Rabtherm Wärmenutzung aus Abwasser

Transkript

1 Rabtherm 2005 Wärmenutzung aus Abwasser Abwasser, die ungenutzte Energiequelle Eine ökologisch sinnvolle Alternative zur Wärmeenergieversorgung in Städten und Agglomerationen. Dipl.-Ing. Urs Studer

2 Inhalt Idee Zielsetzung Wichtige Faktoren System Technik Leistungen Kosten Wirtschaftlichkeit Risiken Ökologie Markt Erfahrungen Planungsablauf Einsatzmöglichkeiten Ausblick

3 Vision Vision: Abdeckung des Wärmemarktes erneuerbarer Energien zu 25-30% RABTHERM steht für Rohabwasser-Wärmenutzung

4 Patente

5 Patente

6 Patente

7 Zielsetzung Robustes, einfach zu installierendes, patentierbares System Lange Lebensdauer Anwendbar in bestehenden und neuen Kanälen Wirtschaftlich und ökologisch

8 Trends Was verlangt der Energiemarkt? Wirtschaftliche Systeme Wie entwickeln sich andere Technologien? Solar, Wind, BHKW, Brennstoffzellen Ergänzungen Einfluss der Politik Energiepreiszuschläge, Ökosteuern/ Fördermittel Strompreise Sinkend Öl-/ Gaspreise Tendenz steigend

9 Trends Energiepreiszuschläge Teilweise realisiert Fördermittel % Entwicklung der Abwassersysteme Trennsysteme Wie entwickelt sich der Wärmemarkt, die Fernwärmeversorgung bei stetig abnehmendem Wärmebedarf? Regional > wenig Zukunft Nahwärme > i. O.

10 Probleme / Hindernisse Wichtige Faktoren Wirtschaftlichkeit / Ökologie Beeinträchtigung der biologischen Reinigungsstufe in der ARA Einbauten im Abwasserkanal Verschmutzung Reinigung Lebensdauer Korrosion Erosion / Abrieb Kanalreinigung

11 System Wasserkreislauf Bild

12 Jahresverlauf Luft- u. Abwasser- Temperaturen

13 Funktionsprinzip des Wärmenutzungssystems Rabtherm Technik

14 Abwasserkanal Technik Wärmetauscher Halbschale Abwasser Vorlauf / Rücklauf / Zwischenmedium

15 Technik Mittlere Abwassertemperatur übers Jahr 15 C max. 20 in Wohngebieten min. 10 in Wohngebieten Erreichbare Vorlauftemperatur mit WP: 65 C max. 70 C Wärmetauscherelemente Wärmetauscher: Rostfr. St Elementlänge: 2 3 m Min. wirtschaftliche Gesamtlänge: 20 m Lebensdauer / -erwartung: 50 Jahre Zwischenmediumsleitungen: Kunststoff PE + Steckmuffenverbindungen Strenge Qualitätssicherungskriterien haben Einfluss auf: Material / Verbindungstechnik / Schweisstechnik Konstruktion Herstellung (Dichtheit) Montage, Einbau

16 Kriterien Kriterien für einen optimalen Einsatz von Rabtherm-Systemen: Abwasserkanal min. ø (500) 800 mm Abwassermenge durchschnittlich min. 15 l/s Wärmetauscherlängen min. 20- max. 200 m Min. anzuschliessende Verbraucher: 100 kw Abstand Kanal zum Verbraucher max. 200 m (bebaut), 300 m (unbebaut) Heizungs-Vorlauftemperatur (Nutzer) max. 70 C

17 Energie- System Das RABTHERM - System erzeugt pro m 2 Wärmetauscher ca. 3-7 kw nutzbare Wärme, umweltschonend mit zum grossen Teil erneuerbarer Energie Mit dem RABTHERM -System wird eine entscheidende Verbesserung an Luftqualität erreicht, sowie eine massive Einsparung an Primärenergie

18 Wärmetauscher Die Abwasserrinne wird aus bis zu 3 m langen Wärmetauscherelementen zusammengesetzt. Durch den Wärmetauscher fliesst Wasser von und zur Wärmepumpe. Im Wärmetauscher wird das Wasser um ca. 4º C aufgeheizt.

19 Wärmetauscher Der Wärmetauscher ist im Abwasserkanal einbetoniert und soll eine Lebensdauer von mindestens 50 Jahren haben. Korrosion, Erosion/ Abrieb, Dichtheit, Kanalunterhalt und -reinigung sind einige Faktoren, die bei den strengen Qualitätssicherungskriterien entscheidenden Einfluss haben auf Materialwahl, Konstruktion, Herstellung (Schweissen) und Montage/ Einbau. Parallel zur Qualitätssicherung sind auch alle möglichen Schadenbehebungsszenarien nach dem Prinzip Feststellen-Finden-Beheben aufgestellt worden.

20 Wärmetauscher

21 Einbaumöglichkeiten

22 Kanalisationsrohr Rabtherm Leverkusen

23 Kanalisationsrohr Rabtherm Leverkusen

24 Kanalisationsrohr Rabtherm Wülflingen

25 Kanalisationsrohr Rabtherm Wülflingen

26 Kanalisationsrohr Rabtherm Singen

27 Kanalisationsrohr Rabtherm Singen

28 Kanalisationsrohr Pilotprojekt Wärmeverbund Wipkingen

29 Leistung Entzugsleistung abhängig von: Wassermenge Wassergeschwindigkeit Gefälle im Kanal Verschmutzung (Sielhaut) ca. 2-5 kw / m 2 WT Nutzbare Leistung nach WP 3-7 kw /m 2 WT entspricht ø ca kw/mwt

30 Leistung Aus 1m³ Abwasser (entspricht dem Inhalt von 5 Badewannen) gewinnt der Wärmetauscher ca. 2,3 kwh Energie Um 1 kwh zu erzeugen sind 420 l Abwasser nötig Um 100 Wohnungen zu beheizen benötigt man das Abwasser von ca. 250 bis 300 Wohnungen

31 Leistungsdiagramm Rabtherm Wülflingen

32 Leistungsdiagramm Rabtherm Leverkusen

33 Verluste Kessel 274 MWh/a Energieflußbild Bsp.: Zürich- Wipkingen Gas / Öl 3430 MWh/a el. Antriebsenergie 1500 MWh/a Strom Hilfsantriebe 210 MWh/a Rabtherm WT Entzungsleistung 3150 MWh/a 847 kw Kessel 3990 kw EWP 1250 kw COP 3,1 Nutzenergie Kessel 3150 MWh/a Nutzenergie WP 4650 MWh/a Verluste Fernleitungen 153 MWh/a Verbraucher 7653 MWh/a Umwälzpumpe 30kW

34 Kosten Abhängig in starkem Maß von den Stromkosten, Fernwärmeleitungslängen ca. Fr / pro kw angeschlossene Nutzleistung das entspricht ca. Fr / pro angeschlossene Wohneinheit Wärmetauscher: Fr / pro m WT inkl. Zwischenmediumsleitungen u. Einbau

35 Kosten Rabtherm Spezifische Kosten (neuer Kanal, nur Wärmeerzeugung) Variante mwt kw WP Min Max Min Max Min Max Min Max Wärmeangebot (Fr./ kw) Fr./ Wohneinheit Fr./m WT im Wärmenutzungssystem

36 Wirtschaftlichkeit Sie wird in Zukunft verbessert durch: Wirtschaftlichkeit Ausblick Öl- und Gaspreise haben eher eine steigende Tendenz Energiepreiszuschläge rationellere Fertigung der Wärmetauscher Einbaumöglichkeiten in kleinere Kanäle steigende Abwassertemperatur (Trennsysteme) Kühlung im Sommer Verlangsamung bzw. Verhinderung des Biofilmaufbaus Öffentliches Interesse: Einhaltung von Zielsetzungen in Energie- u. Umweltpolitik

37 Einfluss der Grundfaktoren Kriterien Veränderung Veränderung der Wärmegestehungskosten* Strompreis - 20% - 50% -5.0 % -13.0% Ölpreis + 10% - 3.0% Investitionskosten - 20% % Leistungsziffer der Wärmepumpe 3.1 auf %

38 Ökologie

39 CO2-Bilanz

40 Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation Rabtherm Risiken Risikofaktor Bemerkungen Massnahmen Lebenserwartung WT 50 Jahre Gutachten SGK Verschmutzung - abhängig von Wasserqualität u. Fliessgeschwindigk. Wissenschaftl. Untersuchungen Reinigung - Sielhaut 3-4 mm - Entfernung mit Hochdruckreinigung mtl. Reinigung =Erhöhung Betriebskosten berücksicht. bei Berechnung Einbau - auf Sohle Betonrohr - Trockenwetterrinne - Integr. in Betonrohr Prototypen vorhanden

41 Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation Rabtherm Risiken Risikofaktor Bemerkungen Massnahmen Kanalbetrieb (Unterhalt + Reinigung) mal jährl./ evt. häufiger - 1 Reinigung 200 m: ca. 800 CHF Eingebaute Reinigung Kupferbänder Leistung Berechnungen laufend den Messungen angepasst Leistungszahl WP Garantie Hersteller Berechnungen Patentierte geschützte Software Kosten Offerten Prototypen Senkung durch neue Materialien u. Verbindungen/ Anschlüsse. Integr. Betonrohr

42 Risiken bei Abwasserwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation Rabtherm Risiken Risikofaktor Bemerkungen Massnahmen Wirtschaftlichkeit - in Normalfällen gegenüber fossilen Energien immer möglich - Jährl. Ertrag für Contractor bei Verkauf der Energie - Wärme - Kälte - Fördermittel Versorgungssicherheit - Spitzenkessel bei Altbauten, Mitteltemperaturheizungen, Warmwassererzeugung - Gefahrenherde - WP - Pumpen - Verschmutzung nicht grösser als in konventioneller Anlage

43 Fazit Der Erfolg der Abwärmenutzung aus der öffentlichen Kanalisation basiert auf folgenden Eckpfeilern: 1. Wirtschaftlichkeit 2. Finanzierung 3. Öffentliches Interesse 4. Ökologie

44 Marktanalyse Potential CH > Anlagen D > Anlagen Städte Zürich ( Einwohner) 46, entsprechend ca Wohnungen Winterthur ( Einwohner) 27 Thun ( Einwohner) 17 Ulm ( Einwohner) 20 Freiburg/Br. ( Einwohner) 20

45 Marktanteil Wärmemarkt erneuerbarer Energien: Rabtherm : 25 % Wärmemarkt total: Rabtherm : 5 %

46 Referenzanlagen In Betrieb stehen 7 Anlagen 15 Anlagen sind in der Projekt- oder Bauphase Zürich CH (930 Wohnungen) Heizung+ Warmwasser Zwingen CH (31 EFH) Binningen CH (300 Wohnungen) Leverkusen D (Geschäftshaus) Heizung + Kühlung Singen D (Technologiezentrum) Heizung + Kühlung Wülflingen CH (400 Wohnungen) Heizung + Warmwasser Schaffhausen CH (Geschäftshaus) Heizung + Kühlung

47 Nahwärmeverbund Wipkingen

48 Daten Kanalisation Bauliche Daten - Rohrdurchmesser 1500 mm - Radius Trockenwasserrinne 300 mm - Gefälle 31 %o - Verschmutzungsfaktor Wärmedurchgangskoeffizient - Unverschmutzt 2250 W/m 2 K - Verschmutzt 1580 W/m 2 K - Füllgrad 140 mm Schmutzwasser - Menge 105 l/s (Spitze 150 l/s, min. 30 l/s) - Geschwindigkeit 2.1 m/s - Temperatur 15 C (So. 17 C, max. 20 C/ Wi 13.9 C, min. 8 C) - Abkühlung 2.1 K (max. 4.0 K) Wärmetauscher - Elemente 67 x 3 m - Wärmetauscherfläche m 2 /m Zwischenmedium - Menge 51 l/s - Geschwindigkeit 2.2 m/s - Temperatur 4 C - Erwärmung 4 K - Druckverlust max. 280 kpa

49 Gesundheitshaus Leverkusen

50 Wärmepumpen-Zentrale Gesundheitshaus Leverkusen

51 Überbauung Wässerwiesen Wülflingen Rabtherm Wülflingen

52 Schächte Überbauung Wülflingen

53 Sintec Singen

54 Anwendung Verwendungszweck Wärmeversorgung Energieversorgung Kühlung - Wasser - Abwasser Kühlsysteme Anwendungen Gebäude, Gebäudegruppen mit mind. 80 kw Wärmeleistungsbedarf Industrien Brauereien Wäschereien Fernwärmeversorgungen

55 Rabtherm ist interessant für: Nutzer Städte, Agglomerationsgebiete und öffentliche Dienste als Nutzer (und zur Erreichung der Ziele betreffend CO 2 - Schadstoffreduktion bzw. Primärenergieeinsparung) Elektrizitäts- und Gaswerke als Betreiber und Energielieferanten (Contractor) Vermieter und Mieter: Das fortschrittliche und ökologische Energiekonzept erhöht die Attraktivität der Wohnungen. Der Bauherr bezahlt beim Contracting nur für die bezogene Energie, d.h. er investiert kein Geld. Er benötigt keinen eigenen Unterhalts- und Servicedienst.

56 Vertriebs- partner- Management * Ebenfalls Lizenzverträge mit der Rabtherm-Firma

57 Technische Erfahrung Pilotanlagen: Zürich-Wipkingen / Zwingen / Binningen / Leverkusen (D) Wärmeleistungen: können erreicht werden Verschmutzung: tritt in speziell belasteten Kanälen schneller ein als erwartet. Der Einfluss wurde im Labor gemessen und ist in den Berechnungen berücksichtigt. Massnahmen: Massnahmen zur Verhinderung bzw. Verzögerung der Bildung eines mikrobiologischen Filmes werden in Zusammenarbeit mit staatlichen Instituten und Universitäten erarbeitet. - Materialwahl / Beschichtungen - Reinigungsvorrichtungen Verteuerung zwischen 0.4% - 3% der Betriebskosten Heutige Berechnung Verschmutzungsfaktor Kupferbänder zwischen den Wärmetauscherelementen Kälte / Wärme Fernwärme

58 Checkliste Rabtherm für Einzelstandorte Kriterium Ist - Wert Sollwert Kanal ø... m > 0.8 m Geplant Neubau oder Sanierung des Kanals?... Zeitpunkt?... Mit oder ohne Trockenwetterrine?... Checkliste Länge des Kanals?... m Gefälle des Kanals?... %o m * im Kanal Trockenwetterabfluss Tagesmittel:... l/s > 60 l/s (Rating A) > 15 l/s (Minimum) Tagesspitze:... l/s Tagestief:... l/s Abwassertemperatur:... C > 8 C Einleitung von Industrieabwässern?... Einzugsgebiet Abwasser... Einwohner > 5'000 Einwohner Wärmebedarf... MWh / a Heizleistung... kw Aufteilung: Heizung:... Warmwasser:... Lüftung:... Wärmeverbund (Neubau / Bestehend/Art)?... Wärmeversorgung (Neubau / Bestehend/Art)?... Wärmeverbund: Zahl der Anschließer... 5 Wärmeverbund: Distanz zu Kanal... m < 100 m Wärmeverbund: geforderte Vorlauftemperatur beim Verbraucher... C < 65 C

59 Frageliste für Projekte Frageliste - Organisation der Stadt (Gas/ Abwasser/ Fernwärme/ Strom) - Organisation von Gasversorgung und Fernwärme - Fernwärmegebiete Fernwärmeplan - Gasversorgungsgebiete Gasversorgungsplan - Kanalisationsdaten (Geometrie, Durchmesser, Gefälle) Kanalisationsplan - Abwassermengen (Trockenwetterabflüsse aus GEP resp. GKP) Entwässerungsplan - Heizkesselleistung oder Wärmedichten sowie Energieverbrauch dieser Standorte Heizkessellisten (> 150/ kW) resp. Wärmekataster - Typ des Heizungsstandortes (z.b. Wohnhaus/ Büro/ Einkaufszentrum/ Industrie) - Neubau/ resp. Entwicklungssiedlungsgebiete - ARA: Auslegungstemperatur, Gesamtabwassermenge - Katasterpläne - Stromtarife, Gastarife - Zinssätze und Abschreibungsdauer - Allfällig vorhandene Energiepläne, Nutzungspläne - Gesuche für finanzielle Beiträge (Staat/ Kt.) - Contractinganbieter vorhanden?

60 Frageliste für Studien Frageliste - Zustand der Kanalisation Kanalvideo - Sanierungsdatum der Kanalisation - Sanierungsdatum, Zustand, Disposition der Heizzentrale - Sanierungsdatum der Kanalisation - Kostenrechnung d.h. Investitions- und Betriebskostenrechnung bestehender Heizzentralen, Nahwärmeverbunde etc.

61 Machbarkeitsstudien (Bsp.) Stadt Winterthur Wärmerückgewinnung aus Rohabwasser mit Rabtherm Standortabklärung Stadt Winterthur

62 Machbarkeitsstudien (Bsp.) Freiburg/ Br. Kanalwärmenutzungskonzept Güterbahnareal Nord Freiburg Juli 2003

63 Vision Rabtherm AG

64 Motto Lorbeeren von heute sind die Grünabfuhr von morgen