Bayerisches Landesamt für Umwelt. Einsparung von Kosten und Energie in der Trinkwasserversorgung

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1 Bayerisches Landesamt für Umwelt Einsparung von und Energie in der Trinkwasserversorgung

2 Anhang Fallbeispiele und Best-Practice -Vorgehensweisen Fallbeispiel I Erarbeitung von alternativen Versorgungs- und Anschlussmöglichkeiten als 2. Standbein für die Absicherung der bestehenden Wasserversorgung Herangehensweise und Empfehlung einer Vorzugslösung Im Auftrag der Gemeinde wurde eine Studie über verschiedene Alternativen einer zusätzlichen Wasserversorgung erarbeitet. Hierzu soll die wirtschaftlichste Möglichkeit als 2. Standbein die Versorgung der Gemeinde sichern, sollte der einzige Brunnen zur Wasserversorgung der Gemeinde ausfallen. Datenblatt Planung/ Eckwerte Daten Wasserversorgung Gemeinde/WVU Gemeinde im Landkreis Main-Spessart Planung oder Ausführung nur Planung Zeitraum der Maßnahme 2012 Ingenieurbüro bzw. Firma Baur Consult Trinkwasserabgabe k. A. Versorgte Einwohner k. A. Spezifischer Energiebedarf k. A. Ausgangssituation 2012 und Veranlassung Die Gemeinde verfügt über eine eigenständige Wasserversorgungsanlage, für die als einzige Wassergewinnung ein Brunnen zur Verfügung steht. Um bei einem Ausfall des Brunnens die Versorgung weiterhin zu gewährleisten, soll als Absicherung der bestehenden Wasserversorgung eine zusätzliche Wasserbezugsquelle erschlossen werden. Erarbeitung und Überprüfung von vier möglichen Alternativen: Alternative 1 (Anschluss an Gemeinde A), Leitungslänge: ca m), Alternative 2 (Anschluss an Gemeinde B), Leitungslänge: ca m), Alternative 3 (Anschluss an Gemeinde C), Leitungslänge: ca m), Alternative 4 (Neubohrung eines zusätzlichen Brunnens und Ausbau der Gewinnungsanlage, Errichtung von drei Messstellen im Zuge der Absicherung des bestehenden Brunnens), Erstellung einer übersicht und Bewertung der vier Varianten sowie Empfehlung Um auch bei einem erhöhten mittleren Tagesbedarf eine sichere Versorgung gewährleisten zu können, wurde für die Anschlussvarianten 1 bis 3 ein Aufschlag von 20 % auf den durchschnittlichen Tagesbedarf angesetzt. übersicht der verschiedenen Varianten Tab. 26: übersichten der Varianten 1 4 Handlungsbedarf bzw. Motiv Aufgrund der sich zukünftig ändernden Wasserbedarfssituation sollten anhand einer Studie Möglichkeiten aufgezeigt werden, die Trink- und Brauchwasserversorgung der Gemeinde zusätzlich zu sichern, um bei einem Ausfall des einzigen bestehenden Brunnens, die Versorgung der Gemeinde durch ein 2. Standbein zu gewährleisten. Schaffung eines 2. Standbeines aufgrund der sich ändernden Randbedingungen (zukünftig erhöhter Wasserbedarf) Entscheidungsrelevante Randbedingungen vor Ort Mögliche Anschlüsse der betroffenen Gemeinde an WVU A (Gemeinde A), WVU B (Gemeinde B), WVU C (Gemeinde C) Prognostizierter Wasserbedarf der Gemeinde Jahreswassermenge m 3 /a, an Tagen mit durchschnittlichem Verbrauch 342 m 3 /d, an Tagen mit maximalem Verbrauch (Tagesspitzenfaktor: 2,2) 752 m 3 /d Zielsetzung Sicherung der Trink- und Brauchwasserversorgung durch Errichtung eines 2. Standbeins, Anpassung an zukünftige Wasserbedarfssituation (erhöhter mittlerer Tagesbedarf), Erarbeitung einer wirtschaftlichen Lösungsvariante bzw. Aufzeigen der möglichen Einsparpotenziale bei den verschiedenen Lösungsmöglichkeiten Variante 1 (Anschluss an Gemeinde A) Leitung DN 100: ca m 140,00 Euro/m Fernwirkkabel: ca m 10,00 Euro/m Überhebepumpwerk Gemeinde A Elektro- und Fernwirktechnik Pumpwerk und Stromzuführung Uminstallation im Hochbehälter Variante 2 (Anschluss an Gemeinde B) Leitung DN 100: ca m 140,00 Euro/m Überhebepumpwerk Gemeinde B Elektro- und Fernwirktechnik Pumpwerk und Stromzuführung Variante 3 (Anschluss an Gemeinde C) Leitung DN 100: ca m 150,00 Euro/m Fernwirkkabel: ca m 10,00 Euro/m Überhebepumpwerk Gemeinde C Elektro- und Fernwirktechnik Pumpwerk und Stromzuführung Uminstallation/Zulaufsteuerung im Saugbehälter ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro

3 Variante 4 (Neubohrung eines zusätzlichen Brunnens) Ausbau Brunnen Brunnenschacht Leitung DN 100: ca. 500 m 140,00 Euro/m Fernwirkkabel: ca. 500 m 10,00 Euro/m Elektro- und Fernwirktechnik Brunnen Uminstallation im Saugbehälter Landschaftspflegerische Maßnahmen ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro ca Euro Nach Gegenüberstellung der vier Varianten zeigte sich, dass die Variante 4 (Neubohrung eines zusätzlichen Brunnens) über einen längeren Zeitraum eindeutig die wirtschaftlichste Versorgungsbzw. Anschlussmöglichkeit darstellt und demzufolge weiterverfolgt werden sollte. Die Investitionskosten von ca Euro liegen zwar knapp über den Investitionskosten der Variante 2 (Anschluss von Gemeinde B) mit ca Euro, aufgrund der jährlichen Bezugskosten, die bei den Varianten 1 3 an den Wasserlieferer zu entrichten wären, bleibt die Variante 4 jedoch die wirtschaftlichste Möglichkeit für die Gemeinde ein 2. Standbein zu ermöglichen. Bei den Varianten 1 3 fallen gegenüber der Variante 4 höhere Betriebskosten an, da hier aufgrund der umfangreicheren zusätzlichen Wasserversorgungsanlagen größere für Instandhaltung, Personal und Gemeinkosten/Verwaltung anfallen. Demzufolge wurde auf eine detaillierte Betriebskostenermittlung verzichtet, da hierdurch der Vorteil der Variante 4 gegenüber den Varianten 1 3 noch verstärkt bzw. deutlicher wird. Grundsätzlich ist aber bei einer Neuerschließung einer zusätzlichen Wassergewinnung zu berücksichtigen, dass ein WSG auszuweisen ist, ggf. Ausgleichzahlungen für Landwirte anfallen können und der Brunnen im Betrieb ebenfalls verursacht. Bei einem Wirtschaftlichkeitsvergleich sind diese Punkte zu prüfen. 157

4 Anhang Fallbeispiele und Best-Practice -Vorgehensweisen Fallbeispiel II Datenblatt Planung/ Eckwerte Daten Wasserversorgung Sicherung der Trinkwasserversorgung der Gemeinde Altenbuch durch den Anschluss an den ZV zur Wasserversorgung der Stadtprozeltener Gruppe Gemeinde/WVU Zweckverband zur Wasserversorgung der Stadtprozeltener Gruppe Planung oder Ausführung nur Planung Zeitraum der Maßnahme 2007 und 2011 Ingenieurbüro bzw. Firma HG Büro für Hydrogeologie und Umwelt GmbH (2007); Baur Consult (2011) Trinkwasserabgabe m 3 /a Versorgte Einwohner ca Spezifischer Energiebedarf ca. 0,7 kwh/m 3 Hochbehälter Altenbuch sowie das Pumpwerk einschließlich Aufbereitungstechnik veraltet und sanierungsbedürftig. Aufgrund dieser Versorgungssituation bestand erheblicher Handlungsbedarf. Entscheidungsrelevante Randbedingungen vor Ort Wasserbedarfsbetrachtung Die Rohwasserförderung der letzten neun Jahre in Altenbuch ging zurück. Gleichzeitig sind die Verluste mit bis zu 35 % sehr hoch. Die Einwohnerzahlen sowie der Wasserbedarf für den Zweckverband Stadtprozeltener Gruppe weisen in den letzten Jahren eine fallende Tendenz auf. Wassergewinnung Die Fassung Buchbrunnenquelle oberhalb von Altenbuch bot sowohl qualitativ als auch quantitativ keine ausreichende Sicherheit. Es traten hier immer wieder Qualitätsprobleme auf (mikrobiologische Befunde) und in langen, trockenen Sommern ging die Quellschüttung auf ein bedenkliches Maß zurück. Zudem bestand keine Notfallabsicherung. Zielsetzung und Mehrwert Erhöhung der Versorgungssicherheit, Realisierung einer langfristig gesicherten Wasserversorgung, Reduzierung des Aufwandes zur Sicherung der Eigenständigkeit der Wasserversorgung, Vorteile bei der Ertüchtigung von Wasserwerksanlagen, Vermeidung von Wasserpreissteigerungen Herangehensweise und Vorzugslösung Abb. 70: Hochbehälter Ausgangssituation 2007 Altenbuch Abb. 71: Förderpumpen zum Hochbehälter Die Buchbrunnenquelle (Mindestschüttung ca. 6 l/s) fließt im freien Gefälle dem Pumpwerk Altenbuch zu. Eine Förderpumpe fördert das aufbereitete Wasser (Entsäuerung und UV-Anlage) durch das vermaschte Ortsnetz in den Hochbehälter Altenbuch (250 m 3 ). Die Versorgungsdrücke können zwischen 1,5 und 2,0 bar betragen. Die Wasserverluste im Ortsnetz lagen in den letzten Jahren zwischen 20 % und 35 %. ZV zur Wasserversorgung der Stadtprozeltener Gruppe Der Bedarf der Verbandsgemeinden wird über vier Quellen gedeckt. Diese laufen dem Maschinenhaus Breitenbrunn im freien Gefälle zu. Die Bedarfsdeckung soll über zwei neue niedergebrachte Brunnen, die zusammen 29,5 l/s Förderleistung haben, erfolgen. Über zwei Pumpensätze im Maschinenhaus Breitenbrunn wird das aufbereitete Wasser in den Hochbehälter Grohberg (1.000 m 3 ) und den Hochbehälter Breitenbrunn (300 m 3 ) gefördert. Handlungsbedarf bzw. Motiv Die Trinkwasserversorgung der Gemeinde Altenbuch erfolgt über die Buchbrunnenquelle. Zeitweise trübte die Quelle ein. Immer wieder waren mikrobiologische Beeinträchtigungen nachweisbar. Aus diesem Grund drängten die Fachbehörden auf baldige Abhilfe. Weiterhin waren der bestehende Nach dem Planungsstand von 2007 waren grundsätzlich folgende Versorgungsmöglichkeiten für die Gemeinde Altenbuch denkbar: a) Die Gemeinde Altenbuch bleibt in der Wasserversorgung vollkommen eigenständig, wobei die Buchbrunnenquelle über einen zusätzlichen Tiefbrunnen abgesichert wird. b) Die Gemeinde Altenbuch wird vollständig oder teilweise über den ZV WV Stadtprozeltener Gruppe versorgt, wobei im Falle der Teilversorgung über den ZV entweder die Buchbrunnenquelle oder ein neuer Tiefbrunnen von der Gemeinde Altenbuch betrieben wird. Dabei wurden folgende Versorgungsvarianten näher untersucht: Variante 1: Investitionen in die WV bei Beibehaltung der Eigenständigkeit der Gemeinde Altenbuch (Referenzfall) durch Versuchsbohrung und Bau eines Brunnens und Neubau eines Hochbehälters. Variante 2: Beibehaltung der Versorgung über die Buchbrunnenquelle und Anschluss an den ZV WV Stadtprozeltener Gruppe zur Absicherung und/oder Teilversorgung durch den ZV über einen von der Gemeinde Altenbuch einzurichtenden Anschluss an den ZV in Breitenbrunn (Wasserkauf vom ZV). Variante 3: Wie Variante 1, jedoch mit Brunnenneubohrung und Aufgabe der Buchbrunnenquelle für die Regelversorgung; Anschluss an den ZV WV Stadtprozeltener Gruppe zur Absicherung und/oder Teilversorgung durch den ZV über eine von der Gemeinde Altenbuch einzurichtende Anschlussleitung an das ZV-Wasserwerk in Breitenbrunn (Wasserkauf vom ZV). Variante 4: Vollversorgung der Gemeinde Altenbuch durch Wasserkauf vom ZV; die erforderlichen Investitionen wären von der Gemeinde Altenbuch zu tragen. Variante 5: Gemeinde Altenbuch als zukünftiges Vollmitglied im ZV WV Stadtprozeltener Gruppe und Vollversorgung von Altenbuch durch den ZV; die notwendigen Investitionen trägt der ZV

5 Je nach Versorgungsvariante stellen sich die Investitionskosten für die Gemeinde Altenbuch unterschiedlich dar. Im Falle des Anschlusses von Altenbuch an den ZV wäre beispielsweise eine Verbindungsleitung vom Wasserwerk in Breitenbrunn nach Altenbuch und ein neuer Hochbehälter in Altenbuch zu bauen. Im Falle der weiterhin vollständigen Eigenversorgung würden unter anderem die für Versuchsbohrungen und eine Brunnenbohrung anfallen. Zusätzlich zu den Investitionskosten verändern sich je nach Versorgungsvariante auch die Betriebskosten für die Gemeinde Altenbuch. Im Falle der Mitgliedschaft von Altenbuch im ZV WV Stadtprozeltener Gruppe (Vollmitglied im ZV und Vollversorgung durch den ZV) fällt der Aufwand der Gemeinde Altenbuch für die Betreuung der Anlagen weg. Demgegenüber erhöht sich dieser Aufwand im Falle der weiterhin vollständigen Eigenversorgung, wenn hierfür zusätzlich ein Brunnen zu betreiben ist. Ziel der durchgeführten Berechnungen war die Ermittlung der für die Gemeinde Altenbuch wirtschaftlich vorteilhaftesten Variante für die zukünftige Wasserversorgung. Prinzipiell konnten aus den vorliegenden Berechnungen auch der für die dauerhaft wirtschaftliche Wasserversorgung notwendige Wasserpreis abgeleitet werden (siehe Tab. 27). Variantenvergleich und Gesamtbewertung der Berechnungsergebnisse Die Variante 5 ist für die Gemeinde Altenbuch eindeutig die wirtschaftlich vorteilhafteste Versorgungslösung für die Zukunft. Die übrigen Varianten erfordern aus wirtschaftlicher Sicht erhebliche Wasserpreissteigerungen. Die Variante 1 ist die günstigste Eigenversorgungsvariante, für die allerdings aus der Kapitalwertberechnung ein wirtschaftlich notwendiger Wasserpreis von 2,40 Euro (netto) je 1 m 3 gelieferten Wassers resultiert. Dieser liegt allerdings erheblich über dem entsprechenden Wasserpreis von 1,82 Euro/m 3 (netto) gemäß Variante 5. Tab. 27: Wirtschaftlich notwendige Lieferpreise und Rangfolge der Wirtschaftlichkeit Versorgungsvariante Wirtschaftlich notwendiger Wasserpreis je 1 m 3 gelieferten Wassers für Endabnehmer in Altenbuch (Euro, netto) Rangfolge der Wirtschaftlichkeit Variante 1 2,40 2 Variante 2 2,70 3 Variante 3 3,37 5 Variante 4 3,17 2 Variante 5 1,

6 Anhang Fallbeispiele und Best-Practice -Vorgehensweisen Fallbeispiel V Datenblatt Planung/ Eckwerte Daten Wasserversorgung Ganzheitliches Konzept zur Speicherraumbetrachtung Sanierung vs. Erweiterung Gemeinde/WVU infra fürth gmbh Planung oder Ausführung Planung und Ausführung Zeitraum der Maßnahme Planung 2010, Bauausführung seit 2013 Ingenieurbüro bzw. Firma Baur Consult Trinkwasserabgabe 7,5 8 Mio. m 3 /a Versorgte Einwohner ca Spezifischer Energiebedarf ca. 0,6 kwh/m 3 Entscheidungsrelevante Randbedingungen vor Ort Wassergewinnung und Druckzonen Das Stadtgebiet wird über drei Druckzonen mit Wasser versorgt (Niederdruckzone, Hochdruck- und Knoblauchlandzone). Nutzbares Speichervolumen Tatsächlicher Nutzinhalt Niederdruckzone: m 3, Tatsächlicher Nutzinhalt Hochdruckzone: m 3 Prognostizierter Wasserbedarf Jahreswassermenge m 3 /a, an Tagen mit durchschnittlichem Verbrauch m 3 /d, an Tagen mit maximalem Verbrauch (Tagesspitzenfaktor: 1,75) m 3 /d Berücksichtigung von Betriebszuständen Sicherheitsvorrat zur Überbrückung von Betriebsstörungen (Betriebsreserve), Berücksichtigung der Überbrückungszeiten bei Ausfall der Stromversorgung Zielsetzung und Mehrwert Abb. 76: Sanierung Hochbehälter Alte Veste IV Ausgangssituation 2011 Abb. 77: Fertiggestellter Hochbehälter Alte Veste IV Anfang 2015 Insgesamt verfügt die infra fürth gmbh über fünf Hochbehälter mit ca m 3 und einen Wasserturm mit 500 m 3 Speichervolumen. Weiterhin stehen drei Druckerhöhungsanlagen (DEA) zur Verfügung. Das Leitungsnetz mit Hausanschlussleitungen (HA) hat eine Länge von 645 km (davon 219 km HA). Die Wasserspeicherung der Niederdruckzone (ND) Fürth erfolgt aus den historisch gewachsenen Behältern HB I, II und IV. Die Behälter I und II aus den Baujahren 1888 bzw liegen niedriger als der Behälter IV aus dem Baujahr 1964 und werden durch freien Zulauf aus dem Behälter IV gefüllt. Der Speicherraum der Behälter I und II wird durch ein Überhebepumpwerk, das in den Behälter IV zurückspeist, wirksam gemacht. Der Behälter IV wirkt hydraulisch als Gegenbehälter. Handlungsbedarf bzw. Motiv Bedingt durch die Bauart (Stampfbeton, Gewölbe) und den Baugrund (Hanglage) sind an den Behältern I und II bauliche Mängel aufgetreten, die zu hygienischen Beeinträchtigungen führen können. Auf Forderung des Gesundheitsamtes ist einmal pro Woche der Inhalt der Behälter I und II durch Zurückfördern in den Behälter IV auszutauschen. Aus diesem Grund wurde bereits eine Kammer des Behälters II mit Edelstahl ausgekleidet, die anderen Wasserkammern wurden außer Betrieb genommen. In der Studie des Ingenieurbüros wurde für die Behälter I und II eine vereinfachte Zustandserfassung in Anlehnung an das ehemalige DVGW Arbeitsblatt W 312 (Wasserbehälter Maßnahmen zur Instandhaltung) vorgenommen, die erforderlichen Sanierungsmaßnahmen aufgezeigt und kostenmäßig erfasst. Auch wurde eine Bewertung zum erforderlichen Speichervolumen erstellt und mögliche Maßnahmen zu alternativen Neu- bzw. Erweiterungsbauten aufgezeigt. wirtschaftlicher Betrieb der Behälter, einsparung bei den Investitionen für Sanierungs- bzw. Erweiterungsmaßnahmen, einsparung bei den Betriebskosten Herangehensweise und Vorzugslösung Alternative 1 Nach der Beurteilung und Bewertung der vorhandenen Behälter I und II (Ortseinsichten 2010) wurden die voraussichtlich erforderlichen Sanierungsmaßnahmen und der kurz- bzw. mittelfristige Investitionsbedarf, welcher bei einer Weiternutzung der Behälter I und II mit Überhebepumpwerk sowie an den erdverlegten Leitungen anfallen, ermittelt. Alternative 2 Weiterhin wurden die erforderlichen Maßnahmen, der Investitionsbedarf sowie die Betriebskosten einer zweiten Alternative ermittelt. Dazu wurde der bestehende Behälter IV näher betrachtet. Dieser wird als Gegenbehälter betrieben und durch das Ortsnetz der Niederdruckzone befüllt. Der Behälter hat zwei Wasserkammern mit einem Nennvolumen von insgesamt m 3. Der Nutzinhalt beträgt lediglich m 3. Bei dieser Lösung werden die bestehenden Behälter I und II sowie das Überhebepumpwerk aufgelassen. Stattdessen wird am vorhandenen Hochbehälterstandort,,Alte Veste IV das Speichervolumen erweitert. Analog zum Speichervolumen der bestehenden Behälter I und II wird für die Speichererweiterung ein Nutzinhalt von mindestens m 3 gewählt. Neben dem vorteil bei den Betriebskosten (siehe Tab. 31) bietet die Erweiterung am bestehenden Behälter IV gegenüber einer Weiternutzung der Behälter I und II nach Sanierung folgende Vorteile: Das Speichervolumen ist für die ND hydraulisch stets wirksam. Bei Stromausfall kann das Wasser aller Hochbehälter der ND frei zulaufen

7 Bei fortlaufender Einspeisung aus dem Fernleitungssystem (FWL) können die Ausfallzeiten überbrückt werden, ohne dass bei Stromausfall ein Notstromaggregateinsatz für die Behälteranalage erforderlich wird. Auf das Überhebepumpwerk mit Trafostation kann verzichtet werden. Eine Rückförderung zur Sicherstellung des Wasseraustausches ist nicht notwendig. Eine Stagnation in der Wasserkammer wird durch Verbund zum bestehenden Hochbehälter IV vermieden. Es besteht sicherheit wegen Kenntnis der Bausubstanz. Es werden Betriebskosten für zusätzliche Anlagen eingespart (Energiekosten, Unterhaltungskosten,...). Das tatsächliche Speichervolumen am Standort Alte Veste erhöht sich auf insgesamt m 3. Tab. 31: gegenüberstellung der Alternativen Varianten Investitionskosten Betriebskosten Betriebskosten nach LAWA (50 a) Alternative 1: Sanierung HB I + II (inklusive ÜPW, Trafo, stationäres Notstromaggregat und erdverlegte Leitungen) Euro Euro/a Euro Alternative 2: Erweiterung HB IV (inklusive Rückbaumaßnahmen) Euro Euro/a Euro Bei der Betrachtung verschiedener Lösungsmöglichkeiten (unter Berücksichtigung der bewerteten Randbedingungen) stellt sich eine Erweiterung des Hochbehälters Alte Veste IV um eine dritte Wasserkammer mit mindestens m 3 Speichervolumen wirtschaftlicher dar als eine Sanierung/Modernisierung der Behälter I und II mit Überhebepumpwerk. Ausschlaggebend ist bei annähernd identischem Investitionsbedarf beider Alternativlösungen der doch deutliche vorteil bei den jährlichen Betriebskosten zugunsten einer Speicherkapazitätserweiterung am Hochbehälterstandort. Zudem wird am Standort der Behältererweiterung kein Notstromaggregat erforderlich. Außerdem ergibt sich bei dieser Lösung ein geringerer Reinvestitionsbedarf, was die Wirtschaftlichkeit noch weiter begünstigt. 173