Kosten 10% Chemikalien, Kondi.-Mittel 12% Fällmittel 14% 16% 10% 9% 5% Energiekosten 12% Leistungen Dritter 3% Personalkosten 34% 13% 5% 42% Seite 12

7 Reduktion der Fällmittelkosten Material- u. Stoffkosten theoretisch Material- u. Stoffkosten Energiekosten theoretisch Energiekosten Reststoffkosten theoretisch Reststoffkosten Aufgrund von Fällmittelumstellung und Preisverhandlungen Kostenreduktion von rund Euro im zweiten und rund Euro im dritten Teilnahmejahr verglichen zur theoretischen Kostenentwicklung Seite 13 Energiekostenanteil und Einflussfaktoren Energieverbrauch Bezugspreis je kwh Eigenstromabdeckung Energie 17% Material- & Stoffkosten 11% Reststoffe 13% Personal 42% Sonstige 7% Leistungen Dritter 10% Seite 14

8 Spez. Energieverbrauch österreichischer Kläranlagen [kwh/ew/a] 60,0 50,0 spez. Energieverbrauch ARAs mit Faulung spez. Energieverbrauch ARAs mit aerober Stabilisierung 40,0 30,0 20,0 38 kwh/ew/a = 4,4 W/PE 29 kwh/ew/a = 3,3 W/PE Vertrauensbereiche 10,0 0, Datenbasis: 47 Kläranlagen der vergangenen 4 Benchmarkjahre (Mittelwerte bei jenen Anlagen die mehrere Jahre teilgenommen hatten) Seite 15 Berechnung des energetischen Einsparungspotentiales Abweichung vom Median (zumindest aber vom Vertrauensbereich) * EW-CSB110 * Bezugspreis Beispiel: Anlage mit EW-CSB110 Energieverbrauch 35 kwh/ew/a Bezugskosten: 0,1 Euro/kWh EW-CSB110*5 kwh/ew/a*0,1euro/kwh Einsparungspotential = Euro/a Energieoptimierung darf niemals zu Lasten der Qualität der Abwasserreinigung gehen Vor allem bei aerob stabilisierenden Anlagen darf nicht darauf vergessen werden, dass auch die Schlammstabilisierung Ziel sein kann Seite 16

9 Praxisbeispiel 3: Energieeffizienz durch neues Regelungskonzept Notwendigkeit der Erneuerung der Gebläsestationen Beim Benchmarking-Forschungsprojekt und Forschungsprojekt Energieoptimierung von Kläranlagen wurde hoher Energieverbrauch festgestellt Abwasserverband Amstetten nahm dies zum Anlass, nicht nur die Gebläse zu erneuern, sondern das gesamte MSR-Konzept der Sauerstoffzufuhr überarbeiten zu lassen. Seite 17 Änderungen, Investitionen und deren Kosten Erneuerung von 13 Drehkolbengebläsen (32 kw) inklusive Gebläsehaus über den Belebungsbecken acht Sauerstoffsonden zwei BHKWs Verfahrenstechnische Änderungen Außerbetriebnahme der direkt gekoppelten Gasmotoren Außerbetriebnahme der vier Rezirkulationspumpen Ausstattung der Stufe C mit verstopfungsfreien Belüftern und Rührwerken Ausbaukapazität von auf EW-Ausbau angehoben Die Kosten der beschriebenen Maßnahmen betrugen insgesamt 1,5 Mio. Euro. bei 20 jährigen Lebensdauer Euro jährliche Abschreibung Seite 18

10 Energieverbrauch und Zukauf in den Jahren 1999, 2003 bis Kläranlage kwh/d Biologie kwh/d el. Energieäquivalent Gasmotor kwh/d BHKW kwh/d Energieverbrauch 1) kwh/d erforderlicher Zukauf 2) kwh/d EW-CSB Energieverbrauch/EW kwh/ew/a erforderlicher Zukauf/EW kwh/ew/a Reduktion um 16 kwh/ew/a * EW-CSB110 = kwh/a * 0,1 Euro/kWh ~ Euro/a Seite 19 Praxisbeispiel 4: Verringerung des Energieverbrauches Verringerung des Energieverbrauches durch diverse Einsparungsmaßnahmen trotz steigender Belastung Energieverbrauch [kwh/d] EW-CSB spez. Energieverbrauch [kwh/ew-csb110/a] Verringerung des spez. Energieverbrauches um 3 kwh/ew-csb110/a entspricht bei Einwohnerwerten und 10 Cent je kwh einem Gesamtbetrag von Euro/Jahr. Seite 20

11 Praxisbeispiel 5: Steigerung des Zulaufpumpenwirkungsgrades Abweichung des Wirkungsgrades der Zulaufpumpwerkes im Vergleich zur Prozess-Benchmark. Ursache: Saugseite strömungstechnische Probleme der Zulaufpumpen Ziel el Arbeit PW kwh/a el Arbeit PW kwh/m3 0,0398 0,0369 0,0322 0,0288 Wirkungsgrad % Einsparung kwh/m3 0,0029 0,0076 0,0110 Einsparung kwh/a Einsparung /a Maßnahmen: Betonausschnitt (rund Euro) und Erneuerung einer von drei alten Pumpen ( Euro) Seite 21 Praxisbeispiel 6: Faulgasnutzung mittels BHKW Anlage mit EW-CSB110 ohne BHKW-Faulgasnutzung und hohem Faulgasanfall von 25 Liter/EW/d 450m³ Faulgas je Tag Faulgas mit 33 % CO 2 -Gehalt Energieinhalt = kwh/d El. Wirkungsgrad BHKW ~ 25% el. Energie = 750 kwh/d Bezugskosten von ~ 0,1 /kwh Jahresersparnis ~ Euro Kosten BHKW Investitionskosten (ohne Förderung) bei einer Nutzungsdauer von 10 Jahren = Euro Jahresabschreibung Betriebskosten BHKW pro Jahr ~ Euro Jahreskosten ~ Euro (ohne Förderung und Finanzierungsbedarf) Datensicherheit ist wesentliche Voraussetzung für die Schaffung einer soliden Entscheidungsgrundlage. Beträgt beispielsweise der Faulgasanfall aufgrund eines Messfehlers nicht 25 sondern 22 Liter/EW/d sinkt die Jahresersparnis auf Euro Seite 22

12 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontaktadresse Ingenieurbüro kaltesklareswasser A-1020 Wien Obere Augartenstr. 18A/5/1 Tel.: Fax: Mobil: E lindtner@k2w.at Seite 23