VOM KLÄRWERK ZUM KRAFTWERK DAS HYBRIDKRAFTWERK BOTTROP 21. FEBRUAR 2018, DR. TORSTEN FREHMANN

Transkript

1 VOM KLÄRWERK ZUM KRAFTWERK DAS HYBRIDKRAFTWERK BOTTROP 21. FEBRUAR 2018, DR. TORSTEN FREHMANN

2 ENERGIEPOTENZIALE DER WASSERWIRTSCHAFT Kläranlagen machen mit 20% des Energiebedarfs einer Kommunen den größten Einzelposten aus haben einen jährlichen Energiebedarf von ca GWh* produzieren heute schon jährlich ca GWh* Potential für weitere Optimierungsmaßnahmen und verstärkte Eigenenergieproduktion vorhanden! *Quelle: DWA, 2011

3 ANLAGENBESTAND VON EG/LV Ressourcenverbrauch beeinflusst Unternehmenserfolg 59 Kläranlagen 352 Pumpwerke 850 Mio. m³/a Abwasser 158 GWh/a 13,8 Mio. /a 637 Mio. m³/a Wasser 54 GWh/a 10,8 Mio. /a

4 EMSCHER-UMBAU Der zentrale Abwasserkanal - AKE Dortmund-Deusen Bottrop Emschermündung Abwasserkanal Emscher Alte Emscher Pumpwerk Gelsenkirchen Pumpwerk Bottrop Pumpwerk Oberhausen

5 DREI NEUE PUMPWERK FÜR DEN AKE Inbetriebnahme GWh/a + 14 Mio. /a

6 GWh/a ENERGIE- UND RESSOURCENMANAGEMENT Eigenenergieerzeugung und Verbrauch der Kläranlagen 200 Eigenstromanteil - EGLV inkl. Dampfturbine Bot (netto) Stromverbrauch - KLA+SEW EGLV, inkl. ZSB ,9 % ,7 % Entwicklung des Energieverbrauchs der Kläranlagen mit Schlammentwässerungen von EGLV inkl. ZSB (Quelle Benchmarking intern)

7 UNSER EINZUGSGEBIET Wasserlauf Entwässerungspumpwerk Kläranlage Coesfeld VERBANDSGEBIET Pumpwerke Dülmen Borken Dorsten Haltern Lüdinghausen Drensteinfurt Ahlen Wesel Dinslaken Bottrop Marl Herten Datteln Bergkamen Recklinghausen Gelsenkirchen Oberhausen Castrop- Rauxel Waltrop Lünen Dortmund Werne Kamen Unna Hamm Bönen Werl Lippborg Soest LIPPE Duisburg Essen RHEIN GENOSSENSCHAFTSGEBIET Bochum Witten Holzwickede Gebiet (km²) Einwohner (Mio.) Einwohner/ km² Lippeverband ,4 427 Emschergenossenschaft 865 2,

8 ANLAGENBESTAND Wasserläufe 738 km Abwasserkanäle km Pumpwerke 352 Polderflächen 842 km² Kläranlagen 59 Ausbaugröße 7,27 Mio. EW Abwasserentsorgung 0,85 Mrd. m 3 /a Regenwasserbehandlung - Anlagen Volumen 1,16 Mio. m 3 Hochwasserschutz - Rückhaltevolumen 5,0 Mio. m 3 - Deiche 193 km Stand 2016

9 STROMWIRTSCHAFT BEI EG/LV Kennzahlen Stromverbrauch von EG/LV ca. 220 Mio. kwh/a Eigenstromanteil ca. 80 Mio. kwh/a Strombezug ca. 140 Mio. kwh/a Kosten ca. 25 Mio. ca. 600 Abnahmestellen, dezentral über ca km² Stromeinkauf auf Basis von EEX-Börsenkursen Weiterer Bedarf von bis zu 70 Mio. kwh/a durch den Emscher-Umbau prognostiziert

10 STRATEGISCHER ANSATZ Das-Drei-Säulen-Modell Methodischer Ansatz für Einsparungen im Bereich Energie Optimierung Strombeschaffung Reduzierung Energieverbrauch Steigerung Eigenenergieerzeugung erschienen Verschiedenste Analysetools EMS Berichte - Benchmarking am Vernetzung Smart energy Eine Energieeinheit, die eingespart werden kann, muss nicht erzeugt, gespeichert und transportiert werden EFFICIENCY FIRST

11 GRÖßTE ENERGIEVERBRAUCHER Vergleich Pumpwerke und Kläranlagen Anlagenbestand EG/LV Gesamtenergieverbrauch % Kläranlagen Pumpwerke 77% Kläranlagen Pumpwerke Die Kläranlage von EG/LV verbrauchen etwas ¾ der Gesamtenergie

12 ENERGIEMANAGEMENT Wichtigstes Instrument zur Ermittlung der Energiepotentiale 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

13 WEG ZUM OPTIMIERTEN ENERGIEEINSATZ DWA-Arbeitsblatts A 216 Energiecheck und Energieanalyse Instrumente zur Energieoptimierung von Abwasseranlagen Geltungsbereich: Abwasserbeseitigung, d.h. Behandlung und Ableitung Quelle: Bayerische Amt für Wasserwirtschaft, Energie aus Abwasser -Ein Leitfaden für Kommunen

14 STRATEGISCHER 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

15 STROMPREISSTEIGERUNGEN Preise sind immer weiter gestiegen

16 STROMPREISSTEIGERUNGEN Preise sind immer weiter gestiegen Lösungsoption: Strom selbst erzeugen! Eigenstrom steigern! Eigenstrom subsituiert Fremdbezug!

17 KLÄRANLAGE BOTTROP 17

18 KLÄRANLAGE BOTTROP eine der größten Kläranlagen Deutschlands Bauzeit Baukosten: ca. 230 Mio. Einzugsgebiet: 240 km² 1,34 Mio. Einwohnerwerte Abwasserbehandlung rund 4 Mio. Einwohnerwerte Schlammbehandlung Stromverbrauch einer Einwohner-Stadt 18

19 AUF DEM WEG ZUM HYBRID-KRAFTWERK Klärgas Gasspeicher Klärschlammkraftwerk Dampfturbine BHKW Photovoltaik Thermo-solare Klärschlammtrocknung Wasserkraft

20 RE-POWERING DER BHKW-MODULE Wirkungsgrade steigen - Instandhaltungsaufwand sinkt BHKW 4x kw Investitionssumme 4,2 Mio. Wirkungsgrad 43 % Inbetriebnahme 07/ JAHRE AMORTISATIONSZEIT

21 REGENERATIVE ENERGIE Windrad seit April 2016 im Regelbetrieb Leistung Turmhöhe Rotordurchmesser Erwartete Jahresleistung Im ersten Jahr produzierte Strommenge 3 MW 100 m 120 m MWh/a MWh

22 PHOTOVOLTAIK-ANLAGE Erfahrungsschatz wächst mit weiteren erneuerbaren Energien Module 166 Leistung 41,5 kwp Investition Bauzeit 06 08/2016 Erwartete Stromproduktion kwh/a

23 WASSERKRAFTNUTZUNG Am Ablauf der Kläranlage Genehmigungsantrag in Vorbereitung

24 ERNEUERUNG DER DAMPFTURBINE Genehmigungsantrag 08/2016 Vergabe 06/2017 Inbetriebnahme (ursprünglich) 04/2018 Investitionen 13,8 Mio. SO WAR DER PLAN ALTANLAGE NEUANLAGE Baujahr Elektrische Leistung 3,2 MW 4,1 MW Leistungssteigerung + 28 %

25 ERNEUERUNG DER DAMPFTURBINE ODER: GAS GEBEN Zu Planungsbeginn waren Leistungssteigerungen um max. 30 % nach EEG 2014 möglich, ohne EEG Abgabe zu zahlen Veränderung mit dem EEG 2017 ( 61 d): Erweiterungen um 30% max. bis ohne EEG-Abgabe möglich, Inbetriebnahme ab Modernisierungen 40 % (20% bei gleicher Leistung) der EEG-Abgabe DT ist keine Erneuerbaren Energie-Anlage, daher 100% EEG Abgabe fällig bei Inbetriebnahme ab ALTANLAGE REPOWERING Baujahr Elektrische Leistung 3,2 MW 4,1 MW Generatorleistung 3,67 MW Leistungssteigerung + 28 % Lösung: keine Leistungssteigerung, sondern Modernisierung auf den Maximalwert der vorhandenen DT von 3,67 MW EEG Kosten (100 % EEG-Abgabe) bei geplanter Leistungssteigerung: /a EEG Kosten /a bei reduzierter Leistung plus /a für Stromzukauf

26 INBETRIEBNAHME SCHON IN 2017 EEG-Änderung belastet Neuanlagen ab 2018 mit +7 ct/kwh 1,7 Mio. /a Beschleunigungskosten von 2,6 Mio. amortisieren sich bereits nach 1½ Jahren

27 THERMO-SOLARE KLÄRSCHLAMMTROCKNUNG In Planung Nutzung von Wärmeüberschuss aus der Klärschlammverbrennung Trocknungsfläche m² EINSPARUNG T KOHLE MINDERUNG DER CO2-EMISSIONEN UM RUND T/A

28 DAS HYBRIDKRAFTWERK Perspektiv-Szenario CO-Vergärung Gas Schlamm Abwärme Strom Bottrop Gasspeicher BHKW H 2 Elektrolyse Windenergieanlage/PV Alte Emscher Kohlekonditionierung Abwasserreinigung Strombezug KLEM PW Emscher Schlammentwässerung Solartrocknung Klärschlammkraftwerk Wasserkraft

29 ENTWICKLUNG ZUM HYBRID-KRAFTWERK Ziel: Die ersten Kläranlage in Deutschland zu sein, die Strom aus 5 erneuerbaren Energieträgern nutzt!

30 HYBRID-KRAFTWERK Energieerzeuger IST 2014 Zukünftig Fertigstellung BHKW 14 Mio. kwh 18 Mio. kwh Mitte 2016 Dampfturbine 13 Mio. kwh 20 Mio. kwh Ende 2017 Windkraft - 4,5 Mio. kwh Anfang 2016 Wasserkraft - 0,4 Mio. kwh Anfang 2018 Photovoltaik - 0,03 Mio. kwh Ende 2016 Summe 27 Mio. kwh 42,93 Mio. kwh Kläranlage ist (spätestens) ab Mitte 2018 bilanziell Energieautark! 30

31 10-MW SCHALLMAUER DURCHBROCHEN!

32 KLÄRANLAGEN ALS BINDEGLIED ZUM STROMMARKT ÜBERTRAGUNGSNETZ-BETREIBER (ÜNB) gleichen Schwankungen im Übertragungsnetz aus passen die Kraftwerksleistung permanent an DREI REGELENERGIEARTEN Primärregelleistung Sekundärregelleistung Minutenreserve haben unterschiedliche Aktivierungs- und Änderungsgeschwindigkeiten, bieten unterschiedliche Vergütungssätze

33 KLÄRANLAGE ALS BINDEGLIED ZUM STROMMARKT Teilnahme am Regeleistungsmarkt möglich? MINDESTANGEBOTSGRÖßE > 5 MW LEISTUNG BEI EINZELNEN KLÄRANLAGEN NICHT REALISIERBAR

34 KLÄRANLAGE ALS BINDEGLIED ZUM STROMMARKT Teilnahme am Regeleistungsmarkt möglich? MINDESTANGEBOTSGRÖßE: 5 MW LEISTUNG BÜNDELUNG VON VERSCHIEDENEN ANLAGEN

35 VIRTUELLES KRAFTWERK BOTTROP Zielgerichtetes Zusammenwirken Technischer Einheiten (Erzeuger, Verbraucher oder Speicher) zu einem bestimmten Zweck Zweck ist zumeist die wirtschaftliche Optimierung von Einzel- oder Gesamtportfolios Technische Fähigkeiten = Basis Geschäftsmodell = Zweck VIRTUELLE KRAFTWERKE SIND GESCHÄFTSMODELLE FÜR DAS ZUSAMMEN- WIRKEN TECHNISCHER EINHEITEN ZUR GEMEINSAMEN NUTZUNG VON MARKTCHANCEN, DIE IN EINER STEUERUNGSLOGIK ABGEBILDET WERDEN.

36 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Kläranlagen sind in der Zukunft nicht nur ein großer Energieverbraucher, sondern werden auch (flächendeckend weitere) deutliche Eigeneenergieerzeugungspotentiale heben können Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Maßnahmen zur Steigerung der Eigenenergieerzeugung sind durch steuerliche Veränderungen im EEG 2017 häufig fraglich Geschwindigkeit unserer Planungs- und Genehmigungs- bzw. Erneuerungsprozesse passt nicht zur Fortschreibungsgeschwindigkeit der steuerrechtlichen Veränderungen Empfehlung: Unbedingt intensive steuerrechtliche Prüfung vornehmen Kläranlagen können einen wichtigen Beitrag im europäischen Strommarkt leisten Eine Energie-positive Kläranlage ist keine Utopie Energie wird auch zukünftig ein (spannendes) Thema bleiben

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit VOM KLÄRWERK ZUM KRAFTWERK DAS HYBRIDKRAFTWERK BOTTROP DR. TORSTEN FREHMANN 21. FEBRUAR 2018