2. Statustreffen der Fördermittelempfänger Energieeffiziente Abwasseranlagen 1 20.10.2014
Fördermittelprojekt Energieautarke Kläranlage Jena 2 20.10.2014
Inhalt 1. Entwicklung 1971 1998 2. Rekonstruktion und Erweiterung 1998 2001 3. Kapazitätserweiterung 2005 2007 4. BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena 5. Zusammenfassung 3 20.10.2014
600 500 Fläche (km²) 449 464 464 464 479 479 531 400 335 Fläche: 531 km² 300 200 100 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Allgemein seit 1993 gibt es den ZV JenaWasser Stadtwerke Energie Jena-Pößneck übernehmen die Betriebsführung für den ZV JenaWasser Bereich Abwasser realisiert Betrieb, Instandhaltung und Erweiterung von Abwasseranlagen und Abwassernetzen 54 Mitarbeiter + 6 Auszubildende Technischer Leiter: Werner Waschina 5 20.10.2014
Allgemein Länge des Abwassernetzes: 844 km Anlagen im Verbandsgebiet: 25 Kläranlagen 99 Pumpstationen 79 Sonderbauwerke (RÜB, RRB, Stauraumkanäle und Klappen) 6 20.10.2014
Entwicklung ZKA Jena 1971 1998 Planung Zentralkläranlage Jena ab 1971 mit biologischer Grundreinigung und geschlossener Faulung f. 300.000 EW Bau 1976-1981 allerdings mit offenen Faulbehältern, bedingt durch Mangelwirtschaft Energiebezug: 2 Mio. kwh/a 7 20.10.2014
Rekonstruktion ZKA Jena 1998-2001 Rekonstruktion und Erweiterung der Zentralkläranlage Jena (ZKA) mit: - erweiterter Nährstoffelimination - geschlossener Faulung zur Eigenenergieerzeugung für 145.000 EW - Moderne feinblasige Belüftung anstelle Kreiselbelüfter - Aufbau komplettes Energiemanagement 8 20.10.2014
Rekonstruktion ZKA 1998 2001 Bau geschlossene Faulung Fertigstellung: 2001 Senkung Energiebezug von 2 Mio. kwh/ a auf 1 Mio. kwh/ a Technische Daten: - 2 Faulbehälter mit je 2.000 m³ - 2 BHKW (Typ MWM) mit je 250 kwel - Umwälzung mit Gaseinpressung Eigenversorgungsgrad: - Elektroenergie 64 % - Wärme 98% 9 20.10.2014
Kapazitätserweiterung 2005 2007 Problemstellung : Anstieg Belastung von 145.000 EW auf rund 180.000 EW Verschleißerscheinungen und Druckanstieg an EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk ) - Belüfterelementen Belüftungsanlage kapazitiv am Ende, Volllastbetrieb ohne Redundanz Rahmenbedingungen : Vorhandene relativ neue Maschinengebäude und Klärbecken begünstigend: stark rückläufiger Fremdwasseranteil durch Umsetzung Fremdwasserbeseitigungskonzept, daher keine hydraulische Mehrbelastung Mehrbelastung nur bei der Schmutzfracht Nachklärbecken ausreichend dimensioniert im Istbestand Ziel : Kapazitätserweiterung ohne Gebäude und Beckenerweiterung durch Modernisierung der Ausrüstung 10 20.10.2014
Kapazitätserweiterung 2005 2007 Sanierungskonzept Erneuerung der kompletten Belüftungstechnik der Belebungsbecken mit Einsatz hocheffizienter Membran-Rohrbelüfter aus Silikon und Erneuerung der Druckluftleitungen (Ringleitung) Ersatz zweier Drehkolbengebläse durch zwei magnetgelagerte Turboverdichter mit höherer Leistung. Der Netzbezug Strom verringerte sich trotz gestiegener Belastung und Ausbau der Reinigungskapazität von rund 1 Mio. kwh auf 0,8 Mio. kwh/a 11 20.10.2014
BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Vorüberlegungen und Vorarbeiten: In Zusammenhang mit der Anpassung der Schlammbehandlung wurden umfangreiche Untersuchungen zur Erhöhung der Eigenenergieerzeugung durchgeführt. (Austausch zweier Siebbandpressen, Ersatz durch Hochleistungsdekanter) Dabei wurden in Vorversuchen Potentiale zur Erhöhung der Klärgas- Produktion festgestellt, die geeignet waren, eine nahezu vollständige Eigenversorgung mit Strom zu erreichen. Neben der Erhöhung der Faulzeit wurden weitere technologische Möglichkeiten untersucht, die Effizienz der Klärgasproduktion bzw. der Klärgasausnutzung zu erhöhen (Desintegration, Modernisierung BHKW) Letztendlich wurde das Gesamtkonzept im Rahmen des Fördermittelwettbewerbes des BMU für energieeffiziente Abwasserbehandlungsanlagen eingereicht und erhielt einen Förderpreis. 12 20.10.2014
BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Lösungskonzept in 2 Schritten: Schritt 1: Bau eines 3. Faulbehälters mit 2.000 m³ Volumen Rohrverbindungskeller Anbindung Altbestand mit neuem Faulbehälter Faulbehälter wurde nach labortechnischen Untersuchungen für eine optimale Faulzeit dimensioniert Nutzung als Nachgärung - ca. 20 d Aufenthaltszeit in FB I + II - ca. 10 d Aufenthaltszeit in FB III 13 20.10.2014
BMU Förderprojekt Energieautarke Kläranlage Jena Schritt 2: Einsatz eines weiteren BHKW mit 400 kwel. und Nutzung als Grundlast- BHKW für maximale Ausnutzung der erhöhten Klärgasmenge bestehende BHKW (je 250 kwel.) für Spitzenleistung Gesamtkosten: - 2,1 Mio. - davon 0,6 Mio. Fördermittel 14 20.10.2014
Schritt 1: Bau dritten Faulbehälter 15 20.10.2014
Schritt 1: Bau dritten Faulbehälter Hochwasser Ende Mai/ Anfang Juni 2013 Starker Anstieg des Grundwasserspiegels - Flutung Baubereich Bauzeitverschiebung um ca. 2 Wochen 16 20.10.2014
Schritt 1: Bau dritten Faulbehälter Fertige FB III 17 20.10.2014
Schritt 1: Bau dritten Faulbehälter Erste Bilanz: Inbetriebnahme FB III im Dezember 2013 ab März 2014 stabile Verhältnisse im Behälter Steigerung der Gasproduktion um ca. 10 12 % (Stand August 2014) Derzeitige Eigenstromerzeugung 85 % Vergleich 2012: 78 % Wärmeerzeugung 100 % 18 20.10.2014
Schritt 2: Bau Grundlast BHKW Grundlast BHKW : ein Gas-Otto-Motor 400 kw el, η el ca. 41% Turbolader, Gemischkühlung mit getrenntem Kühlkreislauf Gasverbrauch bei voll-last ca.150 m³ N /h (3.600 m³ N /d) Vergleich: bestehende benötigen 175 m³ N /h um 400 kw (4.200 m³ N /d )zu erreichen Maschine im Mittel 80% Auslastung (Prognoseanfall) bestehende Module für Spitzenlast und Wartung GL-BHKW Zusätzlich Klärgasaufbereitung Notwendig (Herabsetzung Feuchtigkeit im Klärgas, Entschwefelung über Aktivkohlefilter) Vergrößerung Notkühlungssystem 19 20.10.2014
Schritt 2: Bau Grundlast BHKW 20 20.10.2014
Schritt 2: Bau Grundlast BHKW Neues GL-BHKW mit 400 kwel Leistung ist günstiger als der kontinuierliche weiterbetrieb des Bestandes wichtige Gründe dafür sind : durch hohe Betriebsstundenanzahl des GL- BHKW günstige Abschreibung pro kwh Wartungskosten geringer als bei Bestands BHKW geringerer Fremdstrombezug zu erwarten 21 20.10.2014
Strom in kwh/a Eigenversorgungsgrad ZKA Jena Energieverbrauch und - erzeugung 5.000.000 3. Faulbehälter BHKW 1 4.500.000 Inbetriebnahme Neuanlage Optimierung Belüftung 0,9 4.000.000 0,8 3.500.000 Ziel 2013-2015 0,7 3.000.000 0,6 2.500.000 0,5 2.000.000 0,4 1.500.000 0,3 1.000.000 0,2 500.000 0,1 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 0 Jahr Energieverbrauch Eigenerzeugung Netzbezug Eigenversorgungsgrad 22 20.10.2014
Ausblick Grundlast- BHKW fertigstellen (inkl. Klärgasaufbereitung) Stabile Betriebsverhältnisse schaffen Gasproduktion steigern Bilanzierung der Gasmengen 2. Gasspeicher?! 23 20.10.2014
Zusammenfassung Seit der Planung der ersten Zentralkläranlage Jena im Jahr 1971 wurde dem Thema Energieeffizienz und Eigenversorgung mit Strom und Wärme große Bedeutung beigemessen. In der DDR scheiterten die für die damalige Zeit sehr modernen Ideen an der Mangelwirtschaft. 30 Jahre später entstand 1998-2001 im Zuge der grundsätzlichen Rekonstruktion und Erweiterung der ZKA die derzeitige geschlossene Faulung am schon 1971 geplanten Standort. Trotz ständiger Verbesserung der Reinigungsleistung und starkem Anstieg der Belastung nach 1998 wurde der Strombezug kontinuierlich durch Energieeinsparmaßnahmen und Erhöhung der Eigenerzeugung reduziert. 24 20.10.2014
Zusammenfassung Mit der vom BMU geförderten Maßnahme Energieautarke Kläranlage Jena wird 2015 voraussichtlich ein mittlerer Eigenversorgungsgrad von 100% ohne Einsatz von Co- Fermenten erreicht. Die Entwicklung auf der ZKA Jena ist nicht automatisch übertragbar auf jede andere Kläranlage dieser Größenordnung und die Einzelmaßnahmen sind keine revolutionäre technische Neuentwicklungen. Planer und Betriebsverantwortliche haben aber in 42 Jahren Entwicklung dafür gesorgt, dass im Rahmen der Möglichkeiten ihrer Zeit die richtigen Ideen entwickelt und die Entscheidungen für die Entwicklung einer moderne und energieeffizienten Kläranlage in Jena getroffen wurden. 25 20.10.2014
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 27 20.10.2014