Initiative Bayerischer Untermain 12. Arbeitstagung Wirtschaftsförderung. Energieautarke Kläranlagen. Aschaffenburg

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1 Initiative Bayerischer Untermain 12. Arbeitstagung Wirtschaftsförderung Energieautarke Kläranlagen Dipl.-Ing. Stefan Krieger

2 Gliederung Einleitung Energieverbrauch Kläranlagen Energetische Optimierungspotentiale Praxisbeispiele GKA Weilerbach (GK 4) - Verfahrensumstellung KA Schöneberg Kübelberg (GK 3) - Erweiterung GKA Baden Baden/Sinzheim (GK 5) Co-Vergärung ZKA Kaiserslautern (GK 5) - Wärmeenergie HKW Stuttgart-Mühlhausen (GK 5) - Pumpenoptimierung Zusammenfassung Folie 2

3 Einleitung Energieverbrauch kommunaler Kläranlagen Kläranlagen beanspruchen ca. 20 % des gesamten Elektrizitätsbedarfs der öffentlichen Gebäude und Anlagen einer Kommune ca Kläranlagen mit Gesamtstromverbrauch von GWh/a ca. 0,7 % des Stromverbrauchs in der BRD bei 126 Mio. EW entspricht dies etwa 2,7 Mio. t CO 2 -Äquivalenten Großteil des Verbrauchs konzentriert sich auf Kläranlagen > EW 86 % des Gesamtverbrauchs kommunaler Kläranlagen Folie 3

4 Spezifischer Energiebedarf kommunaler Kläranlagen (< EW) ( EW) ( EW) ( EW) (> EW) Folie 4

5 Elektrischer Energieverbrauch einer Kläranlage 7,6% 0,3% 12,9% 14,4% 4,8% Mechanische Stufe Schlammbehandlung 3,2% Sonstiges < EW EW 1,0% Sonstiges Mechanische Stufe Biologische Stufe Schlammbehandlung Schlammbehandlung Schlammentwässerung Sonstiges EW (GK 78,2% 4b) > EW (GK 5) Biologische Stufe Schlammentwässerung 6,7% 4,1% 12,1% 10,9% Mechanische Stufe Schlammbehandlung > EW Biologie ist größte Verbrauchergruppe in kommunalen KA! < EW 7,6% 0,3% 1,0% < EW (GK 1-3) EW (GK 4a) 12,9% 78,2% Biologische Stufe 5,2% 3,8% Schlammentwässerung 66,2% 13,0% EW 14,3% 63,7% > EW Mechanische Stufe Biologische Stufe Sonstiges 7,2% 10,3% Schlammentwässerung 11,1% 66,6% 4,8% 11,8% 65,9% Mechanische Stufe Biologische Stufe Mechanische Stufe Schlammbehandlung Schlammentwässerung Sonstiges Folie 5 Sonstiges Schlammbehandlung Biologische Stufe Schlammentwässerung

6 Energetische Optimierungspotenziale Folie 6

7 Energiebilanz aerobe Stabilisierung (GK 4) Input elek. Energie 34 kwh/(ew*a) Zulauf-PW (3,5 kwh/(ew*a) Mech. Vorreinigung 2,5 kwh(ew*a) Belebung inkl. RLS und NKB 27,5 kwh/(ew*a) Schlammstapelung 0,5 kwh/(ew*a) Verluste, Wärme, Reibung, biol. Abbau 121,5 kwh/(ew*a) NKB Abwasser ger. Abwasser roh E th : 75 kwh/(ew*a) CSB: 8 kwh/(ew*a) E th : 75 kwh/(ew*a) CSB: 153 kwh/(ew*a) Primärenergiebedarf 85 kwh/(ew*a) Kraftwerk = 0,4 57,5 kwh/(ew*a) Schlamm Folie 7

8 Energiebilanz anaerobe Stabilisierung (GK 4) Input 9 kwh/(ew*a) Zulauf-PW (3,5 kwh/(ew*a) Mech. Vorreinigung 3 kwh(ew*a) Belebung inkl. RLS und NKB 21 kwh/(ew*a) Schlammbehandlung 3,5 kwh/(ew*a) Verluste, Wärme, Reibung, biol. Abbau 90 kwh/(ew*a) NKB Abwasser ger. Abwasser roh E th : 75 kwh/(ew*a) CSB: 8 kwh/(ew*a) E th : 75 kwh/(ew*a) CSB: 153 kwh/(ew*a) Primärenergiebedarf 30 kwh/(ew*a) Kraftwerk = 0,4 31 kwh/(ew*a) Schlamm Energiegewinn aus Gasverstromung 22 kwh/(ew*d) Wärme 33 kwh/(ew*d) Folie 8

9 Praxisbeispiel: GKA Weilerbach - Verfahrensumstellung Folie 9

10 Praxisbeispiel: GKA Weilerbach - Verfahrensumstellung Gegenüberstellung Kennwerte IST-Zustand Konzeption Mittlere Anschlußgröße EW EW Stromverbrauch, gesamt kwh/a kwh/a Spez. Stromverbrauch 20 kwh/(ew*a) 17,6 kwh/(ew*a) Stromerzeugung 0 kwh/a kwh/a Flüssiggasbedarf l/a 0 l/a Klärschlammmenge t/a 840 t/a Kalkzugabe Entwässerung 157 t/a 105 t/a Fe³Cl-Zugabe Entwässerung 87 t/a 58 t/a Folie 10

11 Praxisbeispiel: GKA Weilerbach - Verfahrensumstellung Folie 11

12 Praxisbeispiel: GKA Weilerbach - Verfahrensumstellung Auszeichnung im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms 2011 Förderschwerpunkt Energieeffiziente Abwasserbehandlungsanlagen Folie 12

13 Praxisbeispiel: KA Schönenberg-Kübelberg - Erweiterung Klein-BHKW KA Schönenberg Kübelberg (8.000 EW) Folie 13

14 Praxisbeispiel: KA Schönenberg-Kübelberg - Erweiterung Klein-BHKW KA Schönenberg Kübelberg (8.000 EW) Folie 14

15 Praxisbeispiel: KA Schönenberg-Kübelberg - Erweiterung Klein-BHKW KA Schönenberg Kübelberg (8.000 EW) Maßnahmen Reaktivierung Vorklärbecken Erhöhung Klärgasanfall um ca. 60% Isolierung Faulbehälter Reduzierung Wärmebedarf um kwh/a Ergebnis Installation BHKW Pel = 12 kw Stromerzeugung: rd kwh/a Folie 15

16 Praxisbeispiel: KA Schönenberg-Kübelberg - Erweiterung Klein-BHKW KA Schönenberg Kübelberg (8.000 EW) Folie 16

17 Praxisbeispiel: GKA Baden Baden/Sinzheim - Co-Vergärung Folie 17

18 Praxisbeispiel: GKA Baden Baden/Sinzheim - Co-Vergärung Biomüll Biomüllaufbereitung (Pulper+Störstoffabtrennung) Biomüllaufbereitung (Schneckenpresse) Biomüllsuspension/Co-Substrat Kompost/Sekündärbrennstoff Folie 18

19 Praxisbeispiel: ZKA Kaiserslautern - Wärmeenergie ZKA Kaiserslautern Anschlussgröße: EW 3-straßige Belebung, Schlammfaulung Austausch BHKWs Steigerung des elektr. Wirkungsgrades von 30% auf 40% Folie 19

20 Praxisbeispiel: ZKA Kaiserslautern - Wärmeenergie 600,00 Wärmeerzeuger (mit Ø Klärgas 2010, HW=6,4, eta_th=40%) und Verbraucher (mit TR PS=4%) 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0, Defizit [MWh/M] Wärmeerz.(mit Ø Klärgas 2010, HW=6,4, eta_th=40%) [MWh/M] Verbraucher (mit berechneten Schlammwärmebedarf "TR PS 4%") [MWh/M] Folie 20

21 Praxisbeispiel: ZKA Kaiserslautern - Wärmeenergie Wärmeeinsparpotentiale Erhöhung des Trockenrückstand Primärschlamm Wärmeeinsparung 150 MWh/a Wärmeeinsparkonzept Betriebs- und Verwaltungsgebäude, Potenzial: 180 MWh/a Wärmerückgewinnung Faulschlamm Abwasser im Ablauf NKB Prozessluft Gemischkühlung BHKW 500 MWh/a MWh/a 120 MWh/a 60 MWh/a Folie 21

22 Praxisbeispiel: HKW Stuttgart-Mühlhausen - Pumpenoptimierung HKW Stuttgart-Mühlhausen Anschlussgröße: EW Q t : l/s Q M : l/s Biologie 3 Nachklärbecken Pumpenhaus 4 Belebungsbecken Vorgeschaltete Denitrifikation Folie 22

23 Förderhöhe H in [m] Praxisbeispiel: HKW Stuttgart-Mühlhausen - Pumpenoptimierung Ermittlung Pumpen-, Anlagenkennlinie und Wirkungsgrade in Abhängigkeit der Fördermenge 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Förderstrom Q in [l/s] Hmin[m] Hmax[m] Reduzierte PKL PKL Einzelbetrieb Parallb. 4 P Einsparung Energiebedarf Kreislaufwasserförderung: kwh/a Folie 23

24 Zusammenfassung Spezifischer Energiebedarf kommunaler Kläranlagen Optimierte Faulung Faulung + Co-Vergärung (< EW) ( EW) ( EW) ( EW) (> EW) Folie 24

25 12. Arbeitstagung Wirtschaftsförderung Düsseldorf Kaiserslautern Karlsruhe Stockkampstr. 10 Barbarossastr. 64 Albtalstraße Düsseldorf Kaiserslautern Karlsruhe Folie Arbeitstagung Wirtschaftsförderung - Bayerischer Untermain