Energetische Optimierung von Kläranlagen Hochschule Landshut- Fakultät Maschinenbau Bayerisches Institut für Umwelt- und Kläranlagentechnologie BIUKAT e.v. Folie Nr. 1
Gliederung 1. Einführung 2. Reduzierung des Energiebedarfs 3. Erneuerbare Energieversorgung auf Kläranlagen 4. Zusammenfassung Folie Nr. 2
Kläranlagen energetisch optimieren? 1. Kläranlagen sind oft die größten Stromverbraucher in einer Gemeinde (bis zu 20% des Strombedarfs) 2. Viele Kläranlagen sind in den 70er und 80er Jahren das vergangenen Jahrhunderts errichtet worden Ersatzinvestitionen stehen oft an 3. Strom aus erneuerbaren Energieträgern wird immer kostengünstiger Eigenerzeugung auf Kläranlage wird interessant 4. Aktiver kommunaler Beitrag zum Klimaschutz Folie Nr. 3
Die Strategie zur Optimierung. Folie Nr. 4
Größenklassen von Kläranlagen Klasse 1: Klasse 2: Klasse 3: Klasse 4: Klasse 5: < 1.000 EW 1.000 5000 EW 5.000 10.000 EW 10.000 100.000 EW > 100.000 EW Kläranlagen im ländlichen Raum: Kennzeichen: Meist kein Faulturm aerobe Schlammstabilisierung externer Strombezug Oft größter Stromverbraucher in der Kommune Folie Nr. 5
Kläranlagen in Deutschland Rund 10.000 kommunale Kläranlagen verantwortlich für 20% des kommunalen Stromverbrauchs größter kommunaler Stromverbraucher Stromfresser!! Strombedarf der Kläranlagen in Deutschland: ca. 5 TWh/Jahr entspricht etwa der Hälfte der Erzeugung des Kernkraftwerks Isar II Strombedarf der Kläranlagen entspricht 1% des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland 2010 (509 TWh) Quelle: http://www.spiegel.de/img/0,1020,190632,00.jpg Strombedarf je EW (Einwohnerwert) und Jahr: 30 60 kwh Folie Nr. 6
Gliederung 1. Einführung 2. Reduzierung des Energiebedarfs 3. Erneuerbare Energieversorgung auf Kläranlagen 4. Zusammenfassung Folie Nr. 7
Fliessbild einer typischen Kläranlage Mechanische Reinigung Biologische Reinigung Zulauf Rechen Sand-/ Fettfang Vorklärung Denitrifikation Luft Rechengut Sand Fett Überschussschlamm Schlammbehandlung Belüftung Phosphat- Fällmittel Externe Abfallentsorgung Evtl. Faulgas Nachklärung Ablauf Vorfluter Folie Nr. 8
Anteile am Energieverbrauch in KA Typische Anteile am Gesamtenergiebedarf Quelle: Umweltbundesamt, Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen, Oktober 2009 http://www.umweltdaten.de/ publikationen/fpdf-l/3855.pdf Folie Nr. 9
Quelle: Umweltbundesamt, UBA-Texte 11/08 Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen Kläranlagen http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3347.pdf Stromverbrauch der Aggregate Mittlerer Stromverbrauch von Anlagenteilen in Kläranlagen der GK 2 und 3 Folie Nr. 10
Vorgehensweise Energiecheck: Regelmäßige Bestandsaufnahme und Bewertung einer Abwasseranlage anhand von Kennwerten. Daraus ergeben sich Hinweise auf die Dringlichkeit einer Energieanalyse und auf eventuell erste Maßnahmen Energieanalyse Detaillierte Erhebung und Bewertung der Energiesituation sowie Darstellung von Optimierungsmaßnahmen einschließlich Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Quelle: Entwurf DWA-Merkblatt DWA A-216 Energiecheck und Energieanalyse von Kläranlagen, April 2013 Praxisorientierte, wissenschaftlich fundierte Arbeitshilfe zur verfahrenstechnischen und energetischen Optimierung von Abwasseranlagen und einheitliche Methodik Folie Nr. 11
Maßnahmen zur Stromeinsparung Austausch von veralteten Belüftungsaggregaten bzw. verbesserte Steuerungs- und Regelungstechnik Reduzierung der Fremdwassermengen durch Sanierung des Kanalnetzes und getrennte Ableitung Verringerung der hydraulischen Last Einsparung von Pumpenergie Aerobe Schlammstabilisierung bei KA der GK 2 und 3 auf Kläranlagen der GK 4 und 5 mit anaerober Faulung verlagern! Umstellung auf Tropfkörper, wenn genügend Platz vorhanden KA ab GK 4 mit anaerober Schlammstabilisierung nachrüsten: Eigenwärme- und Eigenstromerzeugung! Folie Nr. 12
Gliederung 1. Einführung 2. Reduzierung des Energiebedarfs 3. Erneuerbare Energieversorgung auf Kläranlagen 4. Zusammenfassung Folie Nr. 13
Erneuerbare Energieträger auf KA Wärmeerzeugung Solarthermie (Solare Schlammtrocknung) Hydrothermale Carbonisierung (HTC) von Klärschlamm Abwärme aus der Klärgasverbrennung in BHKW Stromerzeugung Photovoltaik Klärgasproduktion mit anschließender Verstromung Kleinwasserkraft Windenergie Klärschlammverbrennung Folie Nr. 14
Solare Klärschlammtrocknung Bildquelle: http://p120606.typo3server.info/solare-schlammtrocknungsanlage.html# [14.07.2014] Folie Nr. 15
Hydrothermale Carbonisierung Bildquelle: http://www.ufz.de/export/data/1/45819_44079_htc.png [14.07.2014] Folie Nr. 16
BHKW-Abwärme aus Klärgas Sechszylinder-Gas-Ottomotor zur Klärgasverstromung Isolierte Rohre für Nah- bzw. Fernwärmeversorgung Folie Nr. 17
Photovoltaikanlagen auf KA Photovoltaikstrom kann für ca. 10 Cent/kWh erzeugt werden Kosten für Strombezug aus dem Netz: ca. 22-25 Cent Auslegung auf Grundlast der Kläranlage: Keine Einspeisung ins Stromnetz!! Eventuell Einsatz von Stromspeicher sinnvoll: Auslegung!!! Folie Nr. 18
Gaserzeugung KA Moosburg Faulturm der Kläranlage Moosburg: Einsatzstoffe Fett aus dem Fettfang Mischschlamm Fettabscheiderinhalte Speiseabfälle Molkereiabfälle Ablauf Faulung Mesophile Faulung bei 37 C, 2.400 m³ Faulturmvolumen, 25-30 Tage Aufenthaltszeit Quasi kontinuierliche Zugabe der vorgemischten Einsatzstoffe nach exakter Fütterungsplanung, Prozessüberwachung mit Online-Gasanalytik Gasmenge aus der KA Moosburg externe Kofermentate ca. 5.000 6.000 m³ pro Tag Folie Nr. 19
Kleinwasserkraft auf Kläranlagen Kläranlage Hillersleben, Sachsen-Anhalt Wasserrad: 4 Meter Gefälle 26.000 kwh/ Jahr Quelle: http://www.volksstimme.de/nachrichten/lokal/wanzleben/ 393794_Wasserrad-in-der-Hillersleber-Klaeranlage-soll- Strom-erzeugen.html [14.07.14] Kläranlage Balingen, Baden-Württemberg radialbeaufschlagte Freistrahlturbine (System Ossberger) P max : 18 kw Strom 3,5 m Gefälle 50.000 60.000 KWh/Jahr Quelle: http://www.klaeranlage-balingen.de/index.php?key=pilot_wasserkraftanlage [14.07.14] Folie Nr. 20
Windkraft und Kläranlagen Kläranlage Brake Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband: 2011: 135.000 Stromkosten Windkraftanlage: Nabenhöhe: 50 Meter Rotordurchmesser: 48 Meter Stromprognose: 1,5 Mio. kwh Invest: 1,3 Mio. Quelle: http://www.nwzonline.de/wesermarsch/wirtschaft/strom-aus-wind-fuerklaeranlage_a_6,1,3930462351.html [14.07.14] Folie Nr. 21
Schlammentsorgung KA Straubing Entwässerung des Klärschlamms Entwässerung über Zentrifugen nach Faulung auf ca. 28 % TS Behandlung des Zentratwasser über Strippung mit sauerer Wäsche Trocknung des Schlamms Trockung des Schlamms über Bandtrockner Abwärme der beiden Motor-BHKW (P el. : 2 x 540 kw) wird zur Trocknung des Schlamms verwendet Resultat: Klärschlammgranulat mit 91% TS Entsorgung des Schlamms: seit September 2011 über eigene Verbrennungsanlage Folie Nr. 22
Schlammentsorgung KA Straubing Klärschlammtrocknung Klärschlammverbrennung Folie Nr. 23
Klärschlammverbrennung Straubing Verfahrenskonzept der Fa. Huber AG Realisierung auf der KA Straubing: Mikrogasturbine mit 80 kw elektrischer Leistung Wärme wird zum Trocknen der Schlämme verwendet Inbetriebnahme: September 2011 Quelle: http://www.huber.de/fileadmin/02_loesungen/09_schlammbehandlung/08_schlammverbrennung_ Thermische_Verwertung/Prospekt/sludge2energy_de.pdf [21.09.2011] Folie Nr. 24
Gliederung 1. Einführung 2. Reduzierung des Energiebedarfs 3. Erneuerbare Energieversorgung auf Kläranlagen 4. Zusammenfassung Folie Nr. 25
Zusammenfassung Die Kläranlage kann vom Energiefresser zur kommunalen Wärme- und Stromquelle umgewandelt werden. Was ist zu tun? 1) Energiecheck und Energieanalyse 2) Untersuchung der Möglichkeiten zum Einsatz Erneuerbarer Energien zur Strom- und Wärmeerzeugung 3) Umsetzen! Fazit: In Kläranlagen steckt ein großes Energiespar- und erzeugungspotenzial. Es muss nur sinnvoll genutzt werden. Folie Nr. 26
Das Beste zum Schluss. Folie Nr. 27
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hochschule Landshut Fakultät Maschinenbau Am Lurzenhof 1 84036 Landshut Tel. 0871/506-218 Fax: 0871/506-9218 josef.hofmann@haw-landshut.de www.haw-landshut.de Bayerisches Institut für Umwelt- und Kläranlagentechnologie BIUKAT e.v. Thalbacher Straße 1 85368 Moosburg Tel. 08761 / 7567941 dr.josef.hofmann@biukat.de www.biukat.de Folie Nr. 29