Rahmenbedingungen von Netzersatzanlagen in Abwassersystemen

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1 Rahmenbedingungen von Netzersatzanlagen in Abwassersystemen Dr. Peter Baumann / Ulrich Mößinger VDI VDE DWA , Fulda 1

2 Einleitung Netzersatzanlagen Kläranlagen Pumpwerke im Netz Regenwasserbehandlung Wasserrechtliche Anforderungen Selten Betreiberaufgabe (in Verbindung mit Ing-Büro) Konzepte zum Netzersatzbetrieb Fragestellungen beantworten Lösungen aufzeigen 2

3 Status (1) Untersuchung der Universität Stuttgart für UM BaWÜ Fragebogenaktion als Basis (2006/2007) Stand der NEA in Baden-Württemberg Ca. 320 Anlagen Strukturierung nach Größenklassen (1 5), GK 4 ( ) BHKW-Ausstattung Notfallpläne Erfahrungen mit Stromausfall Szenarien für eine großflächigen Stromausfall und die Auswirkungen auf das Gewässer Längerfristige, großräumige Ausfälle 3

4 Status (2) 4

5 Status (3) 5

6 Status (4) Untersuchung der Universität Stuttgart für UM BaWÜ Szenarien für eine großflächigen Stromausfall und die Auswirkungen auf das Gewässer Annahmen: BHKW ohne Inselbetrieb sind einen Tag lauffähig BHKW mit Inselbetrieb sind drei Tage lauffähig Ergebnis Erhöhung der Ablauffrachten: 1.Tag 6,5-fache CSB-Fracht 2. Tag 11-fache CSB-Fracht 3. Tag 11-fache CSB-Fracht 4. Tag 15-fache CSB-Fracht In der Summe nach 4 Tagen: ca. 11-fache CSB-Fracht emittiert ( kg CSB/4 d kg CSB/4 d) 6

7 Notwendigkeit (1) Aufgabe des Betreibers Behördliche Forderungen sind eher selten Nachrüstung / Neubau Klärung der Notwendigkeit im Zuge einer Studie Szenarien (Länge des Stromausfalles) Zeitkritisch Pumpwerke zur Förderung des Abwassers Betrieb der Rechenanlage ohne (ausreichenden) Notumlauf Längere Stromausfall Schlammakkumulation / Feststoffabtrieb aus der Nachklärung Einbußen beim CSB-Abbau und Nitrifikation durch fehlende Belüftung Analyse des Gefährdungspotenzials 7

8 Notwendigkeit (2) Versorgungssicherheit Netzstruktur des Versorgers Entfernungen Umspannwerk / Besiedlungsdichte / Netzausbau Mehrseitige Einspeisung hat bei großräumigen Ausfällen keine Bedeutung Hilfreich: eigene historische Aufzeichnungen (aus Bestand) Zukünftige Versorgungssicherheit spekulativer Charakter 8

9 Randbedingungen Wichtige Randbedingungen Mischsystem Speicherung von Abwasser in Regenbecken (bei Trockenwetter) als Alternative für kurzfristige Netzausfälle Trennsystem Höher konzentriertes Abwasser, oft ohne Speichermöglichkeit Hydraulische und stoffliche Situation im Gewässer (Verdünnung) Hydraulische Situation im Rechenbereich Bestand einer Vorklärung Entlastung nach der Vorklärung als Alternative (mechanische Reinigung) Freispiegel- oder Druckleitungen bei den Recycleströmen Verzicht auf weitergehende Reinigungsstufen (Filter) möglich? Leidensdruck in der Schlammbehandlung? (Faulung) 9

10 Strombedarf (1) Fragestellungen Durchsatz von Q M? Welche Aggregate sind zwingend zu versorgen abhängig von der Ausfallzeit Kritische Aggregate Alle Pumpwerke im Hauptstrom.Objektschutz der Gebäude (Drainagewasserpumpen..) Notbeleuchtung der Anlage (Warte)... Rechenguträumung mit Peripherie... Teil der Sauerstoffzufuhr Teilfördermengen Rücklaufschlamm aus der Nachklärung Teilbetrieb von Rührwerken Räumerbetrieb der Nachklärung Heizung von Faulungsanlagen 10

11 Strombedarf (2) Untersuchungszeit des Netzausfalles Bis 3 h bis 48 h länger bis zu einer Woche Szenarien Zeit des Ausfalles Benötigte Verfahrenstechnik zum Zeitpunkt x Erforderliche Strombedarf zum Zeitpunkt x Worst - case-szenarien Hochwasserfall Niedrigwasser im Vorfluter 11

12 Alternativen Alternativen Dieselaggregat Mobile Netzersatzaggregate (Beistellung durch Betrieb / Dritte) BHKW im Netzersatzbetrieb Zeitlich begrenzt durch Klärgasvorrat Anbindung an anderen Energieträger (Erdgas) Kombination der vorgenannten Lösungen Notfallvertrag mit EVS über Ersatzstromversorgung Untersuchungen unter lokalen Bedingungen Unter Beachtung der Details Erfahrungen der Vergangenheit 12

13 Realisierung Fragestellungen Verteilung des Ersatzstromes auf die Verbraucher Ggf. schwierig im Bestand umzusetzen Unterbinden des normalen Stromverbrauches (über PLS ) Hinweise im DWA-M Zentrale Anordnung von Vorteil Externe Einspeisung BHKW Dieselaggregate Automatisierung Automatisierung des Netzersatzbedarfes dringend empfohlen fehlt: oft Fachpersonal vor Ort Stresssituation 13

14 Energiemanagement Netzersatzanlagen Investitionskosten Nutzung als reinen Netzersatz Nutzung im Zuge eines Energiemanagements Stromliefervertrag Minderung Spitzenstrombezug aus dem Netz Beachte: Auswirkungen auf geänderte Anforderungen auf die Emissionsgrenzwerte nach TA Luft / Genehmigung BImschG ( nachfolgenden Beitrag) Individuelle Kosten-Nutzen-Analyse Elektrotechnische Randbedingungen Finanzmathematische Randbedingungen Jahreskosten Nutzwertanalyse 14

15 Beispiel (1) Kläranlage mit E Neubau als SBR Zulauf im Freispiegel (17 l/s) und Druckleitung (113 l/s) Zwischenhebewerk nach Vorspeicher zum SBR 15

16 Beispiel (2) Kläranlage mit E Neubau als SBR Zulauf im Freispiegel (17 l/s) und Druckleitung (113 l/s) Zwischenhebewerk nach Vorspeicher zum SBR Freispiegel Druckleitung 16

17 Beispiel (3) Kläranlage mit E Bestandsanalyse Verzweigtes Netz, viele Umschaltmöglichkeiten, zweiseitige Einspeisung über 20 KV-Netz, in den letzten 10 Jahren nur ein nennenswerter Stromausfall von einer Stunde 17

18 Beispiel (4) Kläranlage mit E Bestandsanalyse Aktuelles Konzept: Alarmierung, manueller Verschluss Zulaufschieber mit mobilem Aggregat, Abriegelung interner Ströme mit druckluftbetriebenem, netzunabhängigen Schiebern 18

19 Beispiel (5) Kläranlage mit E Bestandsanalyse Verzweigtes Netz, viele Umschaltmöglichkeiten, zweiseitige Einspeisung über 20 kv-netz, in den letzten 10 Jahren nur ein nennenswerter Stromausfall von einer Stunde Aktuelles Konzept: Alarmierung, manueller Verschluss Zulaufschieber mit mobilem Aggregat, Abriegelung interner Ströme mit druckluftbetriebenem, netzunabhängigen Schiebern Neues Konzept Mechanische Teilreinigung (neu) Notstromverbesserung von Zulaufschieber und Rechenanlage Notstrompumpstation für 1,57 m 3 /s (Diesel in Containerbauweise mit 725 kva/580 kw) Entlastung aus Ablauf VK in das Gewässer Notstromsichere Lenzpumpen in gefährdeten Bereichen Aufwand ca. 1,0 Mio. brutto incl. Nebenkosten 19

20 Zusammenfassung Fazit Sorgfältige Szenarienbetrachtung unter den lokalen Verhältnissen Verfahrenstechnik Gefährdung Überflutung / Gewässerschutz Mögliche elektrotechnische und klärtechnische Maßnahmen im Zuge eines Netzersatzbetrieb Analyse - Gefährdungspotenzial versus Kosten Kostenschätzung Planung Ggf. Umsetzung Enge Zusammenarbeit Verfahrenstechnik / Elektrotechnik Betriebspersonal (Details) 20

21 Wir danken für Ihre Aufmerksamkeit 21