Heizen und Kühlen mit Abwasser 12./13. November AbwasserEnergieNutzung (AEN) aus Sicht der Kanal- und Kläranlagenbetreiber

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1 Heizen und Kühlen mit Abwasser 12./13. November 2013 AbwasserEnergieNutzung (AEN) aus Sicht der Kanal- und Kläranlagenbetreiber Michael Kasper

2 Heizen und Kühlen mit Abwasser 12./13. November 2013 Michael Kasper, Betriebsleiter ARA Kloten Opfikon ARA Niederglatt

3 Inhalt Abwasserenergienutzung aus gereinigtem Abwasser nach der ARA Abwasserenergienutzung aus rohem Abwasser vor der ARA Neue SIA Norm 190 (Kanalisation)

4 Drei Lösungsansätze Quelle: E.A. Müller 2005 Gewinnung im Gebäude inhouse Rohabwasser für Brauchwassererwärmung Leistung bis 100 kw 10 m3/d Abwasseranfall ca. 30 Wohneinheiten Gewinnung aus Kanal / Bypass Rohabwasser kontinuierliches Angebot Leistung bis 1000 kw Min. Abwasseranfall 10 l/s ca angeschlossene Einwohner Gewinnung nach Kläranlage gereinigtes Abwasser grosses Potenzial Leistung bis 20 MW Kalte- oder warme Fernwärme

5 Abwasserenergienutzung nach der ARA

6 Abwasserenergienutzung nach der ARA Vorteile Gesamte Abwassermenge steht zur Verfügung grosses Potential Abwassertemperatur während des Jahres zw C Keine Auswirkungen auf ARA-Betrieb «Sauberes» Abwasser einfacheres Handling / Unterhalt Nachteile Distanz zum Verbraucher Wirtschaftlichkeit Auswirkung auf Vorfluter bei Wärmeeintrag (Sommer)

7 Abwasserenergienutzung nach der ARA Kalte oder warme Fernwärme Kalte Fernwärme Der Kunde wird mit "Kaltwasser" versorgt und er erzeugt mit Wärmetauscher / Wärmepumpe vor Ort die Temperatur, die er gerade braucht Die Verluste sind minimal und die Wärmepumpen haben hohe Arbeitszahlen Warme Fernwärme Wärme wird auf der ARA in einer Energiezentrale bereitgestellt und das warme Wasser in isolierten Leitungen zum Nutzer gepumpt

8 Abwasserenergienutzung nach der ARA Kalte Fernwärme: Bsp. ARA Bülach Vorteile: Praktisch keine Fernleitungsverluste Günstiger Leitungsbau

9 Abwasserenergienutzung nach der ARA Kalte Fernwärme: Bsp. Wärmeverbund Adliswil Vorteile: Praktisch keine Fernleitungsverluste Günstiger Leitungsbau

10 Abwasserenergienutzung nach der ARA Warme Fernwärme: Bsp. Energieverbund Schlieren Quelle: Elektrizitätswerke Zürich EWZ

11 Abwasserenergienutzung nach der ARA Einfluss auf den ARA-Betrieb und das Gewässer Quelle: AWEL, Leitfaden 2010

12 Energiezentrale bei warmer Fernwärme: Selber betreiben oder Energie-Contracting Energie-Contracting Contractor übernimmt Kapitalkosten, betreibt und unterhält die Anlage (verschiedene Finanzierungsmodelle) Finanzielles und technisches Risiko beim Contractor ARA stellt Platz und das gereinigte Abwasser zur Verfügung Beteiligung der ARA an den abgegebenen kwh? Eher symbolischer Charakter. Gefährdung der Wirtschaftlichkeit

13 Energiezentrale: Selber betreiben oder Energie-Contracting Selber betreiben Keine Kernkompetenz des ARA Betreibers Evtl. Unterstützung bei Pikettdienst

14 Rechtliche Rahmenbedingungen Wärmeenergie im ARA-Ablauf gehört dem ARA-Inhaber Zustimmung des ARA-Inhabers (Gemeinde, Zweckverband) Gemäss GSchG darf sich die Temperatur im Fliessgewässer um max. 3 C verändern, in Forellengewässer um max. 1.5 C Nach Durchmischung darf die Wassertemperatur 25 C nicht übersteigen auf welcher Länge des Fliessgewässers? Fazit Bewilligung durch Behörde erforderlich Nutzungsvereinbarung zwischen ARA-Inhaber und AE-Nutzer (z.b. kein Anrecht auf garantierte Abwassermenge) Vorlagen in Leitfaden

15 Abwasserenergienutzung vor der ARA

16 Abwasserenergienutzung vor der ARA Voraussetzungen Seitens Kanalisation Min. Abflussmenge im Kanal von 10 l/s Distanz zum Nutzer (Wirtschaftlichkeit) Leitungsdurchmesser ab DN 800 mm bei Einbau von WT im Kanal (Arbeitssicherheit SUVA) Seitens ARA ARA mit genügender Kapazität bzgl. Reinigungsleistung (N/DN) Vorfluter mit einem grossen Verhältnis von Abfluss Gewässer / Abwassermenge

17 00:00 00:42 01:24 02:06 02:48 03:30 04:12 04:54 05:36 06:18 07:00 07:42 08:24 09:06 09:48 10:30 11:12 11:54 12:36 13:18 14:00 14:42 15:24 16:06 16:48 17:30 18:12 18:54 19:36 20:18 21:00 21:42 22:24 23:06 23:48 Abwassermenge [l/s] Abwasserenergienutzung vor der ARA Quelle: AKO Mittelwerte Typische Abfluss-Tagesganglinie (l/s) bei Trockenwetter, gemessen im Zulauf ARA Kloten Opfikon ( EW)

18 Temperatur [ C] Abwasserenergienutzung vor der ARA Heizperiode Abwasser-Temp. [ C] Aussen-Temp. [ C] Tage Quelle: AKO Mittelwerte Abwassertemperatur in CH zw C

19 Abwasserenergienutzung vor der ARA Mono- oder bivalente Wärmepumpe Monovalent Wärmepumpe (WP) für vollständige Wärmeversorgung Auslegung auf Extremfälle (wenig Abwasser, geringe Temperatur) Ca mal grösser als bivalente Anlagen Bivalent Kombination WP mit konv. Gas- oder Ölkessel Wirtschaftlichkeit, Sicherheit (Redundanz) WP deckt ca. 30% des Wärmeleistungsbedarfes ab Im Jahresmittel Gesamtabdeckung von ca. 70%

20 Abwasserenergienutzung vor der ARA Mono- oder bivalente Wärmepumpe

21 Negative Auswirkungen der AEN auf die ARA Bei Wärmeentnahme Reduktion der Reinigungsleistung in der biologischen Reinigungsstufe Nitrifikationsleistung nimmt bei tieferen Abwassertemperaturen ab. Erhöhung der Belebtschlammkonzentration (grössere Gebläseleistung, RLS-Pumpen, evtl. unwirtschaftlicher Betriebspunkt höhere Betriebskosten) oder Vergrösserung des aeroben Beckenvolumens Reduktion der Stickstoffelimination Reservekapazität wird schneller aufgebraucht evtl. frühzeitiger Ausbau ARA erforderlich Bivalentes System ist zu bevorzugen da T am geringsten

22 Negative Auswirkungen der AEN auf die ARA

23 Berechnung der zulässigen Temperaturabsenkung im ARA-Zulauf NH4-N Grenzwert Ablauf (90%-Wert) Quelle: AWEL, Leitfaden 2010 Reserve wird aufgebraucht frühzeitiger Ausbau Biologie

24 Berechnung der zulässigen Temperaturabsenkung im ARA-Zulauf (85%-Wert Q TW ) Quelle: AWEL, Leitfaden 2010

25 Negative Auswirkungen der AEN auf die ARA Bei Wärmeeintrag (Kühlung im Sommer) Im Sommer Ferienzeit weniger Leute weniger Abwasser Länger Aufenthaltszeit im VKB anaerobe Zustände Vorversäuerung Schlamm Probleme im Faulturm kleinere Gasproduktion geringere Stromproduktion Je höher die Abwasser-Temperatur in der Biologie schlechter O2-Eintrag Gebläse laufen unwirtschaftlich höhere Energiekosten

26 Rechtliche Rahmenbedingungen Wärmeenergie in der öffentlichen Kanalisation gehört dem Kanalisations-Inhaber Zustimmung des Kanalisations-Inhabers Falls Kanalisations- und ARA-Inhaber nicht identisch, zusätzliche Zustimmung ARA-Inhaber Gemäss GSchG darf nur Abwasser mit max. 60 C in die Kanalisation eingeleitet werden. Die Abwassertemperatur im Zulauf zur ARA darf nicht unter 10 C sinken. Bei Entfernung von Ablagerungen auf den Wärmetauschern dürfen keine toxische Stoffe ins Abwasser gelangen (z.b. Kupfer Hemmung der Biologie)

27 Rechtliche Rahmenbedingungen Fazit Es ist eine gewässerschutzrechtliche Bewilligung durch die Behörde erforderlich bei einer theoretischen Temperaturänderung im Gewässer von >0.1 C (Bagatellgrenze) Nutzungsvereinbarung zwischen Kanalisations- / ARA-Inhaber und AE-Nutzer Vorlage in Leitfaden Etappenweise Freigabe von Nutzungskontigenten (max. Entzugsleistung oder Eintragsleistung in kw) Recht der ARA auf Abschaltung der AEN-Anlage bei Betriebsproblemen auf der ARA Kostet die kwh etwas?

28 Wertvolle Hilfsmittel für Sie Kantonaler Leitfaden für Planer, Behörde, ARA- Inhaber und -Betreiber Bezug: Für Bauherr, Gemeinde und Planer: Ratgeber Heizen und Kühlen mit Abwasser Bezug: Für Kläranlagen- /Kanalbetreiber: Leitfaden Energie in ARA 2008/10 Bezug: (kostenpflichtig)

29 Umsetzung SIA-Norm 190 (Kanalisation) Alte Norm wird überarbeitet und ist zurzeit in der Vernehmlassung In der neuen Norm wird die Möglichkeiten der Abwasserwärmenutzung aufgezeigt

30 Zusammenfassung Potential der AEN ist gross. Kontinuierliches Angebot. Zuverlässige und erprobte Technologie AEN aus dem Ablauf ARA unproblematisch für ARA-Betrieb Wärmeentnahme positiv für Gewässer Wärmeeintrag eher negativ für Gewässer AEN aus dem Abwasserkanal hat eher negative Auswirkungen auf ARA-Betrieb (bei grossem T) Ökologischer Effekt der AEN darf nicht auf Kosten der Abwasserreinigung stattfinden die Gebührenzahler dürfen nicht einzelne AEN-Projekte querfinanzieren Bivalente Systeme sind den monovalenten Systeme klar vorzuziehen da T deutlich kleiner

31 Zusammenfassung AEN-Projekte erfordern immer eine Machbarkeitsstudie durch qualifizierte Planer (Subventionen z.b. InfraWatt) AEN-Projekte sind immer ein Gemeinschaftswerk zw. Inhaber der AE, AE-Nutzer, Planer und Behörde Erstellung einer Nutzungsvereinbarung zwischen Inhaber der AE und AE-Nutzer (Pflichten und Rechte beider Parteien)

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